BOYANMIŞ MİMARİ ALÜMİNYUM PROFİL VE LEVHADA FİLİFORM KOROZYON
“Filiform Korozyon (FK)” ilk defa 1980’li yılların başında dikkat çekti. Alüminyum levha ve profillerin anodize edilmesine (eloksal) alternatif olarak piyasada yaş veya toz boyamanın görünmeye başlamasından sonra artan talep üzerine, özellikle elektrostatik toz boyama yapan birçok tesisin kurulması ile inşaatlarda “boyanmış alüminyum” gittikçe daha çok kullanılmaya başlandı.Bir süre sonra bazı boyalı alüminyum üzerinde özellikle Hollanda, Belçika ve Almanya gibi denize yakın ve sanayileşmiş ülkeler başta olmak üzere “Filiform Korozyon” görüldü. Benelux Ülkeleri’nde görülen yoğun FK probleminin nedeni olarak İngiltere üzerinden gelen asit yağmurları ve bu ülkelerin deniz kıyısında olmaları düşünülüyor.
FK, ilk defa Sharman tarafından 1944 yılında “saç teline benzer korozyon izleri” olarak tarif edildi ve “tabaka altı korozyonu” adı verildi. Önceleri çelik malzeme üzerinde görülen bu korozyon, daha sonraları aluminyum ve magnezyum üzerinde de görüldü. Bu ilk tespitler, hava-deniz savunma ve ulaşım sektörlerinde yapılmış iken, 1980’li yılların başında mimari uygulamalarda boyalı aliminyum malzemelerin yaygınlaşması ile, özellikle denize yakın sanayileşmiş bölgelerdeki inşaatlarda dikkat çekti.
Son yıllarda FK raporlarının artışı, boyalı alüminyum kullanımının artışı ile açıklanabilir. FK, organik kaplamanın (boyanın) cinsi ve boyama metoduna bağlı kalmadan oluşur. FK’nun derinliği 40 mikrondan az olduğundan, malzemenin mekanik özelliklerini etkilemez. Sadece dış kozmetik görünüm açısından önem taşır.
FK, boyalı alüminyum malzemenin binada montajından iki yıl içinde kendisini gösterir. İki veya üç yıldan daha yaşlı binalarda FK’nın görülme ihtimali son derece düşüktür.
1989 ila 1992 yılları arasında, mimari uygulamalarda
boyanmış alüminyum kullanımı %55 arttı. Hollanda ve Belçika’da 1984 ila 1991 yılları arasında 106 korozyon durumu rapor edildi (Belçika Aluminyum Boyama Derneği verilerine göre tüm satışların %3’ünden daha az). Rapor edilen korozyonların tamamının FK olduğu varsayılır ise, bu durum tüm Avrupa’da boyanan aliminyum’un %1’inden daha azına denk gelmektedir.FK’nun belli başlı özellikleri şunlardır:
Kılcal genişlik 0,1 ila 0,5 mm arasındadır. İlerleme hızı 0,15-0,4mm/gün’dür.
Kılcal ilerlemeler birbirleri ile kesişmezler, veya kaplamada bir kırığa neden olmazlar. İki yönden gelen filamanların başları karşılaşacak olurlarsa birleşerek tek bir filaman halinde ilerlemeye devam ederler. Bir filamanın başı, diğer bir filamanın gövdesi ile karşılaşır ise, bu durumda başın ilerlemesi durabilir veya filaman kıvrılabilir.
Filaman başının ön kenarında düşük pH değerli asidik bir ortam bulunur. Bu kısım anodik olarak en aktif kısımdır.
FK’nın başlaması için ortamda tuzların bulunması gerekir.
FK’nın başlaması için su gerekir. FK’nın oluşması için en kritik bağıl nem oranı %75-85 arasıdır. Bu orandan daha kuru veya nemli ortamlarda FK olasılığı çok düşer.
40°C üzeri sıcaklık ve yüksek nemli ortamda FK olasılığı çok yükselir
K’nun ilerlemesi için oksijen gerekir. Helyum ve hidrojen atmosferinde FK oluşmaz.
