Pas ve korozyon: alüminyumun kimyasal olarak paslanamamasının nedeni
Pas, demir veya çeliğin oksijen ve su ile tepkimeye girdiğinde oluşan kızıl renkli ürün olan hidrate demir(III) oksit için yaygın addır. Korozyon, herhangi bir metalin çevresindeki kimyasal veya elektrokimyasal tepkime yoluyla bozulması için kullanılan daha geniş bir terimdir. Her pas, korozyondur; çoğu korozyon pas değildir.
Dünyanın en büyük alüminyum üreticilerinden birinin ekstrüzyon kolu olan Shapes by Hydro, korozyon araştırmacılarından biri tarafından yazılan bir yazıda bunu açık bir şekilde ifade eder: alüminyum paslanamaz ve bu bir kimyasal gerçektir, pazarlama iddiası değildir. Metalin içinde demir oksidine dönüşebilecek hiçbir demir yoktur.
Alüminyum aslında çok reaktif bir metaldir. Havaya açık bırakıldığında, neredeyse anında oksijeni alır ve alüminyum oksit (Al₂O₃) oluşturur. Çelikten farkı, bundan sonra ne olacağıdır:
| Çelik (pas) | Alüminyum (oksit) | |
|---|---|---|
| Oluşan oksit | Demir oksit / hidroksit | Alüminyum oksit |
| Film kalınlığı | Sürekli olarak artar | Birkaç nanometre, kendi kendini sınırlayan |
| Yapışma | Gözenekli, dökülür | Yoğun, sıkı bağlı |
| Metal üzerindeki etki | Taze metali açığa çıkarır, korozyon devam eder | Yüzeyi mühürlü hale getirir, korozyon durur |
| Çizilirse | Pas çizikten yayılır | Film hemen hemen anında kendiliğinden yeniden oluşur |
| Renk | Kırmızı-kahverengi | Görünmez ile soluk gri arası; saldırıya uğradığında beyaz toz |
Pas dökülür ve sürekli yeni çelik açığa çıkarır; bu nedenle saldırı kendi başına asla durmaz. Alüminyum oksit yerinde kalır ve çok ince olduğu için metalin görünüşünü değiştirmez bile. Alüminyumun pencere çerçeveleri, gemi gövdeleri ve transformatör sargıları için standart hale gelmesinin tam nedeni budur.
Alüminyumun oksit filmini kıran üç koşul
Oksit film mükemmelin, ancak sınırları vardır ve alüminyumun "bozulması" neredeyse her durumda bu üç şeyden birine indirgenir.
1. Su çok asidik veya çok alkalin
Alüminyum amfoterik bir metaldir; asitler ve alkaliler her ikisi de onu çözer ve oksit filmini de çözer. Pourbaix diyagramı (belirli bir pH ve elektrik potansiyelinde bir metalin hangi kimyasal formunun kararlı olduğunun haritası) güvenli pencereyi açıkça gösterir. George Mason Üniversitesi'nin elektrokimya eğitim materyalinden sınırlar bu şekilde verilir:
- pH 4'ün altında: çözünmüş Al³⁺ iyonları kararlı formda bulunur, bu nedenle metal korozyona uğrar.
- pH 4 ile pH 8,3 arasında: Al₂O₃ kararlı durumdadır ve metali korur.
- pH 8,3'ün üstünde: alüminat iyonu kararlı hale gelir, bu nedenle film yeniden çözünür.
Aynı kaynağa göre bu sınırlar sabit çizgiler değildir; suda çözünmüş diğer maddelerle değişirler. Uygulamada bu, pencereyi “kabaca 4 ile 8,5 arasında” yapar ve farklı kaynaklarda biraz farklı sayılar göreceksiniz.
Bu pencereyi terk etmenin yaygın gerçek dünya yolları:
- Alkali temizleyiciler ve degreaser'lar. Birçok ağır hizmet tipi alkali temizleyici pH 8,3'ün oldukça üstündedir ve bunlarla yıkanan alüminyum mat ve aşınmış çıkar.
