Demir Paslanması Olayını Anlamak - İzmir Spot Depo
Paslanma, demirin korozyonuna atıfta bulunur ve demir endüstrilerde ve su ürünleri yetiştiriciliğinde yaygın olarak kullanıldığından günlük yaşamda yaygın olarak görülür. Demir, oksijen ve suyu içeren bir elektrokimyasal indirgeme-oksidasyon işlemidir.
1. Demir Paslanmasına Giriş
Korozyon türü çok önemlidir çünkü hava ve suya geçirgen yumuşak katı demir oksit oluşturur ve bu maddeler tamamen pasa dönüşene kadar demirin sürekli kaybına katkıda bulunur. Bu, demir veya çelikten yapılmış yapısal ve yapı bileşenlerinde büyük bir endişe kaynağıdır. Paslanma sorunlarının nerede meydana gelebileceğini kısa bir süre düşünün: evler, limanlar, köprüler, gemi gövdeleri, rıhtımlar, boru hatları, yakıt tankları, vanalar vb., otomobil gövdeleri, motorlar ve fren ve süspansiyon sistemleri dahil. Gerçekten de, paslanmanın muazzam ve üzücü etkisi tüm endüstri, ekonomi ve ulusal savunmanın yanı sıra çevre koruması üzerinde hissedilebilir. Korozyona dayanıklı ürünler ve çalışma malzemelerinde pas önleme gibi konular uzun zamandır tüm sanayileşmiş toplumlar arasında büyük endişe konusu olmuştur.
Paslanma bilimsel araştırma için yeni bir şey mi? Cevap “Hayır” olmalı. MÖ 6. yüzyılda Çinli filozof Laozi, “Bozulup paslanan demir paslanır, su da pisliğimizi alıp götürdüğü için koruyucu etkisini kaybeder ve tuz da tutucusundan boşaltıldığında tadını kaybeder.” demişti. Demir paslanmasının endüstriyel, teknik veya hatta ekonomik önemi olsa da, bilimsel anlamı da silinmezdir. Bir taşla iki kuş vurmak için, bu inceleme paslanma özellikleri, pas bileşimi ve yapısı, pas kalınlığı, pas oranı, pas yan ürünleri, paslanma ipuçları, paslanma mekanizmaları, pas önleme vb. dahil olmak üzere demir paslanmasının bazı yönlerini belirterek, böylece bazı çevre bilimlerini ve teknolojik araştırmaları veya çevre bilimlerini ve çevre yönetimini bir dereceye kadar anlamaktadır. Bu nedenle, demir paslanması dünya çapında çevresel öneme sahiptir ve bu sorunu çözmek için hak edilmiş bilimsel ve teknolojik çabalara ihtiyaç vardır.
2. Pas Oluşumunun Kimyasal Süreci
Paslanma, korozyon için kullanılan başka bir terimdir ve metal demirin bozulmasıyla sonuçlanan yaygın olarak meydana gelen bir kimyasal reaksiyondur. Okyanus tabanında yatan hasarlı gemi enkazlarında bulunan pas, demirin doğal korozyon eğiliminin en ikna edici örneklerinden biridir. Bununla birlikte, pas oluşumunu tetikleyen özel koşullar karmaşık kimyasal süreçlerdir. Metal, su ve oksijenin birleşik ajanlarına maruz kaldığında başlar, korozyon olarak bilinen bir reaksiyon. Bu korozyon, havadaki karbondioksit de metale nüfuz ettiğinde paslanmaya doğru ilerler. Sonuç olarak, demir molekülleri, toplu olarak Fe2O3·nH2O olarak bilinen, daha yaygın olarak pas olarak adlandırılan demir oksit ve hidroksitten oluşan hidratlara dönüşür.
