UCTEA Chamber of Metallurgical & Materials Engineers Proceedings Book

832 IMMC 2016 | 18th International Metallurgy & Materials Congress

Galvanik Korozyonu Önlemek İçin Bağlantı Elemanı Montajında Farklı Metodların Kullanımı • Eff ect of Diff erent Fastener Installation Methods to Prevent Galvanic Corrosion

Ali Erdem Eken, Cemil Yılmaz, Evren Tan

Aselsan A.Ş. - Türkiye

Özet Galvanik korozyon iki farkl elektrik potansiyeline sahip metalin temas ederken ya da iletken bir ortamda elektriksel olarak ba lant halindeyken ortaya ç kan korozyon tipidir. Galvanik korozyonu etkileyen faktörlerden en önemlileri: birle en metallerin aras ndaki elektrik potansiyel fark , yüzey alanlar ve sistem geometrisidir. Ço u zaman, bir sistem tasarlarken malzeme tasar m a amas nda al nacak önlemler ile galvanik korozyonun önüne geçilebilir. Bu a amada en önemli husus iki farkl metal aras ndaki elektriksel iletimi kesmektir. Bu çal mada sistemlerimizde s kl kla kullan lan ba lant yöntemi olan alüminyum parçaya paslanmaz çelik ba lant elemanlar n n kullan m irdelenmi tir. De i ik metotlar kullan larak monte edilip olu turulan sistemler ASTM B117 ve MIL-STD-810G Metot 509.5’ye göre olu turulan Tuz Sisi alt nda test edilmi tir. Kullan lan metotlar öyledir: mevcut iletken helicoilleri çinko primer ile yal tkan hale getirerek montaj ve polisülfit kullanarak slak montajd r. Mevcut uygulanan, hiçbir yöntem kullan lmadan uygulanan birle tirme ile bu çal mada kullan lan birle tirme yöntemleri aras ndaki fark galvanik korozyon olu umu bak m ndan incelenmi tir. En iyi performans veren metot, birle im bölgelerinin incelenerek korozyon miktar n n saptanmas yla tayin edilecektir. Saptanan metodun bundan sonraki tasar mlarda uygulanmas yla, olu abilecek galvanik korozyonun önüne geçilmesi planlanmaktad r. 1. Giri Karma k tasar m ko ullar , ayn parça içerisinde farkl metalik malzemelerin birle tirilmesini gerektirebilir. Bu tür karma k malzeme tasar mlar , baz ko ullar alt nda partner malzemelerden bir tanesinde korozyona sebep olabilir. Korozyon, kat bir materyal ile bulundu u kimyasal ortam aras ndaki etkile im sonucu, malzeme yüzeyinde madde kayb n , yap sal karakterindeki de i iklikleri ve yap sal bütünlü ünün bozulmas n ifade eden olayd r. Metallerin hemen hepsi do ada bile ik halinde bulunur. Üretilen metal ve ala mlar n ise

tekrar kararl durumlar olan bile ik haline dönme e ilimleri yüksektir. Bu nedenle metaller içinde bulunduklar ortam n elemanlar ile reaksiyona girerek önce iyonik duruma, sonra da ortamdaki ba ka elementlerle birle erek bile ik haline dönmeye çal rlar. Böylece kimyasal de i ime veya bozunuma u rarlar [1]. Kimyasal ve elektrokimyasal etkilerinden dolay metalik malzemelerde meydana gelen etkiye korozyon denir. Reaksiyon türlerine göre iki tür korozyon mevcuttur; kimyasal ve elektrokimyasal korozyon. Kimyasal korozyon metal ve ala mlar n n gaz ortamlar içindeki oksitlenmesidir. Metal ve ala mlar n n s v ortamlar içinde bozunmalar ise elektrokimyasal korozyondur. Elektrokimyasal korozyonda elektrolite ek olarak anot ve katot ad verilen iki elektrot rol oynar. Katot kimyasal anlamda daha kararl (soy) metaldir ve daha az kararl olan anodun bozulmas na neden olarak kendini korur. Bu korozyon türüne “galvanik korozyon” ad verilir. 1.1. Deniz Tuzunun Korozyona Etkisi Deniz suyunda tuz konsantrasyonu yakla k olarak 32-36 g/L kadar olup yüksek oranda NaCl içerir. Tropikal bölgelerde ve daha derin sularda bu oran daha da artar. Deniz suyunun ba l ca bile enleri; klorür, kalsiyum, sodyum ve sülfatt r. Deniz suyunda çok çe itli organik ve anorganik moleküller de bulunur. Bu kompleksler korozyon mekanizmas n önemli ölçüde etkileyebilir. Deniz suyunda iki veya daha fazla metal elektriksel olarak birbirine ba lanm sa elektriksel potansiyel önemli bir etkendir. Örne in; magnezyumun potansiyeli 1,5, alüminyumun 0,79 iken pasif paslanmaz çeli in potansiyeli 0,08’dir. Deniz suyunda pH de eri 8,1 ile 8,3 aras nda de i ti i için korozyon reaksiyonlar oksijenin indirgenmesi ile gerçekle ir. Deniz içi çeliklerde korozyon h z 0,1-0,125 mm/y l aral nda de i ir. Bu korozyon de erleri malzemenin sabit olu u veya yüzmesi, hareketli veya ta y c olmas gibi faktörlere ba l olarak de i ir. Denize çak l bir çelik kaz k için 5 ayr bölge incelemesi yap lacak olursa;

