Alüminyumun Elektrokimyasal ve Korozyon Karakteristiği

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 dayanıksızdı