Bu reaksiyondaki kritik parametreler nem, sıcaklık ve yüzeydeki gresler, asitler veya tuzlar dahil olmak üzere mevcut su veya elektrolitlerin iletkenliğidir. Demir gibi bir metal oksijene ve neme maruz kaldığında, elektrokimyasal reaksiyonlar anında meydana gelir ve bunun sonucunda metal atomları elektronları dökerek demir katyonlarına dönüşür. İşlem, emilen suyun kendi elektrokimyasal reaksiyonuna girdiği ve hidroksit iyonları ve pozitif yüklü hidrojen iyonları verdiği reaksiyon mekanizmasında daha da devam eder. Böylece demir, oksijen ve su ile reaksiyona girerek pas oluşturur ve bu işlem aşağıdaki reaksiyon denklemlerinde gösterilmiştir. Özellikle, normal koşullarda oluşan kırmızı pas, genellikle yüksek nem ve yüksek toz seviyesinde oluşan gri pas ve eski, yoğun şekilde oyulmuş gri filmlerde oluşan iğnemsi pas gibi farklı pas türleri vardır. Bu nedenle, bu farklı pas türleri, pas oluşum oranlarını etkileyen farklı koşulların bir sonucu olarak ortaya çıkabilir ve pasın tam biçimi büyük ölçüde kalan su içeriği, kuruma oranı ve sonraki sıcaklık tarafından belirlenecektir.
3. Demir Paslanmasını Etkileyen Faktörler
Demir paslanma oranını belirlemek için birçok dış değişken devreye girer. Faktörler arasında demirin bulunduğu yerdeki nem, sıcaklık, mevcut atmosferik kirleticiler ve demirin üzerindeki kaplama gibi şeyler bulunur. Paslanma oranı ve demir oksit ölçeğinin nihai kalınlığı, saldırıya uğrayan demirin yüzey durumuna da bağlıdır. Yeni pas, eski pasa göre daha yavaş oluşur; bu etkinin en iyi açıklamasının, pas ürününün, gazların ve su buharının aktif pas bölgelerine girişine karşı geçirimsiz bir koruyucu bariyer olması olduğu anlaşılmaktadır. Hava koşullarına maruz kalan demir ve çelik, nem yüksek olduğunda yüksek oranda paslanır. Ampirik veriler, genel olarak nemde %10’luk bir azalmanın paslanma oranında %50’lik bir azalmaya yol açtığını göstermiştir. Demir, tatlı su varlığında olduğundan çok daha hızlı bir şekilde tuzlu su varlığında paslanır. Bahsedilen çeşitli faktörlerin önemi, belirli koşullar altında belirli bir demir veya çeliğin paslanma oranını tahmin eden deneysel denklemlere sahip olunması durumunda, düşük maliyetle ve minimum çaba harcayarak paslanmayı durduracak korozyon kontrol cihazları geliştirilebileceğidir. Örneğin, hangisinin en iyi olduğunu belirlemek için on farklı koruyucu kaplamadan biriyle demir araba gövdeleri geliştirmeyi düşünüyorsanız, deneysel çalışma gerekli olmayacaktır çünkü doğru oldukları sürece deneysel denklemlerden kesin sonuçlar elde edilebilir. Denklem, demire karşı bariyerin, gözeneklilik derecesinin, dayanıklılığın, geçirgenliğin ve görünümün bir tanımını içermelidir. Metaller için koruyucu kaplamaların performansına ilişkin veriler, koruyucu kaplamaların iddiasını desteklemektedir. Kirleticiler içeren ıslak havaya maruz kalırsa, kalay levhanın paslanmaya karşı direnç yeteneği aşağıdaki sırayla azalır: yalnızca hava kirleticileri < milyonda 10 parça kükürt dioksit < milyonda 10 parça kükürt dioksit yaklaşık olarak eşit miktarlarda kükürt dioksit ve klorür iyonu. Ölçek kalınlıkları, düşük paslanma aralığında sıcaklığa karşı nispeten duyarsızdır. Daha yüksek paslanma aralığında, kireç kalınlığı genellikle sıcaklık arttıkça artar. Metal yüzeyindeki oksijen eksikliğinden kaynaklanan kireç kalınlıklarının azalmasının, sıcaklık artışından kaynaklanan kireç kalınlaşmasını bir dereceye kadar telafi ettiği bulunmuştur. Üç dış değişkenin birçok kombinasyonu, paslanma derecesi için aynı değeri verebilir. Pasın ürünlerinden birini veya her ikisini belirlemekle ilgilenilmesi durumunda, deneysel sonuçlar genellikle değişkenlerin pas miktarının doğrusal fonksiyonları olmadığını göstermektedir. Sıcaklıktaki bir değişiklik, yeterli nem ve diğer gerekli koşullar sağlandığında, demirin paslanma derecesinde daha düşük bir sıcaklıktan daha yüksek bir sıcaklığa doğru çok küçük bir değişikliğe neden olabilir.
