Michelle Ystad Eriksen, MSc, Malzeme kimyası ve enerji teknolojisi
Küresel Pazarlama Müdürü - HPI- Jotun Koruyucu Kaplamaları

Kaplama sektöründe, çinko silikat astar kullanan bir sistemin en uzun kullanım ömrüne sahip olduğu ve açık deniz ile kimyasal tesisler ve rafineriler gibi en zorlu hava koşullarına sahip ortamlarda en iyi korozyon korumasını sağladığı kanıtlanmıştır.

Ancak, kaplama sektörü geliştikçe, yalıtım altındaki korozyon (CUI) problemi önemli bir sorun olarak karşımıza çıktı. Korozyon yalnızca yüksek sıcaklığa sahip alanlarda değil aynı zamanda yalıtımın ve dış kaplamanın altında da oluşur, bu da korozyonu tespit edilmesi ve onarılması zor bir hale getirir.

Sıcaklık performansında çinko silikat sınırlaması

Geçmişte, 120ºC üzerindeki sıcaklıklara özel kaplama sistemi, bir kat inorganik çinko silikat (IOZ) üzerine silikon veya silikon alüminyum son kat için kullanılırdı. Bu, silikat bağlayıcı kaplama sertleştiğinde cam haline geldiğinden ve bu da çok yüksek sıcaklıklara dayanıklılık sağladığından doğal bir seçim sayılıyordu.

Ancak korozyon koruması için eklenen çinko tozu, kaplamanın maksimum sıcaklık performansını sınırlıyordu. Metalik çinkonun erime noktası 420ºC'dir ve çinko bu sıcaklığa ulaştığında havadaki oksijenle hızlı bir şekilde tepkimeye girer. Bunun sonucunda da metalik çinko, çinko okside dönüşür.

Şekil 1, bir çinko silikatın ısıtılmasından önceki (üstte) ve sonraki (altta) görüntüsünü gösterir. Beyaz, kabarık partiküller, oksijen ile tepkimeye giren ve çinko okside dönüşen metalik çinkodur.

Bu süreç iki soruna neden olur. İlki, çinko oksit galvanik korozyon koruması sağlamadığından kaplamanın korozyon koruma özelliklerini kaybetmeye başlamasıdır. İkincisi ise çinko oksidin metalik çinkoya göre daha büyük bir hacme sahip olmasıdır, bu da kaplama tabakasında daha çok yer kapladığı anlamına gelir. Bu, kaplamada kılcal çatlama riskini artırır, bunun sonucunda da ek korozyon koruması ihtiyacı artar.

Çinko oksit oluşumu, çinko silikatların sağladığı galvanik korozyon korumasının doğal bir sonucudur, bu durumda alt tabaka yerine metal çinko "paslanır" ve bazen "beyaz pas" olarak da adlandırılan çinko oksidi oluşturur. Korozif ortamlardaki bu çinko oksit oluşumu, çinko silikat kaplamalarda doğal olarak oluşan gözenekli yapıyı doldurarak kaplamaya bir bariyer elemanı ekler. Bu çinko oksit, biraz farklı bir kimyasal reaksiyonla olsa da, çinko erime noktasının üzerine kadar ısıtıldığında da oluşur. IOZ kaplamaların zorluğu, çinkonun erime noktasının üzerinde çinko oksitlenmesinin kaplamanın galvanik korozyon koruma özelliklerini riske atacak şekilde hızlı bir şekilde oluşmasıdır.

Üstelik çinkonun galvanik korozyon koruması bir elektrokimyasal tepkimedir ve bunlar, yüksek sıcaklıklarda daha hızlı oluşur. CUI gibi nemin olduğu durumlarda IOZ kaplamalı çinko hızlıca tüketilir, kaplamanın kullanım ömrünü düşük sıcaklıklarda aynı koşullardaki kullanım ömrüne kıyasla azaltır.