- Islak beton ve harç. Taze çimento güçlü derecede alkalidir; bu nedenle alüminyum beton içine gömülü veya ıslak betonla sıçratılmış olduğunda korozyona uğrar.
- Asidik proses ortamları. Asitleme alanları, bazı kimya fabrikaları ve asidik yoğunlaşmanın biriktiği yerler.
2. Klorürler filmi deler (çukurcul korozyon)
Klorür iyonları küçük ve agresiftir; oksit filmi zayıf noktalarda saldırırlar. Eşit bir korozyon tabakası yerine “çukurcul korozyon” elde edersiniz: beyaz korozyon ürünüyle dolu küçük, derin delikler. Hydro'nun korozyon ekibi klorür içeren ortamları bu tür yerel saldırı için ana tetikleyici olarak işaret eder.
Bu nedenle bir alüminyum süsleme parçası iç kısımlarda mükemmel görünebilirken, kıyıya yakın birkaç mevsim sonra çukurlu hale gelebilir. İnsanların bazen “alüminyum paslanması” dediği beyaz, kireçli kabuk alüminyum hidroksit ve oksidin, kıyıya yakın ortamda ise genellikle klorürlerin dahil olduğu anlamına gelir.
3. Daha soylu bir metallə temas halında iken yaş ortamda (galvanik korozyon)
İki farklı metal elektrik olarak bağlı olduğunda ve bir elektrolit tarafından ıslandığında, bir pil oluştururlar. Daha aktif metal (anot) daha hızlı aşınırken, daha soylu olan (katot) korunur. Alüminyum galvanik serinin aktif ucuna doğru yerleşir; dolayısıyla karbon çelik, paslanmaz çelik veya bakırla eşleştirildiğinde, alüminyum olan taraf dayanamaz.
Avustralyalı Paslanmaz Çelik Geliştirme Birliği (ASSDA), ASTM G82 galvanik serisine atıfta bulunarak, tümü mevcut olması gereken üç koşulu listeler:
- Bir elektrolit: birleştirme yerinin iletken bir sıvıyla ıslanması gerekir.
- Metal-metal teması: iki metal elektrik olarak bağlı olmalıdır.
- İki metal arasında yeterli potansiyel farkı.
Herhangi birini ortadan kaldırın ve galvanik korozyon durur. Bu nedenle çözümlerin prensip olarak basit olmasının nedeni budur: birleştirmeyi kuru tutun, metaller arasına bir yalıtkan yerleştirin veya seri üzerinde birbirine yakın duran metaller seçin.
Bu kaynaklardan gelen iki ayrıntı sahada çok önemlidir:
- Su kalitesi her şeyi değiştirir. ASSDA, düşük iletkenliğe sahip yağmur suyu yalnızca hafif galvanik etkiler ortaya çıkarırken, tuz veya endüstriyel kirliliğin suyun iletkenliğini artırdığını ve saldırıyı çok daha kötü hale getirdiğini belirtir.
- Alan oranı önemlidir. Büyük bir çelik yapıya cıvatalanmış küçük bir alüminyum parçası hızlı aşınır, çünkü çeliğin tüm katodik akımı o küçük anoda yoğunlaşır. ASSDA’nin temel kuralı: aşınan metalin ıslanmış alanı soylu metalin yaklaşık 10 katı ise, galvanik etkiler ciddi değildir. Ayrıca, birleştirmenin yağmurdan sonra kuruması sırasında, rahat bir 1:50 oranının son ıslak filmde 1:1’e çöküp çökmeyebileceği konusunda da uyarır.
American Galvanizers Association, alüminyumun konumlandırılmasına ilişkin bir ölçü sunmaktadır. Deniz suyunda alüminyumu yaklaşık −0.86 V, çinkoyu ise yaklaşık −1.10 V olarak listeler. Kabaca 0.24 V'lik bu fark küçüktür; bu nedenle galvanizli (çinko kaplamalı) çelikteki alüminyum genellikle düşük risklidir. Çelik, bakır ve paslanmaz çelik, tümü alüminyumun soylu tarafında konumlandığından, alüminyumu bunlardan herhangi biriyle çıplak olarak eşleştirmek, sorunların başladığı yerdir.