FK’nun işlemesi, Şekil 1’de görülen kısmi havalandırma hücresi (differential aeration cell) ile açıklanabilir. Tipik bir filaman, baş ve kuyruk (gövde) olmak üzere iki bölümden oluşur. Baş kısımda korozif tuzlar bulunurken, kuyruk kuru korozyon ürünlerinden oluşur ve pasif bir bölgedir. Elektrokimyasal reaksiyonlar, iyice belirlenmiş bir anodik (önde) ve katodik (arkada)bölgelere sahip olan baş kısımda oluşur. Anot ve katotta oluşan reaksiyonlar Şekil 1’de özetlenmiştir.
Oksijen ve su, bir korozyon ürünü olan “hydrated alumina”dan oluşan poröz kuyruktan içeri nüfuz ederek (difüzyon) baş kısma ulaşır. Katyonlar ve hidrojen iyonları başın ön tarafından başın arka tarafına doğru hareket ederler.Katotta ise su ve oksjenin reaksiyonu ile OH’ oluşur ve başın merkezine doğru gidip Al(+3) ile birleşerek önce Al2O3 sonra da “hydrated”(bünyesine su almış) alüminayı oluşturur. Bu ürün çökelerek poröz kuyruğu meydana getirir.Ön tarafın içinde kalan Cl’ ve su’yun yerini filiform baş kısmı alır. Cl’ iyonları bu hareket karşısında göreceli olarak hareketsizdir. Su ise yüksek mol fraksiyonundan dolayı hareketsiz gibi olmakla beraber, metal katyonları ile hidroliz reaksiyonu nedeni ile bir miktar öne difüz eder.
Anodik filiform baş bölgesinin etrafında büyük bir katodik alan bulunur ki, bu katodun korozyon eaksiyonunu ilerlettiği düşünülmektedir( Bu konuda detaylı argümanlar için Bkz.:Ruggeri, RT and Beck, TR , Corrosion,Vol.39, No.11, p452 (1983)).
Boyanmış alüminyum yüzeyinde ilk korozyon belirtisi, kaplamanın yüzeye tam yapışmadığı ve alüminyumun sodyum klorür gibi bir tuzun varlığı ile koruyucu oksit tabakasını kendiliğinden oluşturamadığı yerlerde başlar. Yüksek bağıl nemli ortamda, tuz erir ve yüksek konsantrasyonlu bir elektroliz çözeltisi ve böylece korozyon hücresini oluşturur. Elektrolit/hava yüzeyinde katot, alektrolit/alüminyum yüzeyinde de anot oluşur. Oksijen elektrolite difüz eder ve katotta indigenir. Bu arada, alüminyum, anotta çözeltiye geçer. Bu çözünme prosesi nedeni ile elektrolit daha da konsantre hale gelir ve elektrolitin ozmotik basıncı artarak daha fazla suyun girmesine yol açar. Hacmi artan elektrolit ve korozyon ürünleri, değişik oksijen konsantrasyonlu bölgelerin oluşmasına yol açar. Bu bölgelerin filiform korozyonu ilerleten neden olduğu düşünülmektedir. Oksijen konsantrasyonunun en az olduğu yerde alüminyumun çözünürlüğü en yüksek değere ulaştığından, filiformun baş tarafı oksijen kaynağından uzaklaşan yöne hareket eder.
Filiformun başını, kuru korozyon ürünlerini içeren kuyruktan ayıran, konsantre tuz çözeltisi içeren yarı-geçirgen bir membran oluşur. Bu membran, filiform başının içindeki çözeltinin iyonlarının, kuyruk bölümüne geçmesini engeller. Filiform başı ilerledikçe, membran yenilenir, eski membran suyunu kaybeder. Bu proses, filiform büyüme yönünü tayin eder.
Filiform Korozyon’un her zaman koruyucu kaplamanın yetersiz veya eksik olduğu yüzeylerde oluştuğu tespit edilmiştir. Testere kesim ucları, freze veya matkap delik işlemleri, manupülasyon ve montaj sırasında kaplamanın çizilmesi/zedelenmesi gibi kaplamaya zarar verilen yerlerde FK olasılığı yüksektir. Ancak, sistem FK’a hassas değilse, FK en fazla 1mm ilerler ve durur.
