Alüminyumun Elektrokimyasal ve Korozyon Karakteristiği
Alüminyum,
yüksek bir elektronegatif potansiyelli bir metaldir. Normal denge
gerilimi -1,67 V`tur. Buna rağmen,alüminyumun dış hava şartlarına, bir
çok zayıf asit çözeltilerine, çoğu nötr çözeltilere ve suya karşı
oldukça yüksek başarı dayanımı vardır. Havalandırılmış çözeltilerde
pasif durum kararlılığına göre alüminyum, kromla birlikte titanyumdan
sonra ikinci sıradadır. Örneğin bakırın -ki yarı soy metaldir- korozyon
hızı klorürlü çözeltilerde alüminyumdan daha yüksektir.
Sadece atmosferdeki ve su da
çözünmüş oksijen değil, hatta suyun kendisi bile alüminyumun bir
pasivatörüdür (etkisizleştiricisidir). Bu nedenle alüminyum genellikle
sadece oksijen ya da oksidasyon amillerinin oluşunda değil aynı zamanda
onların bulunmadığı durumlarda da pasif durumdadır (kendi kendini
pasifleyicidir). Bu durumda, alüminyumun elektrod potansiyeli,normal
denge potansiyelinden 1 V daha fazla pozitif gelir. Örneğin; 0,5 N NaCI
çözeltisinde alüminyumun potansiyeli -0,57 V`dur. Şu kanıtlanmıştır
ki;
pasif durumdaki alüminyumun yüzeyi, münferit durumlara bağlı olarak
çeşitli kalınlıkta (50 -1000 Aº) koruyucu bir film tabakasıyla
kaplıdır. (Al2O3 ya da Al2O3, H2O). Kuru havaya maruz bırakılan
alüminyum, 150 –200 Aº yüzey film kalınlığına sahiptir. Alüminyumdaki
koruyucu filmler, atmosferik karakterli olup, oksitleyici olmayan
(nonoxidizing) kuvvetli asitlerde ve çok daha kolay biçimde alkalilerde
çözünür. İşareti, belli bir pH`taki minimum korozyonu gösterir.
Örneğin, 6,6 işareti, Al İçin verilen 6,5 pH değerinden artış ya da
düşme olduğunda korozyonda artış olacağını gösterir. \ İşareti, pH`ta
yükselme olduğunda, korozyonda düşme olacağını gösterir. Alüminyum
hidroksitin 3-9 pH`ta çökelmeye başladığı, 6,5-7 pH`ta da maksimum
çökme olduğu ispatlanmıştır.Bunun içindir ki alüminyum, kuvvetli
asitler ve alkalilerde aktif hale geçecek potansiyeli de şiddetli bir
şekilde negatif olacak ve çözünmeye başlayacaktır.
Alüminyumun aktif hale geçmesi, yüzeyini cıva ya da cıvalı tuz
çözeltisiyle silmek ya da muamele etmekle mümkün olabilmektedir.
Böylesi bir durumda alüminyum, havada ve nötr çözeltilerde kararsızdır
ve hidrojen serbestisiyle saf suda bile hızlı bir şekilde çözünür.
Alüminyumun kendi kendine pasivasyona olan hassasiyeti, bu metalin pek
çok nötr ve zayıf asidik
çözeltilere karşı dayanıklı kılar. Bundan dolayı alüminyum, oksitleyici
asit (örnek; nitrik asit) ve kuvvetli oksitlendiricilerin etkisi
altında bile kararlıdır.
Alüminyum oksitleyici anyonlu
(örn. Nitratlar, kromatlar ve bikromatlar) tuzlarda ve sülfat
çözeltilerinde kararlıdır. Klorürler ve diğer halojenler, alüminyumdaki
koruyucu film tabakasını tahrip etme kapasitesine sahiptir. Bundan
dolayı klorlu çözeltilerde alüminyumun kararlılığı, biraz
azalmıştır.Bununla beraber saf alüminyum gibi bir takım hallerde
kararlılık hâlâ yüksektir.
Alüminyum ve alaşımları, HCI
çözeltilerinde kararlı değildir. Kuvvetli negatif potansiyelinden
dolayı, pek çok elektropozitif metallerle (bakır, platin, demir, nikel,
kalay, vb.) temasında alüminyumun korozyonu çok artar. Aynı sebeple,
elektropozitif metallerin muhteviyatı bulaşmayla arttırıldığında
alüminyumun korozyon dayanımı, gözle görülür şekilde azalır.
Alaşımlar
önceden 14 saat 300ºC`ye ısıtılmış ve yavaş soğutulmaya bırakılmıştır.