Bu nedenle National Association of Corrosion Engineers (NACE), CUI sorununun oluşmasının en muhtemel olduğu 4ºC ile 175ºC aralığındaki sıcaklıklarda IOZ kaplamasının kullanılmasının tercih edilen bir çözüm olmadığını belirtti. Genel olarak 175ºC üzerindeki sıcaklıklarda CUI için yetersiz nem olduğu kabul edilir. Bu, kararlı durum koşullarında geçerlidir, ancak alan koşulları genellikle kararlı durumda değildir ve özellikle işin durdurulduğu dönemlerde ve onarım dönemlerinde sıcaklıklar CUI aralığına düşer. Bu, yalıtımlı sistemde korozyon oluşturan yoğuşmaya neden olur ve CUI potansiyel bir risk haline gelir. Yalıtımın nemi tutma eğilimi vardır, bu da sıcaklık 175ºC'nin üstüne çıktığında bile CUI sorununun yine de dikkate alınması gereken bir etken olduğu anlamına gelir.

IOZ kaplamasının tersine çevrilmiş potansiyeli

IOZ kaplamasıyla ilgili üçüncü sorun ise tersine çevrilmiş potansiyeldir. Bu durumda kaplamalı çelik yapı çinkoya karşı anodik hale gelir ve 60ºC ile 80ºC arasında çinko yerine kendini feda eder. Bu, IOZ kaplamanın koruması gereken yapının erkenden ve hızlı bir şekilde bozulmasına neden olabilir. Yalnızca çok dar bir sıcaklık aralığında oluşmasına ek olarak bu polarite değişimi, çözünmüş oksijen, bikarbonatlar ve nitritlere ihtiyaç duyarken klorürler ve sülfatlar işlemi geciktirir. CUI sorunundan etkilenebilecek alanların çinko silikatın [1] tersine çevrilmiş potansiyeline daha az yatkın olduğu ve bunun işleme tesislerinde yaşanma olasılığının düşük olduğu anlamına gelir.

Özet

Bu nedenle, IOZ kaplamalarının performansının yüksek sıcaklıklarda zorluklarla karşılaşmasının üç ana nedeni vardır.

1. IOZ kaplamalar galvanik elektrokimyasal tepkime ile korozyon koruması sağlar. Yüksek sıcaklıklarda bu işlemin hızı, çinkonun aşırı tüketilmesine ve ortam sıcaklıklarında aynı koşullara kıyasla kaplamanın kullanım ömrünün kısalmasına neden olacak şekilde artar.
2. Çinko oksit 420ºC üzerindeki sıcaklıklarda normalden daha hızlı şekilde oluşur. Çinko oksit galvanik olarak aktif bir malzeme değildir ve galvanik korozyon koruması sağlayamaz, bu nedenle kaplamanın kullanım ömrünü daha da kısaltır
3. Çinko oksit metalik çinkodan daha büyük bir hacme sahiptir (bu, Şekil 1'de görülebilir), bu da nispeten daha gevrek IOZ kaplamalarda kılcal çatlaklar oluşturabilir. Bu, galvanik koruma için metalik çinko ihtiyacını artırır ve kaplamanın kullanım ömrünü daha da kısaltır.

Yüksek sıcaklıklarda IOZ kaplamalarla ilgili yaşanan zorluklar, mühendisleri ve uzmanları CUI sorununa karşı koruma için alternatif çözümler aramaya itti. Bu alternatiflere farklı kaplama kimyaları, TSA kullanan veya mümkünse yalıtımı tamamen kaldıran diğer yüksek sıcaklık kaplama türleri dahil olabilir.

IOZ kullanılıyorsa kusurlu koşullarda bile mümkün olduğunca uzun süre korozyon koruması için yeterli metalik çinko olmasını sağlamak amacıyla yüksek çinko yükleri belirtilebilir. IOZ kaplamaları özellikle tercih edenler için şu soru akla geliyor: Yüksek sıcaklık koşullarında performanslarını iyileştirmek için bir şey yapılabilir mi?

Bu konuyu Yüksek sıcaklıklarda çinko silikatı bekleyen zorluklar - 2. bölüm makalemizde tartışıyoruz. 

Daha fazla bilgi için lütfen müşteri hizmetleri uzmanımız Kevin ile iletişime geçin: kevin@jotun.com.

Referanslar
[1] Zhang, X. G. [1996] '7.2.4 Polarity Reversal' Corrosion and Electrochemistry of Zinc. Plenum Press, pp. 203 - 208.