Yesil bir çevre için iletken polimerler: alüminyum boya altı korozyonuna kası çevre dostu uygulamalar

Alüminyum korozyonuna karsı yaygın olarak kullanılan kromatlama islemi, çevreye verdiği zehirli atıklar yüzünden yasaklanmıs olup yeni alternatif inhibitör arayıslarına iletken polimer kaplamalar ile boyaya ilave edilen bazı organik ve inorganik inhibitörler olumlu cevap vermistir (3-6).
Bu çalısmada pirol katılmıs su bazlı ve epoksi boyalar, elektrokimyasal yoldan polipirol(ppy) kaplanmıs ve kaplanmamıs Al yüzeylere uygulanarak korozyon özellikleri zamana bağlı olarak ölçüldü. Sonuçlar tanık ve kromat uygulanan numunelerle kıyaslanarak korozyon açısından en basarılı kaplama sekli belirlendi. Yapılan deneylere göre pirol ilave edilen epoksi boyaların alüminyum korozyonuna karsı gösterdikleri performans, diğer uygulamalardan ve özellikle kromatlama isleminden daha yüksekti.
Korozyon özelliklerinin elektrokimyasal yoldan yapıldığı bu uygulamada pirol katkılı boyaların çalısılan aralıktaki pirol yüzdesinin artısı ile boya altı korozyonunu daha da yavasladığı görüldü. Sonuçlar çözelti analizleriyle desteklendi ve korozyon engelleme mekanizması modellendi.

Giriş

Alüminyum sahip olduğu üstün özellikleri ile sanayide en çok talep edilen ve endüstriyel uygulamalarda kullanımı hızla artan birkaç metalden birisidir. Üretim ve islenme maliyetinin yüksek olması ve çevreye zararlı atıklar vermesi yüzünden diğer metaller gibi alüminyumun da servis ömrünü uzatmak ve korozyonu ile mücadele etmek önemlidir. Alüminyum malzeme yüzeylerinde havada kendiliğinden olusan dirençli oksit filmi sayesinde korozyondan korunsa da değisken doğal çevrelerde çukurlasma seklinde (pitting) korozyona uğradığı bilinmektedir. Bu korozyon türü metali yüzeyden değil, derinlemesine asındırdığı için malzemenin ömrünü kısaltıp büyük ekonomik kayıplara yol açarken yeniden üretim sürecini de hızlandırır. Son yıllara kadar alüminyum korozyonunu engellemekte çok kullanılan kromatlama islemi, çevreye verdiği zehirli atıklar yüzünden yasaklanmıs olup yeni alternatif inhibitör arayıslarına iletken polimer kaplamalar olumlu cevap vermistir (3-6,10,11). Polipirolün çevresel kararlılığının yüksek olması ve atık pirol monomer ve oligomerlerinin çevre ile etkilesimleri sonucunda kararlı ve tersinmezliği nisbeten büyük bilesiklere dönüsmesi, bu uygulamanın kromatlama islemine göre tercih edilmesinin sebebidir. İletken polimer kaplamaların metalleri korozyondan koruma mekanizması, hem korozif maddelere karsı bariyer olusturması hem de pasif oksit filminin metal yüzeyinde olusumuna yardımcı olması esasına dayanmaktadır.Đletken polimer kaplamalar geleneksel kaplama yöntemlerinden farklı olup, sadece fiziksel bariyer mekanizması ile basit koruma yapmaz, aynı zamanda red-ox özelliğine bağlı olarak metal yüzeyinde sebep olduğu anotlasma ile pasif oksit filminin olusumuna yardımcı olur.Böylece hasar gören oksit filminin tamiri ile yüzeyin tekrar pasiflesmesi sağlanır. Bütün bu uygulamalar ve korozyonla mücadele, alüminyum malzemenin ara yüzeyinden elektron çıkısını yani korozyonunu engelleyerek ömrünü uzatmaktır. Bunun için geleneksel yöntem, yüzeye yapılan boya ve kaplamalardır.
Boya, metal yüzeyini çevreden yalıtarak su ve oksijenin metal yüzeyine ulasmasını engelleyen genellikle organik yapıdaki kaplamalardır. Boyaların bilesiminde korozyonu önleyici çesitli pigmentler kullanılır. Metal yüzeylerinde kullanılacak olan boyalar öncelikle yüzeye çok iyi yapısmalı, geçirgenliği az olmalı ve metali çevresinden yalıtmalıdır. Ayrıca bu yalıtım özelliği uzun süre devam etmelidir. Çevredeki nem ve çesitli kimyasalların etkisi ile boyanın yıpranması veya mekanik asınması ile korozif iyon ve moleküllerin boya altına sızması ve olusan bu korozif ara tabakanın zaman içinde metal yüzeyini farklı sekillerde asındırması (filiform, pitting, vb.).
Metal yüzeyindeki kaplama ve boyaların asınan ve zayıflayan bölgelerinden baslayarak meydana gelen boya altı korozyonunun elektrokimyasal tekniklerle incelenmesi, kaplamanın kalitesini ve sağlamlılığının belirlenmesinde oldukça faydalı bir yöntemdir. Bu çalısmada, sanayide ve günlük hayatın her alanında yaygın olarak kullanılan ve özellikle mekanik asınma sonucunda çevresi ile elektrokimyasal korozyon reaksiyonu veren boyalı alüminyum malzemelerin kullanım süresini artırmak için çesitli uygulamalar denendi. Özellikle çevre ve sağlık açısından sakıncalı olan kromatlama ön islemine alternatif arayısları kapsayan bu çalısmalar, çesitli tahribatlı ve tahribatsız elektrokimyasal uygulamalar içermektedir.
2. Deneysel Çalısma
Çalısmalar asağıdaki genel çerçevede yapıldı:
1. Alüminyum yüzeyinde boya altından yürüyen korozyonun, kısa zamanda ve kesin olarak belirlenebileceği elektrokimyasal ölçüm teknikleri uygulandı.
2. Alüminyum yüzeylere tek asamada uygulanabilen ve çevre açısından sakıncalı olmayan Ppy primerlerin, korozyona karsı malzemeye kazandırdığı direnç, elde edilen çesitli elektrokimyasal bulgulardan faydalanılarak alüminyum için mevcut uygulamaların en çok tercih edileni olan kromatlama ön islemi ile kıyaslandı. Su bazlı ve epoksi boyaların her ikisi için de bu uygulama yapıldı.
3. Epoksi ve su bazlı boyalara çesitli oranlarda pirol ve epoksi boyaya polipirol ilavesi ile elde edilen karma boyalar kromatlanmıs, Ppy kaplanmıs ve herhangi bir ön islem yapılmamıs alüminyum üzerine uygulandı.
4. Bu uygulamaların malzemenin korozyon özelliklerine olan etkileri tartısıldı.
2.1. Alüminyum elektrodun polipirol ile kaplanması
Astar boya (primer kaplama) olarak önerilen Ppy kaplama çalısmaları Wenking model PGZ 301 potansiyostat-galvonostat sistemi kullanılarak taramalı elektrokimyasal yöntemle gerçeklestirildi. Üç elektrotu sistemde Standart kalomel referans elektroduna göre yapılan deneylerde 600mV ile 900mV potansiyel bölgesind 20mV/s tarama hızında 50 tarama sonunda homojen görünümlü siyah renkli polipirol kaplamalar ele edildi.