Kimyasal korozyon; metal ve alaşımlarının, elektrik iletkenliği olmayan, gaz ortamlar içindeki korozyonudur. Metal genellikle elektron verir ve reaksiyon oluşur. Diğer element genellikle oksijen olduğundan metal elektronu oksijene verir ve reaksiyon sonucu yüzeyde metal oksit tabaka oluşur. Oksidasyon reaksiyonu özellikle yüksek sıcaklıklarda belirgindir ve bu durumda oluşan korozyon ürününe tufal denir.
Elektrokimyasal korozyon da konum olarak farklı yerlerde oluşan iki reaksiyon vardır (anot ve katot). Elektrokimyasal korozyonun her iki kimyasal reaksiyonunda da elektrik yüklerinin karşılıklı değişimi zorunludur. Bu değişim metallerde elektron iletimi yoluyla olur, metalin dışında ise akım elektrolit üzerinden sağlanır. Elektrolitler çoğunlukla sıvı çözeltiler olmakla birlikte, toprakta ve tuz eriyiklerinde de iyon iletimi mümkündür. Tablo 1’de mühendislik uygulamalarında görülen korozyon türleri verilmiştir.
Tablo 1. Korozyon türleri
Metal malzeme yüzeylerinde en çok rastlanan oyuklanma(çukurcuk) korozyonuna detaylı değinmek gerekirse; metal malzeme yüzeyinin çok dar bölgelerinde çukurcuk (pit) oluşumuna neden olan bir korozyon türüdür. Korozyon ile oluşan çukurcukların büyüklüğü ve sıklığı malzeme ve ortama göre değişir. Çukurların ağız bölgeleri genellikle korozyon ürünleri ile doludur. Metal yüzeyinde karıncalanma görünümünde, tehlikeli bir bölgesel hasardır. Korozyonun sebep olduğu malzeme kaybı diğer homojen korozyonlara göre çok az olmasına rağmen parçalar kısa zamanda delinerek kullanılmaz hale gelir. Oyuklar çekirdeklenme ve ilerleme aşaması olmak üzere iki aşamadan meydana gelir. Oyuk çekirdeklendiği zaman ilerlemesi oyuğun tabanında artan asitlik sebebiyle oyuk içindeki metal çözünmesinin artması ile olur. Keza her türlü yedek parça ve malzeme stok sahalarında ve özellikle açık havada bırakılan yerlerde zaman içinde bu tip korozyon oluşur.
Şekil 1. ASTM G46 göre değişik oyuklanma korozyon şekilleri
Çukurcuk korozyonun belirgin özelliklerinden biride çok küçük çözelti miktarı ile oluşmasıdır. Yani korozyonun yoğunlaştığı çukurcuk dipleri ile ortamın büyük hacmi arasında bir tıkanıklığın gerekliliğinden söz edilebilir. Bu tıkanıklığı giderici etkiler, örneğin durgun haldeki bir ortamın akış haline dönüştürülmesi, çukurcuk korozyonu eğilimini önemli ölçüde azaltabilir.
Bu çalışmada; curuf altı ergitme yöntemiyle(ESR) üretilmiş metal ve plastik enjeksiyon kalıplarında parçanın figürünü çıkaran kalıp yüzeyinin lokal bölgelerinde belirli baskı sonrasında oyuklanma/çukurcuklanma/karıncalanma (pitting) meydana gelen kalıplardan, kalıpta hasarın oluştuğu bölgeden numune çıkarılması suretiyle bu yüzey hasarının oluşum nedenlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Bu bağlamda, ESR kalitedeki enjeksiyon kalıplarından oyuklanma yüzey hasarının meydana geldiği bölgeden numuneler alınarak inceleme yapılmıştır.
Şekil 2. Enjeksiyon kalıplarında tespit edilen oyuklanma(pitting)yüzey hasarının kalıp yüzeyinde oluştuğu bölgeler (a-metal enjeksiyon kalıbı b-plastik enjeksiyon kalıbı)
Oyuklanma yüzey hasarı olan bölgeler, kalıptan tahribatlı analiz yöntemleri dahilinde(tel erozyon vb. hassas kesim teknikleri ile) kısmi olarak çıkartılarak öncelikle kalıbın imal edildiği takım çeliğinin içyapı temizliği NADCA kriterleri göz önünde bulundurularak, ASTM E45/97 göre irdelenmiştir. Şekil 3. NADCA ya göre sıcak iş takım çeliği malzeme çeşitlerinin gruplandırılması(GRADE A,B,C,D,E) ve bu gruplandırmanın içerebileceği maksimum inklüzyon tipleri gösterilmiştir.