Bakır temaslı alüminyumun korozyon hızı, demir ya da silikonlu
bulaşmaya göre çok daha fazladır.Bakır, araştırılan miktarda katı
çözeltide bulunur, oysa demir,bakır üzerindeki hidrojen aşırı voltajına
rağmen intermetalik bileşim FeAl3 `ü üretir. Bu su götürmez kural
dışılık, bakırın daha fazla pozitif denge gerilimiyle açıklanabilir. Bu
etki aynı zamanda platin, altın,
gümüş, bakır, nikel ve daha az ölçüde demir gibi büyük elektro kimyasal
potansiyelli ağır metallerin tuzları olduğunda da gözlenebilir. Bu
nedenle, örneğin deniz suyu gibi sulu çözeltilerin sirküle edildiği
kapalı polimetalik sistemlerde, eğer çözeltilerde bakır ya da bakır
alaşımlarında türetilen elemanlar varsa, alüminyumla elektriksel teması
olmasa bile, alüminyum ve alaşımları hızlı korozyon gösterirler.
Saf alüminyum ve bazı
alaşımlarının yüksek korozyon dayanımı, yalnız pasif filmin temel
koruyucu etkisiyle (anodik engelleme - anodic inhibition) değil, aynı
zamanda aktif ve pasif alüminyum yüzeyindeki yüksek hidrojen serbestisi
aşırı voltajıyla (katodik engelleme - cathodik inhibition) da
açıklanabilir. Bundan dolayı alüminyum, ya saf halde ya da
elektronegatif potansiyelli ve yüksek hidrojen aşırı voltajlı
metallerin ilavesiyle maksimum korozyon dayanıklılığına ulaşır. Demir
ve bakır gibi ağır metallerin ilavesi, katodik prosesi kolaylaştırıp
koruyucu filmde yarıklara neden olacağından alüminyumun korozyon
dayanımını oldukça düşürür. Nötr çözeltilerde alüminyumun korozyonu,
prensip olarak oksijen depolaizasyonu (oxgen depolarization) `nun
katodik prosesiyle ilerler. Düşük hidrojen aşırı voltajlı soy metal
ilavesinin arttırılmasıyla hidrojen depolarizasyon derecesi keskin bir
şeklide artar. Bundan dolayı örnek olarak 0,5N NaCl çözeltisindeki
tavlanmış sert alüminyum (annealed duraumin), oksijen ve hidrojen
depolarizasyonu yaklaşık eşit miktarlarda aşındırır.
Alüminyumun korozyon dayanımı,
özellikle klorlu çözeltiye daldırılmış alüminyumun negatif farklı
etkiden dolayı elektropozitif metallerle temasına ve aktif katodik yapı
bileşenlerini alaşıma katmaya karşı çok hassastır.Bu negatif farklı
etkiden dolayı, anodik polarizasyon (harici bir gerilimle ya da katodik
bir metalle temas yoluyla) hem kendi kendine olan anodik
polarizasyondan, hem de alüminyum elektrodun kendi kendine
çözünmesinden dolayı alüminyumun korozyon hızını arttırmıştır. Hem
asitlerde hem de nötr çözeltilerde, alüminyumun korozyon dayanımı,
yukarıda söylenen nedenlerden dolayı büyük çapta metalin saflığına
bağlıdır.
Korozyon dayanımının çok yüksek
olması istendiğinde (örneğin; gıda ve kimya sanayiinde kullanılan
ekipmanlarda ya da uçağın tabaka halindeki alüminyum alaşımıyla
giydirilmesi) sadece en saf alüminyum kullanılmalıdır. Düşük kalite
alüminyum (önemli miktarda kontaminasyonlu) genellikle daha az korozyon
dayanımana sahiptir ve kritik olmayan hallerde (nancritical cases)
kullanılır.
Alüminyum, asit ortamlarında özellikle koruyucu filmi tahrip eden Cl¯,
F¯, Br¯ I¯ iyonlarına çok duyarlıdır. Diğer yandan kromat ve
bikromatlar gibi oksitleyici anyonlar, silisik asit ve flosilikatların
çözündürülmüş tuzları, alüminyumun korozyonunun geciktirilmesinde
etkilidir. Nitrik asidin konsantrasyonunun %30`dan daha fazla artması,
alüminyumun korozyon dayanımını arttırır.Bunun için alüminyum,
konsantre nitrik asitin naklinde ve depolanmasında en iyi tank
malzemesi olarak kabul edilir. Hatta konsantre nitrik asitteki korozyon
dayanımı, krom nikel çeliklerden bile daha üstündür. Ancak Cl`un
bulunmasıyla dayanımını kaybeder.
Alüminyum sulandırılmış sülfirik
asite kararlıdır. Fakat orta ya da yüksek konsantrasyonlarda dayanımını
kaybeder. Alüminyum özellikle yüksek konsantrasyonlarda dumanlı
sülfirik asite (oleum) dayanıklıdır. Alüminyum asetik asit ve bir takım
organik ortamda kararlıdır. Formik, okzalik ve klor asetik asit
(chloracetic acid) son derece korozifdirler. Alüminyum alkali
çökeltilere karşı tamamen dayanıksızdır.
Nerden
Lakap
Paz Kas. 01, 2009 12:46 pm