TMMOB Metalurj i ve Malzeme Mühendisleri Odas ıBildir i ler Kitab ı

83318. Uluslararas ı Metalurj i ve Malzeme Kongresi | IMMC 2016

• Deniz suyu ile slanmayan ama deniz yak n nda olan bölgede atmosferik korozyon görülür. • Deniz yüzeyinin hemen üzerinde olup dalgalar n etkisiyle slanan bölgede olu an korozyon ürünleri kabuk olu turamad için yüksek h zl korozyon görülür. • Gel-git olaylar n n etkisiyle periyodik olarak slan p kuruyan bölgede korozyon ürünleri için koruyucu kabuk olu ur; bu yüzden korozyon h z dü üktür. • Sürekli su alt nda kalan bölgede üst tarafta oksijen konsantrasyonu yüksek oldu u için korozyon h zl d r. • Denizin derinliklerinde oksijen difüzyonu dü ük oldu u için korozyon h z da dü üktür. 1.2. Tuz Sisi Testi Tuz sis testi on y llard r birçok endüstri için korozyon kar la t rma testi olmu tur. Örneklerin korozyon dayan m nda beklenenin kar lan p kar lanmad n kontrol etmek için bu konuda birçok standart yaz lm ve prosesin h zl olmas nedeniyle çok popüler hale gelmi tir. Bu testin temel kullan m , üretim sürecinin etkinli inin denetimidir. Bu testler, malzemelerin ve bile enlerin ortam artlar nda kullan m ömrünü tahmin etmekte yararl d r. Bu test; • Malzeme yüzeylerinin ve koruyucu kaplamalar n n etkinli i ve kalitesinin tayininde • Potansiyel problem bölgelerinin, kalite kontrol zaaflar n n, tasar m hatalar n n yerini belirlemede • Do al ortam tam olarak yans tmasa da tuz sisinin neden oldu u potansiyel problem bölgeleri hakk nda ipucu elde etmede • Sadece yüksek miktarda tuz içeren atmosfere maruz kalacak malzemeler için kullan l r. Tuz sisi testi gerçek bir durumu simüle etmemekle birlikte kimyasal kompozisyon ve içerik farklar ndan dolay deniz ortam etkilerinin e leni idir. Bu testten geçmi bir birimin di er korozyon ortamlar na dayan kl olmas beklenemez. Tuz sisi testi birimin veya kaplaman n ömrünü hesaplamak için yeterli de ildir. Tuz sisi testi tuzlu ortamda bulunacak tüm cihazlar için uygulan r; kara, hava, deniz için farkl yöntemler yoktur. 2.1. Galvanik Korozyon Galvanik korozyonun meydana gelebilmesi için a a daki ko ullar mevcut olmal d r ( ekil 1): • Verilen bir sistem içerisinde farkl elektrokimyasal potansiyele sahip metaller olmas • ki metal aras nda elektriksel bir ba lant olmas • Her iki metali birbirine ba layan bir elektrolit olmas

ekil 1. Galvanik korozyonun meydana gelebilmesi

için gereken ko ullar ve mekanizmas . Galvanik e le meler ço unlukla bir tasar m veya imalat gereksinimi olarak ortaya ç kar. Galvanik korozyon meydana geldi inde, anot olan malzeme sald r ya u rarken, katot olan malzeme korozyona kar korunmaktad r. Farkl potansiyele sahip iki metalin elektrolit bir çözelti içerisinde birbirine temas etmesi, anottan katoda do ru bir elektron ak na neden olmaktad r. Anot üzerindeki korozif sald r oldukça h zl d r. Galvanik korozyonu önlemenin en aç k yolu tasar m safhas nda birbirine uyumlu malzemelerin seçilmesidir. Kullan lmas zorunlu malzemeler birbirini galvanik korozyona sebep olabilecekse, koruyucu önlemler al n r. Bu önlemler: • Parçalar n elektriksel yal t m • Ba lant yerlerini neme maruz kalmayacak bir alanda konumland rmak • Bir katodu veya anotla beraber katodu kaplamak (geni yüzey alanlar nda veya birle me yeri yak n nda) 3. Deney 1. Helicoillerin (çinko kromat primer, TT-P-645 [3]) ile tak lmas 2. Islak montaj (polisülfit) ile vida tak lmas / farkl malzemelerin slak montaj ile birbirine ba lanmas ( ekil 2)

ekil 2. Polisülfit slak montaj.