Onlarca yıl açık havada kalma, uçak alüminyumunu donuk ve gri hale getirir. Oksit film görevini yerine getirir: kırmızı pas yok, dökülme yok.
Alüminyum suda pas tutar mı?
Pas tutmaz, fakat ne olacağı büyük ölçüde suya bağlıdır.
| Su türü | Saf alüminyuma ne olur | Neden |
|---|---|---|
| Temiz tatlı su, nötr pH yakınında | Çok az; film bozulmadan kalır | pH, 4–8,3 aralığında, düşük klorür |
| Yağmur suyu | Minimal; yavaş mat görünüm | Düşük iletkenlik, nötr yakınında |
| Deniz suyu / tuz püskürtmesi | Zaman içinde çukurlaşma, beyaz çöküntüler | Klorürler filmi tahrif eder |
| Alkali su (temizleyiciler, beton akıntısı) | Aşınma, genel incelme | pH kararlı aralığın üzerinde |
| Alüminyum ve çeliği köprüleyen su | Alüminyum birleştirme yerinde koroze olur | Galvanik pil |
Alaşım türü de önemlidir. Deniz ve açık hava alüminyumları genellikle 5xxx (alüminyum–magnezyum) veya 6xxx serisi olarak belirtilir; bakır ve çinko içeren yüksek mukavemetli 2xxx ve 7xxx alaşımları ıslak, tuzlu kullanımda genellikle daha az uyumludur.
Bir transformatörün içinde: alüminyum sarımlar, çelik çekirdek
Müşterilerimiz için soru burada pratik hale gelir.
Alüminyum sargılar standart, bir taviz değil
Kuzey Amerika dağıtım transformatörlerinde alüminyum, transformatör tedarikçisi Maddox'a göre yaklaşık otuz yıldır baskın sargı malzemesi olmuştur. Onların mühendislik yazısı (Matt Estelle, Ben Gulick ve Mac Spiller tarafından yazılmış, ilk olarak 2022'de yayınlanmış ve Mart 2026'da güncellenmişdir) aşağıdaki dengeyi ortaya koymaktadır:
- Alüminyumun iletkenliği bakırın yaklaşık %60'ı olduğu için üreticiler iletim kayıplarını eşleştirmek için iletkenin kesitini büyütmüştür.
- Bakır sargılı üniteler kabaca %20 daha ağır olmakta ve alüminyum sargılı olanlardan 2 ila 3 kat daha pahalı olabilmektedir.
- Verim değişken değildir. Cari DOE kuralları altında, 500 kVA üç fazlı sıvı dolu padmount'un sargı malzemesinden bağımsız olarak %99,35 verimle uyumlu olması gerekir.
Korozyon açısından, Maddox endişelerin çoğunu cevaplayan bir nokta ortaya koymaktadır: sıvı dolu transformatörlerde sargı bağlantıları dielektrik sıvıya kapsanmıştır. Sağlıklı, kapalı bir tank içinde oksijen ve nem ortamı yoktur, bu nedenle alüminyum sargıların yukarıdaki üç koşuldan hiçbiri yoktur. Alüminyum birleştirmeler tipik olarak cıvatalar yerine kaynak yapılmaktadır, bu da alüminyum ev elektrik tesisatlarından insanların hatırladığı gevşek bağlantı oksidasyonu sorununu ortadan kaldırmaktadır.
Pas tutabilen kısım çekirdektir
Çekirdek farklı bir durumdur. Tane yönlendirmeli elektrik çeliği (CRGO) ve tane yönlendirmesiz elektrik çeliği (CRNGO), kabaca %3 silisyum katılı demir'dir. Silisyum manyetik nedenler içindir: daha düşük çekirdek kaybı ve daha yüksek özdirenç. Çeliği paslanmaz yapmaz. Elektrik çeliği, çıplak metal nem ve oksijen ile karşılaştığında diğer düşük alaşım çelikler gibi pas tutar.