Özellikle binalara dikey monte edilen profillerde FK’nun profilin yere yakın alt yarısında daha çok görüldüğü tespit edilmiştir. Bu duruma, yerçekimi nedeni ile, su ve tuzların alt kısımda birikmesinin yol açması kuvvetli olasılıktır. Ayrıca korunmalı, yağmur suyu ile yıkanmayan, ve yıllık temizliği ihmal edilen binalarda FK olasılığı yüksektir.
Bu arada, ESTAL tarafından yürütülen araştırmada, FK problemini önlemek için önemli bulgular ortaya çıkmıştır. Boyama öncesinde alüminyum malzemeye uygulanan yüzey önişlemlerinde, kromatlama öncesi yüzey temizliğinin son derece iyi olması için alkali çözelti ile temizleme,sud-kostik ile dağlama, yeşil kromatlama yerine sarı kromatlamanın tercih edilmesi, kromatlama işlemi sonunda en son yıkamanın de-iyonize su ile yapılması FK olasılığını azaltmaktadır. Sonuç olarak, zamandan tasarruf için daha kısa ve az sayıda işlem kullanılarak yapılan yüzey önişlemleri (yeşil kromatlama, asit ortamlı yağ alma çözeltileri) tavsiye edilmemektedir. Alkali yağalma işlemini takiben yapılan sud-kostikle dağlama ve nötralizasyon sonrası sarı kromatlama tavsiye edilen işlem sırasıdır.
ESTAL/QUALICOAT tarafından yapılan çalışmalarda, çevre açısından kromatlama kullanmaktan kaçınan tesisler için “kromatsız” (chrome-free) yüzey hazırlama kimyasalları denenmiş ve bunların bazılarının kullanılmasına onay verilmiştir. Bu “onaylanan kromatsız kimyasalların” korozyona dayanımlarının kromatlı sistemle eşdeğer olduğu belirtilmektedir.
Boyama öncesi yüzey önişlemlerinde, kromatlı/kromatsız prosesler yerine “eloksal” (anodize kaplama / anodik oksidasyon) uygulanması da gündemdedir. ESTAL/QUALICOAT tarafından halen araştırmaları yürütülen bu alternatif de umut vericidir. Almanya’da GSB-GPB şartlarını sağlayan sonuçlar veren ve filiform korozyona, sarı kromatlamaya göre 6 kez daha dayanıklı olduğu savlanan eloksal kaplama proses parametreleri olarak şu değerler verilmektedir: Banyo bileşimi: 180-200 g/l H2SO4, T=25-30°C, kalınlık = 3-6 mikron (tavsiye edilen 6 mikron).
Araştırmalar sonucunda, FK önlemek için, kullanılan aluminyum malzemenin kimyasal bileşimi üzerinde de durulmaktadır. En yaygın ekstrüzyon alaşımı olan AA6063 ve 6060 alaşımlarında yüksek demir ve bakır bulunması FK olasılığını arttırmaktadır. FK’nu önlemek için önerilen 6063/6060 alüminyum ekstrüzyon alaşımında kimyasal bileşim şu şekildedir: Zn<%0,02 ; Pb<%0,005; Cu<%0,015; Fe/Si oranı<0,5; 1,05<Mg/Si<1,03 (veya % olarak: 0,17<Fe<0,21; Si=0,4-0,45; Mg=0,45-0,50). Şu elementlerin belirtilen değerlerden fazla olması ise Filiform Korozyon’a davetiye çıkarmaktır: Zn>%0,02; Pb>%0,005; Cu>%0,015; Fe>%0,21.
Mimari amaçla kullanılan elektrostatik toz veya yaş boya ile kaplanmış alüminyum ekstrüzyon ürünlerinin ve yassı ürünlerin, kullanım yerinde “Filiform Korozyon” probleminden uzak kalması için, gerek malzemenin kimyasal bileşimi, gerekse boyama öncesi yüzey hazırlamanın (önişlem) taşıdığı önem bir kez daha ilgililerin dikkatine sunulur.
| Alüminyum Yüzey İşlemleri (Eloksal) | Eloksal Tesisleri | Elektrostatik Boyama Tesisleri |