3. Vidalar n kapat lmas (polisülfit) ( ekil 3). 4. Primer Free helicoil kullan m .

UCTEA Chamber of Metallurgical & Materials Engineers Proceedings Book

834 IMMC 2016 | 18th International Metallurgy & Materials Congress

ekil 3. Polisülfit vida kapama.

4. Sonuç ve De erlendirme

ekil 4’deki gibi haz rlanan plakalar ASTM B117 [4] ve MIL-STD-810G [5] Method 509.4 Salt Fog‘a göre 10 döngü tuz sisi testine tabi tutulmu tur. Test s ras nda %5 tuz, %95 su oran na sahip tuzlu su çözeltisi kullan lm t r. Testte numunelerin; 35°C’de 2 saat s cakl k dengesine gelmesi için beklenmi . Ard ndan 35°C s cakl k de erinde 24 saat tuzlu su çözeltisine maruz b rak lm ve 24 saat oda ko ullar nda kurutulmu tur. Bu döngü iki kez uygulanm ve test 98 saat sürmü tür.

ekil 4. Galvanik çift konfigürasyonu.

Test sonucunda uygulanan yal t m çözümlerinin etkinli i de erlendirilmi tir: 4.1. Herhangi bir önlem al nmayan ba lant elemanlar Bu durumda 10 tuz sisi testi döngüsünden sonra vida ve pullar söküldü ünde vida di lerinde beyaz tozlar gözlenmi tir. Bu tozlar n vida ile alüminyum kasa aras nda meydana gelen galvanik korozyondan alüminyum korozyon ç kt lar n n vida di lerine kaplanmas sonucu meydana geldi i dü ünülmektedir. Beklenildi i gibi tuz sisi testinden kaynaklanan elektrolit, ba lant elemanlar ve alüminyum kasa aras nda metalleri birbirine ba lad , böylece

elektronlar n iletilip oksidasyon olu mas na neden oldu u gözlenmi tir.

ekil 5. Önlem al nmayan vida ve ba lant

elemanlar 4.2. Ba lant elemanlar n n (çinko kromat primer) ile tak lmas Bu durumda bir önceki senaryoda görüldü ü gibi vida di lerinde herhangi bir beyaz toza rastlanmam t r. Bu da çinko kromat primer uygulaman n vida di leri ve alüminyumun aras nda bariyer olu turarak alüminyum kasaya aç lan di lerin herhangi bir korozyona u ramamas n sa lad gözlenmi tir.

ekil 6. Çinko kromat primer ile monte edilen

helicoile ba lanm vida 4.3. Islak montaj (polisülfit) ile vida tak lmas / farkl malzemelerin slak montaj ile birbirine ba lanmas Islak montaj (polisülfit) ile ba lant elemanlar monte edildi i durumda, polisülfitin ba lant elemanlar ve alüminyum kasa aras nda yal t m sa lad , ayr ca arayüzlere elektrolit girmesini önleyerek korumay artt rd gözlenmi tir. ekil 12’de görülebildi i gibi vida di lerinde ve di er ba lant elemanlar nda korozyon belirtisi olabilecek herhangi beyaz bir toza rastlanmam t r.

ekil 7. Islak montaj yap lan vida 4.4. Primer Free Helicoil kullan lmas Primer Free Helicoil kullan l p montaj yap ld durumda vidada ve di er ba lant elemanlar nda korozyon belirtisi olabilecek herhangi beyaz bir toza rastlanmam t r.

TMMOB Metalurj i ve Malzeme Mühendisleri Odas ıBildir i ler Kitab ı

83518. Uluslararas ı Metalurj i ve Malzeme Kongresi | IMMC 2016

ekil 8. Primer Free helicoil kullan larak monte edilmi ba lant sistemi Sonuç olarak sistemlerde ba lant eleman montaj yap l rken slak montaj, primer free helicoil ve/veya çinko primer kullan larak yap lan helicoil montaj n n galvanik korozyonu engelleme konusunda ba ar l oldu u gözlenmi olup bu tür özel montaj ad mlar n n tan mlanmas n n sistemlerin güvenilirli ini artt rmada önem te kil etti i görülmü tür. 5. Kaynakça [1] AMMTIAC Corrosion Hdbk Spiral2 Corrosion Prevention and Control: A Program Management Guide for Selecting Materials [2] SC-K-001 ASELSAN Galvanik Korozyon Standard [3] TT-P-645 Paint Alkyd Type [4] ASTM B117 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus [5] MIL-STD-810G Environmental Engineering Condiderations and Laboratory Tests