Bitirilen, kapalı, yağla dolu bir transformatörde çekirdek yağ içinde yer alır ve pas nadiren sorun teşkil eder. Risk bundan önceki haftalarda yatmaktadır: transit halindeki sarımlar, depoda bekleyen boyuna kesilmiş şerit ve montaj öncesi iş yeri zemininde istiflenmiş lameller.
Çekirdeğin bir savunma katmanı vardır. Lamineleri birbirinden yalıtmak ve eddy akımı kayıplarını azaltmak için tasarlanmış yalıtım kaplaması, aynı zamanda çıplak yüzeyi de kaplar. Kaplama türleri farklılık gösterir (karşılaştırmalarını C-2 ve C-5 elektrik çeliği kaplamaları hakkındaki kılavuzumuzda sunmaktayız). Fakat boyuna kesilmiş kenarlar ve delinen kenarlar, sarımın taşıdığı kaplamanın türü ne olursa olsun çıplak metaldir ve paketleme başarısız olduğunda ilk pas lekelerinin görüldüğü bölgelerdir.
| Bileşen | Tipik malzeme | Pas yapabilir mi? | Ana korozyon riski | Standart koruma |
|---|---|---|---|---|
| Sarımlar (dağıtım üniteleri) | Alüminyum (veya bakır) | Hayır | Maruz kalması halinde dış Al–Cu bağlantılarında galvanik ataklar | Yağ içinde kapalı; iç kısımdaki kaynaklanmış bağlantılar; dış tarafta bimetalik konnektörler |
| Çekirdek | Tane yönlendirilmiş veya tane yönlendirmesiz elektrik çeliği (Fe–Si) | Evet | Transit ve depolama sırasında çıplak kenarlar ve hasar görmüş kaplamalarda pas | Yalıtım kaplaması; nem bariyeri ambalaj; kuru depolama |
| Tank | Genellikle boyanmış hafif çelik | Evet, boya başarısız olursa | Kıyısal ve endüstriyel atmosferler | Boya sistemleri; sert kıyısal bölgelerde paslanmaz çelik tanklar |
| Dış donanım | Karışık metaller | Değişken | Bağlantı elemanlarında galvanik çiftler | İzolasyon pulları ve uyumlu bağlantı elemanları |
Kıyısal ve nemli rotaların çelik tarafı hakkında bize öğrettikleri
Pas hakkındaki konuşmalarımızın çoğu, bitmiş transformatörler hakkında değil, fabrikamız ile müşterinin çekirdek hattı arasındaki zaman hakkındadır.
Yakın bir örnek, Körfez bölgesidir. Standart 0,27 mm CRGO'nun 38 tonunu, 142 mm'den 210 mm'ye kadar beş genişliğe keserek, orada kamu kurumları ve endüstriyel projelere hizmet veren bir dağıtım transformatörü çekirdeği üreticisine gönderdik. Bu siparişi, Orta Doğu için 38 ton özel kesilmiş CRGO bobinleri başlığı altında ayrıntılı olarak yazdık. O rotada en büyük risk, seçim değildi. Bu, içteki taşımadan önce sıcak, nemli liman koşullarında uzun süre bekleme idi; bu, kısa bölgesel bir rotadan daha fazla nem bariyeri sarması üzerinde baskı oluşturur. Bu nedenle, genel bir ihracat varsayılanını kullanmak yerine, paketlemeyi hedef limanın nemi ve bekleme süresi için belirledik.
Tipik bir okyanus rotasında, korumasız veya hafif korumalı çelik iki ile dört hafta arasında denizde nem maruziyetine maruz kalır. Koruma basit ama etkilidir: nem geçirmez sarma, kaplama ve transit süresine uygun pas inhibitörü ara kâğıt ve bobin yüzlerinde sarmanın yırtılmaması için kenar koruyucular. Konteyner tarafını çelik bobin ambalajlama ve konteyner yükleme rehberimizde ele alıyoruz.