4. Demir Paslanmasının Önlenmesi ve Kontrolü
Paslanma olgusu hakkında edinilen anlayışa rağmen, bunun kontrolü özellikle zordur. Demirin paslanması birçok alanda, özellikle inşaat mühendisliğinde büyük bir sınırlamadır. Demirin pasını önlemek ve kontrol etmek için çok fazla uzmanlık ve akıllıca stratejiler geliştirilmiştir. Paslanmayı önlemek için en yaygın kullanılan strateji, metali olası hava veya suya maruz kalmaktan korumaktır. Çok aranan kaplama yöntemi, çeliğin ve bazı süet malzemelerin hizmet ömrünü 10 ila 20 kat uzatır ve böylece ekonomik ve sosyal faydalar sağlar. Yağlı boya, termoplastik bağlanmış epoksi, hava ile kurutulmuş klorlu kauçuk, hava ile kurutulmuş bitümlü yağlı boya, iki bileşenli poliüretan, şişen yangın geciktirici kaplama, organomontmorillonit, PVB/poliüretan, grafit/epoksi, Kevlar elyaf dolgulu epoksi, bakır bileşikleri, cam emaye, neodim oksit, diizosiyanat pema ve polietilen glikol pas önleyici performans göstermiştir.
Galvanizleme, bir diğer etkili pas önleme tekniğidir. Bu yöntemin arkasındaki prensip, temel metali erimiş bir çinko banyosuna daldırmaktır. Metalin demir alt tabakası daha sonra erimiş çinko ile reaksiyona girer ve alt tabakalar erimiş çinkoda eşit şekilde ısıtıldığında sonunda bir çinko kaplaması oluşturur. Çinko kaplamanın üzerinde duran pas katmanlarını pasifleştirmek, çinko korozyon ürünlerine dayanır ve pas oluşur. Araştırılması gereken bir diğer teknik, pasın kendisini değiştirerek koruyucu olmayan pas filmleri oluşturmaktır. Ancak, yeni korozyon önleme teknikleri, üretim prosedürlerini içermeli ve mevcut yöntemler toksik ağır metaller ve organik maddeler üretebileceğinden çevre dostu inhibitörler içermelidir. Yönetim prosedürleri de yerinde olmalı ve pasın korunmasını sağlamak için eğitim gereklidir. Pas önleme araştırmalarındaki en önemli ilerlemelerden biri, bir dizi pasa dayanıklı bileşimin geliştirilmesidir. Örneğin, paslanmaz çelikler, sözde pasif tabaka adı verilen kromla zenginleştirilmiş bir oksidasyon tabakası oluşturarak pası önler. E-polimerler ayrıca paslanmayı ertelemeye yardımcı olur. Gelişmiş elektrokaplama, nanoteknoloji kullanır ve çok düşük pas oranlarına sahiptir. Araştırma ayrıca çeliğin yüzeyi ne kadar pürüzlüyse, pürüzlü yüzeydeki gözenekler klorür çözeltilerini hapsettiği için paslanma oranının o kadar düşük olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte, genel reaksiyon hızı azalırken, pas önleyici işlemler güçlü bir yüzey bariyeri sunar. Paslanmayı önlemek için düzenlemeler mevcuttur, ancak bunlar bir ülkeden diğerine farklılık gösterir. Kullanılan çeşitli faktörler ve teknolojiler, endüstrilere bir dizi temel uygulama geliştirme fırsatı sunar. Daha fazla araştırma, daha sürdürülebilir işlemlerin piyasaya sürülmesine ve bunların değerlendirilmesine odaklanmalıdır.