Korozyon reaksiyonları dört bileşen gerektirir: yani, bir anot, bir katot, bir elektrik devresi ve bir elektrolit. Galvanik korozyon, farklı potansiyellere sahip iki farklı metalin bir elektrolit içinde elektriksel temas halinde bulunmasıyla ortaya çıkan korozyondur. Farklı metaller arasında var olan elektrik potansiyeli farkı, elektrolit içinden elektrik akımı akışı için itici güç olarak hizmet eder. Bu akım metallerden birinin korozyona uğramasına neden olur. Potansiyel fark ne kadar büyük olursa, galvanik korozyon olasılığı da o kadar yüksek olur. Galvanik korozyon sadece metallerden birinin bozulmasına neden olur. Daha az dirençli, aktif metal, anodik korozyon bölgesi haline gelir. Daha güçlü, daha asil metal katodiktir ve korunur. Elektrolit hemen hemen her zaman elektriği ileten sulu bir ortamdır. Yoğuşma suyu, çiy, yağmur, dökme su (sel vb.), her iki metale de temas eden nemli döküntü, topraktaki nem vb. dahil olmak üzere her iki metalle temas halinde olan herhangi bir nem olabilir. Çinko ve çelik temas halindeyken bir elektrolitin mevcudiyeti, çelikten çinkoya bir akım akacaktır, böylece çinko anodik elektron üreten bir bölge haline gelirken, çelik katodiktir ve elektronları tüketir, oksijenle birleşmesini ve pas oluşturmasını önler¹. Çinkonun bu özelliği birçok uygulamada çeliğin galvanik koruyucusu olarak kullanılır. Çinko kaplama ayrıca bir bariyer görevi görerek çeliği daha da korur.
 

Çinkonun demir ve çeliği galvanik olarak koruması, insanlığın korozyona karşı bitmeyen savaşında önemli bir gerçekliktir. Çinko çelik bileşenlerin ömrünü 10 ila 100 kat uzatır². Galvanik çiftler ayrıca pillerin faydalı elektrik akımı üretmesini sağlayan ilkedir. Ancak birçok durumda galvanik çiftler sorunlara neden olur. Bazen bu olumsuz sonucu tanımlamak için kullanılan terim “bimetalik korozyon”dur. Küçük bir çinko parçası bile, bir elektrolit varlığında büyük bir çeliğe elektriksel olarak bağlandığında, çinkodan çeliğe elektron akışının yüksek hızı nedeniyle hızla tüketilebilir. Bakır çinkodan çok daha soylu olduğu için, çinko bu iki metalin bimetalik çiftinde çok hızlı korozyona uğrayabilir (Tablo 1).

Bazı durumlarda elektriksel temasta olmaları bile gerekmez. Asil bir metal, örneğin bakır, daha sonra daha az asil bir metal, örneğin çinko üzerinden akan suda hafifçe aşındığında ve çözündüğünde, bakır, gerçek bir bimetalik çiftte çinko ile reaksiyona girecek ve çinko ile değiştirilecektir. Bu 'temas' ve 'akma' durumları Şekil 1'de gösterilmektedir. Bakır boruların A/C ünitesinin galvanizli çerçevesinden geçtiği yerlerde korozyon şiddetlidir, ancak bakır içeren kondens suyunun damladığı yerlerde daha az korozyon meydana gelir.
 

Tablo 1: Galvanik Korozyon Oranları

 

Şekil 1: Temas ve Akma Durumları

 

Galvanizli çeliğin galvanik korozyonu, kesik kenarlar, oyuklar veya çizikler gibi çinkonun altındaki çeliğin açıkta olduğu alanlarda meydana gelir. Bu alanlarda, açıkta kalan çelik katodik olarak korunurken, çevreleyen çinko kaplama galvanik olarak aşınır. Bununla birlikte, çoğu durumda, normal korozyona kıyasla galvanik korozyondan kaynaklanan kaplama kaybı miktarı küçüktür, çünkü çıplak çeliğin açıkta kalan alanları, nispeten çok daha büyük olan çinko yüzey alanında önemli bir korozyona neden olmak için genellikle çok küçüktür. Sonuç olarak, bir çinko kaplamanın galvanik ve normal korozyon dahil olmak üzere atmosferik korozyon hızı, genellikle bağlanmamış çinkonunkine çok benzerdir. Anot (çinko) katoda (çelik) oranı ne kadar büyük olursa, katodun oksidasyonunu önlemek için yeterli elektron kaynağı olduğundan, sunulan koruma o kadar iyi olur.