Konteynerdeki sıcaklık değişimleri sırasında oluşan yoğunlaşma, bazen konteyner yağmuru olarak adlandırılır, varışta pas lekelerinin klasik nedenidir. Sıcak bir alıcı sahaya açılan soğuk bir bobin de terleme başlayabilir ve leke oluşmaya başlayabilir.
Özellikle kıyısal tesislerde bobinler varışta geldiğinde alıcılarının kontrol etmesini öneriyoruz:
- Sarmaları kesmeden önce sarmanın dışını kontrol edin. Dış tabakadaki yırtıklar, ezilmiş kenarlar veya su lekesi ilk olarak kontrol etmeniz gereken yeri gösterir.
- Nemli bir sahada açmadan önce soğuk bobinlerin oda sıcaklığına ulaşmasını sağlayın, böylece çelikte nem yoğunlaşmaz.
- Kesim kenarlarını ilk olarak kontrol edin. Bu, çıplak metal ile havanın karşılaştığı yerdir ve bu burada pas, kaplı yüzeyde ortaya çıkmadan önce görülür.
- Kapalı ortamda ve zeminden uzakta depolayın, tuzlu havaya açılan kapılardan uzakta ve kısmen kullanılmış bobinleri hafta sonu boyunca açık bırakmayın.
- Varışta kuşkulu olan her şeyin fotoğrafını çekin böylece sevkiyata karşı belgelendirilir.
Bunların hiçbiri aynı transformatöre giren alüminyum sarımlar için geçerli değildir. Bu cevabın özüdür: elektrik ekipmanı tesisinde alüminyum nadiren paslanma konusunda endişelenmeniz gereken metaldir.
Alüminyum vs. paslanmaz çelik vs. galvanizli vs. elektrik çeliği
Alıcılar sıkça bunları bir arada değerlendirdiklerinden, korozyon açısından nasıl karşılaştırıldıklarını burada açıklıyoruz:
| Metal | Paslanır mı? | Neden | Ne tarafından saldırıya uğrar |
|---|---|---|---|
| Alüminyum | Hayır | Demir yok; kendi kendini iyileştiren oksit | Güçlü asitler/bazlar, klorürler (çukurlaşma), galvanik temas |
| Paslanmaz çelik | Nadiren | Krom oksit pasif film | Klorürler, çatlaklar, karbon çelik ile kontaminasyon |
| Galvanizli çelik | Yavaş, çinko tüketildikten sonra | Çinko önce kurban ediçi şekilde aşınır | Asidik veya tuzlu ortamlar çinko kaybını hızlandırır |
| Elektrik çeliği (CRGO/CRNGO) | Evet | Demir-silisyum; kaplama yalıtım içindir, paslanmaya karşı değil | Çıplak kenarlarında nem, yoğuşma, hasarlı kaplama |
Mıknatıslar aynı satın alma sorusunun bir parçasıysa, bunu paslanmaz çelik mıknatıslanır mı? başlığı altında ele aldık; bir mıknatıs testi kalite hakkında insanların beklediğinden daha az şey söylediğini de açıklandı.
Elektrik ekipmanlarında dikkat edilmesi gereken birleşim noktaları
Tasarım ve kurulum sırasında dikkat gereken birkaç birleşim noktası vardır:
- Havaya açık alüminyum-bakır terminal bağlantıları. Bu çift için değerlendirilen konektörler kullanın ve birleşim noktasını kuru ve temiz tutun. Bu, yukarıda bahsedilen galvanik koşulların hepsinin aynı anda toplanabileceği ana yerdir.
- Çelik çatıya veya kaplara cıvatalanmış alüminyum diş ya da kapaklar. İzolasyon contaları veya kılıflar metal-metal yolunu keser. Islak alanlarda büyük çelik yapıya bağlı küçük alüminyum parça düzenlemesinden kaçının.
- Kıyıda yer alan trafo istasyonları. Tuz serpintisi kloritleri ve iletken elektrolit sağlar. Bu nedenle bu yerlerdeki tank ve donanım özellikleri daha katıdır.