İncelemeler sonucunda kullanılan takım çeliklerinin içyapı temizliğinin kabul kriterleri içerisinde iyi/geçerli derecede olduğu tespit edilmiştir.
Şekil 3. NADCA spesifikasyonu, #229
Oyuklanma yüzey hasarı olan bölgeler, optik mikroskop ve yüksek büyütmeler için taramalı elektron mikroskobu(SEM) yardımıyla incelenmiş ve ayrıca enine kesitten numune alınarak oyukçuğun içerisinde noktasal elementel analiz yöntemi, EDX analizi, kullanılarak hasara neden olabilecek bulgular saptanmaya çalışılmıştır.
Şekil 4. Oyuklanma yüzey hasarı olan bölgelerin optik mikroskop görüntüsü (a-metal enjeksiyon kalıbından alınan nunune b-plastik enjeksiyon kalıbından alınan numune)
Şekil 5. Metal enjeksiyon kalıbına ait oyuklanma yüzey hasarı olan bölgenin enine kesitten SEM görüntüsü
Şekil 6. Metal enjeksiyon kalıbına ait oyuklanma yüzey hasarı olan bölgenin EDX analiz sonucu
Şekil 7. Plastik enjeksiyon kalıbına ait oyuklanma yüzey hasarı olan bölgenin SEM görüntüsü
Şekil 8. Plastik enjeksiyon kalıbına ait oyuklanma yüzey hasarı olan bölgenin enine kesitten SEM görüntüsü
Şekil 9. Plastik enjeksiyon kalıbına ait oyuklanma yüzey hasarı olan bölgenin EDX analiz sonucu
Metal ve plastik enjeksiyon kalıbından çıkarılan numunelerin yüzeyindeki oyuklanma hasarının iç bölgesi, enine kesit alınarak SEM de(Şekil 5 ve 8 de görüldüğü üzere) EDX ile oyukçuğun içerisindeki bölgede elementel analiz yapıldığında; oksijen(O) elementlerinin miktarının arttığını bunun aksine demir(Fe) elementlerinin miktarının azaldığı tespit edilmiştir, bu bulgular oyukçuğun içerisinde korozyon yani korozyon ürünlerinin(FexOy) oluştuğunun bir göstergesi olup ayrıca oyukçuğun birkaç mikron yakınındaki çelik matriksine(anayapısına) EDX ile bakıldığında beklenildiği gibi demir(Fe) elementi miktarı çukurcuğun içindeki bölgeye kıyasla çok yüksek tespit edilmiş ve yine beklenildiği üzere burada oksijen(O) den söz edilememektedir, Şekil 6 ve Şekil 9.
Özetle, kalıplarda bellirli bir çevrim süresi sonrasında bu korozyon hasarının(oyuklanma/pitting) oluşmuş olması özellikle kalıbın çalışmadığı süre zarfında iyi koşullarda saklanamamasından/korunamamasından kaynaklandığı ilk akla gelmekle beraber kalıbın çalışmaya korozyon oluşmuş bir yüzey ile yani temizlenmeden başlanmasınında kalıbın çalışma şartları(sıcaklık,basıç,nem) göz önünde bulundurulduğunda hasarın oluşumunu hızlandırabileceği aşikardır. Kalıpların korozyondan korunmasının en kolay ve ekonomik yolu; yüzeyin koruyucu yağ filmi uygulanarak veya vakum altında kontrollü oksit tabakası oluşturulması(vakum oksidasyon) ile korunmasıdır.
KAYNAKLAR
[1] Malzeme Bilgisi, İTÜ, Prof. Dr. Ahmet Aran
[2] Pierre R. Roberge,” Handbook of Corrosion Engineering”, McGraw-Hill
[3] UDDEHOLM AB, Sweden.
[4] NADCA Specification Standards for Die Castings Dies