Çinko kaplı çeliğin, çinko tarafından korunma mesafesi ortama bağlıdır. Elektrolitin artan iletkenliği ve kalınlığı ile korunma mesafesi de artar. Çinko kaplamanın açıktaki çeliği kesik bir kenarda koruma yeteneği Şekil 2’de gösterilmektedir. 1 mm kalınlığındaki bir sacın kenarı, 6 aylık atmosfere maruz kaldıktan sonra esas olarak kırmızı pastan arınmış halde kalırken; 2,5 mm kalınlığındaki bir numune 2 hafta sonra paslanma göstermeye başlayıp 3 ay sonra kalınlığının merkezinde daha yüksek miktarda pas gösterir ve 6 ayın sonunda paslanmada azalma görünür. Bu bariz "kendi kendini iyileştirme" muhtemelen, çinko tabakasını yıkayan ve açıkta kalan çeliğe yapışan ve bu süreçte ek koruma sağlayan çinko karbonat kompleksleri gibi çinko korozyon ürünlerinin bir sonucudur.



 

Şekil 2: Atmosfere maruz kalmadan kalan sonra kesik kenarların görünümü

 

Eğer parçaların üretiminde ham madde olarak rulo ya da plaka galvanizli saclar kullanılıyorsa, yalnızca sacların kesme yüzeylerinde kesme kenarı oluşur. En yaygın kesme yöntemleri zımbalama (punching) ve makaslamadır (shearing). Bu yöntemler ile üretim düz bıçaklar, döner makaslar veya kesme-delme kalıpları kullanılarak gerçekleştirilir. Çelik sacın kesilmesi uygun şekilde yapıldığında sac yüzeyine neredeyse dik olan bir kesim yüzü oluşur. Bu kesim yüzü çapaksız veya çok az çapak (1/3 kesme 2/3 kırılma) ile gerçekleşir. Çalışmalar galvanizli sacın kesilmesinin kesim yüzünün 1/3’lük kesme kısmı üzerine bir miktar yüzey çinkosunu bulaştırdığını göstermiştir ³.

Çalışmalarda kesme yüzeyine bulaşmış çinko miktarı ana yüzeyden çok daha az da olsa, kesme yüzeyini çinko kaplamanın olmadığı duruma göre pas oluşumunu çok daha fazla önleyeceği gözlemlenmiştir. Kırılma yaşanan yüzeylerdeki bir miktar çinko lekesi, leke etrafında bir küçük koruma yüzeyi oluşturmaktadır. Asıl koruma levha yüzeyinin yakınında bulunan kırılmamış kesme yüzeyine bulaşmış daha büyük çinko kütlesinden sağlanmaktadır. Kesme kötü yapılırsa ve kenarda belirgin bir çapak varsa bu çıkıntı genelde çinko lekesine sahip olmayacağı ve kesme yüzeyindeki çinkoya uzak konumda bulunacağı için çabuk paslanacaktır, belki de kabul edilemez bir görüntüye sahip olabilir. Çelik sac kesme bıçaklı testere ya da lazer kesim ile kesilebilir. Bu üretim yöntemlerinde daha pürüzsüz bir yüzey elde edilecektir fakat çinko bulaşı sağlanmayacağı için paslanmaya karşı daha korumasız kalacaklardır. Bu üretim yöntemleri paslanmaya karşı dezavantaj oluşturmaktadırlar.

En iyi kesilmiş galvanizli sacda bile oluşan kesme kenarı paslanma derecesi estetik açıdan kabul edilemez olsa da, bu tür bir korozyon bileşenin yapısal bütünlüğünü bozmaz. Ayrıca kesim kenarına yakın yüzeydeki çinko tükenene kadar pasın derecesi çok az değişecektir. İnce sac (< 1 mm) için, kesme kenarı çoğu ortamda bileşenin ömrü boyunca kenar pastan arınmış durumda kalabilir. Şekil 3 büyük olasılıkla kullanım ömrü boyunca asla kötüleşmeyecek olan, görünür kesme kenarı korozyonuna sahip nispeten kalın bir galvanizli parçayı göstermektedir. Bu kenar estetik olarak uygun olmasa da, yine de işlevseldir. Estetiğin önemli olduğu ve yüzeysel korozyon nedeniyle pas lekesinin sorun olacağı uygulamalar için stratejik tasarım kullanılabilir.
 

 

Şekil 3: Görünür kesme kenarı korozyonuna sahip nispeten kalın bir galvanizli parça

Özet


Çinko gibi elektrokimyasal olarak aktif bir metalin çeliğe uzun süreli korozyon koruması sunabilmesi, modern toplum için büyük bir avantajdır. Bunu galvanik koruma yoluyla ve bariyer kaplama görevi görerek yapar. Çinko'nun galvanik özellikleri, galvanizli çelik üzerindeki açıkta kalan çelik alanları, örneğin kesik kenarlar koruyabilirken, bir elektrolit varlığında bakır gibi daha asil bir metalle temas ederse çinkonun hızlı bimetalik korozyonuna neden olabilir.

Kaynakça

1: Porter, Frank C., Corrosion Resistance of Zinc and Zinc Alloys, Marcel Dekker, Inc., New York, 1994, p. 84

2: Zhang, X. Gregory, Corrosion and Electrochemistry of Zinc, Plenum Press, New York, 1996, p. 209

3: Andrew, T. O., Edge Protection by Zinc, Product Development Technical Digest, BSC, March, 1986