Trafo bütünü için malzeme seçimi görev tarafından belirlenir. dağıtım transformatörü için CRGO çeliği sayfamız, çekirdek kalitesinin direk kurulan, yer taraflı kurulu ve kuru tip üniteler için kayıp ve maliyet ile nasıl değiştirildiğini açıklamaktadır. Bitmiş birimin korozyon koruması, bu seçimin üstüne yerleştirilmiş ayrı bir katmandır.
SSS
Alüminyum suya daldığında paslanır mı?
Hayır. Alüminyum hiçbir yerde paslanmaz, çünkü pas demir oksidir. Temiz, nötr yakınlığındaki tatlı suda, alüminyumun oksit filmi onu stabil tutar. Deniz suyunda, klorürler zaman içinde çukurcuk oluşumuna ve beyaz tortu birikintisine neden olur; güçlü asidik veya bazik su ise koruyucu filmi çözer.
Alüminyumu ne aşındırır?
Güçlü bazlar (birçok ağır temizlik ürünü, taze beton), güçlü asitler ve klorür tuzları başlıca sorumlular. Islak koşullarda çelik, paslanmaz çelik veya bakır ile temasa geçmek, galvanik etki yoluyla alüminyumun daha hızlı korozyona uğramasını sağlar.
Yağ dolu bir transformatörün içindeki alüminyum sargılar korozyona uğrayabilir mi?
Normal koşullarda değil. Sargılar ve bağlantıları, korozyonun ihtiyaç duyduğu oksijen, nem ve elektrolit olmadığından dielektrik sıvıya kapalı olarak mühürlenir. Alüminyum sargı birleştirmeleri genellikle kaynak yapılmış olup, bu da gevşek bağlantı oksidasyonunu engeller.
Alüminyum üzerindeki beyaz toz bir sorun mu?
Bu alüminyum oksit veya hidroksidir, alüminyumun korozyon ürününün eşdeğeridir. Hafif bir sis durumu kozmetiktir. Ağır beyaz kabuklaşma, özellikle deniz yakınında veya diğer metaller ile birleşme yerlerinde, filmin bozulduğu ve parçanın çukurcuk veya galvanik ataklar açısından incelenmesi gerektiği anlamına gelir.
Elektrik çeliği paslanır mı?
Evet. Tane yönlendirilmiş ve tane yönlendirmesiz elektrik çelikleri demir–silisyum alaşımlarıdır ve çıplak metal nemle karşılaştığında paslanırlar. Yalıtım kaplaması yüzeyi kaplar, ancak kesme ve delme kenarları çıplaktır. Bu nedenle paketleme, kuru depolama ve dikkatli açma işlemi, kapalı bir transformatörün içinde meydana gelen hiçbir şeyden daha önemlidir.
Hiçbir zaman paslanmayan metaller hangileridir?
Kesin anlamda, demir içermeyen herhangi bir metal paslanamazken, aluminyum, bakır, çinko, titanyum ve altın da buna dahildir. Bir metalin korozyona karşı dirençli olup olmadığı ayrı bir sorudur: altın ve platin neredeyse hiç korozyona uğramazken, aluminyum, bakır ve çinko belirli koşullarda korozyona uğrarlar.
Kaynaklar
- Shapes by Hydro. Does aluminum rust? Understanding aluminum corrosion. https://www.shapesbyhydro.com/en/knowledge/does-aluminum-rust-or-corrode-the-key-difference-explained/
- Shapes by Hydro. Galvanic corrosion in aluminum: how to prevent and protect against it. https://www.shapesbyhydro.com/en/knowledge/avoiding-galvanic-corrosion/
- George Mason University, ECE 590 course notes. Pourbaix Diagrams: Phase diagrams for corrosion scientists (Pourbaix diagram for aluminium). http://complex.gmu.edu/people/peixoto/subpages/ece590s08/Pourbaix.pdf
- Australian Stainless Steel Development Association. FAQ 1: Galvanic/Dissimilar Metal Corrosion. https://www.assda.asn.au/publications/technical-faqs/galvanicdissimilar-metal-corrosion
