Çelik Üzerinde Pas: Neden Oluşur ve Ortadan Kaldırmanın Etkili Yolları

Çelik günlük yaşamımızın ve üretimimizin ayrılmaz bir parçasıdır, ancak her yıl pas nedeniyle dünya çapında kaybedilen çelik miktarı çok büyüktür. Bu nedenle çeliğin korozyondan korunması büyük önem taşımaktadır.

Çeliğin paslanmasının ardındaki prensip nedir?

Bunu aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi küçük bir deneyle keşfedebiliriz: İlk test tüpüne az miktarda kalsiyum klorür (havadaki su buharını emerek kurutucu bir rol oynar) ekliyoruz ve bir çivi yerleştirerek test tüpünü sıkıca kapatıyoruz.

İkinci test tüpüne bir çivi yerleştiriyoruz, kaynatılmış ve hızla soğutulmuş damıtılmış suya batırıyoruz ve ardından su yüzeyinde bir yağ tabakası oluşturmak için bitkisel yağ döküyoruz.

Üçüncü test tüpüne bir çivi yerleştiriyoruz ve çivinin bir kısmı suya batacak şekilde az miktarda damıtılmış su ekliyoruz. Üç test tüpündeki olayları bir hafta boyunca düzenli olarak gözlemliyor ve kaydediyoruz.

Deney sonuçlarından, birinci ve ikinci test tüplerindeki çivilerin paslanmadığını, ancak üçüncü test tüpündeki çivinin paslandığını ve çivinin yüzeyinde kırmızımsı kahverengi bir pas oluştuğunu görebiliriz. Bu da demirin paslanmasının su ve oksijen gerektirdiğini göstermektedir.

Demir ve çelik ürünlerinin korozyon süreci karmaşık bir kimyasal reaksiyondur. Tipik olarak kırmızımsı kahverengi bir renge sahip olan pas, çeşitli koşullar altında farklı formlar alır. Esas olarak hidratlı demir (III) oksit (Fe2O3-nH2O) ve demir (III) hidroksitten [Fe(OH)3] oluşur. Çelik yüzeyindeki pasın gevşek yapısı, iç demirin oksijen ve su buharına maruz kalmasını engelleyemez ve sonuçta demirin tamamen paslanmasına yol açar.

Demir bir yüzeyden pasın nasıl çıkarılacağını biliyor musunuz?

Yaygın pas giderme yöntemleri iki kategoriye ayrılır: fiziksel ve kimyasal. Fiziksel yöntemler genellikle pası gidermek için zımpara kağıdı, taşlama taşları, çelik tel fırçalar ve çelik yünü kullanarak aşındırıcı teknikler içerir. Kimyasal yöntemlerde ise asit ile pas arasında bir reaksiyon gerçekleşir ve pas giderme amacına hizmet eder.

Aslında çelik ürünleri su ve oksijenden uzak tutmak paslanmayı önleyebilir. Bu nedenle, paslanmayı önlemenin en basit yöntemi çelik ürünlerin yüzeyini temiz ve kuru tutmaktır. Pas önleme, yüzeyde yağ, boya, emaye veya plastik kaplama kullanarak koruyucu bir tabaka oluşturarak da sağlanabilir.

Günlük hayatta, araba gövdeleri ve kovalar gibi nesneler üzerinde boya gibi önlemler sıklıkla uygulanırken, makinelerin mineral yağ ile kaplanması gerekir.

Ayrıca, çelik yüzeye çinko, kalay, krom veya nikel gibi paslanmaya dayanıklı bir metal tabakası uygulamak için elektrokaplama veya sıcak daldırma kaplama gibi yöntemler kullanılabilir. Bunlar metaller yoğun bir oksit film tabakası oluşturarak demiri su ve havadan izole ederek paslanmasını önler.

Ayrıca çelik, iç yapısını değiştirmek için alaşımlandırılabilir, örneğin paslanmaz çelik üretmek için normal çeliğe krom veya nikel eklenerek çelik ürünlerin paslanma direnci etkili bir şekilde artırılabilir.

Günlük hayatta yaygın olarak kullanılan pas sökücüler çoğunlukla demir oksit ile reaksiyona girebilen hidroklorik asit ve seyreltik sülfürik asit içerir. Reaksiyon denklemleri şöyledir:

Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

Pas sökücüler, pas ve kirlilik katmanlarındaki çatlaklardan çelik yüzeye nüfuz ederek bu katmanların çözülmesine ve soyulmasına neden olur, böylece pas, kirlilik ve oksit derisini çelik yüzeyden uzaklaştırır. Bununla birlikte, asitlerin aşındırıcı özellikleri vardır, bu nedenle pas giderme sırasında koruyucu giysiler gereklidir.

Ayrıca, asit ve demir arasındaki reaksiyon açık aleve maruz kaldığında patlayabilen hidrojen üretir, bu nedenle pas giderme işlemleri sırasında sigara içmek kesinlikle yasaktır.

Hidroklorik asit ve seyreltik sülfürik asidin her ikisi de demir oksit ile reaksiyona girebilir, ancak endüstriyel pas giderme için hangisi daha iyidir?

Öncelikli hususlar pas giderme verimliliği, asidin üretim maliyeti, asidin taşınması ve depolanması ile güvenlik ve çevre korumadır.

Pas sökmede hangisi daha etkilidir, hidroklorik asit mi sülfürik asit mi? Paslı çivileri eşit hacimlerde ve hidrojen iyonu konsantrasyonlarında hidroklorik ve sülfürik asit içine koyarak, hidroklorik asidin pas sökmede daha etkili olduğunu bulduk. Deneyler ayrıca, diğer her şey eşit olduğunda, seyreltik sülfürik asidin metal oksitlerle reaksiyon hızının hidroklorik asitten daha yavaş olduğunu göstermektedir.

Peki, üretim, nakliye ve güvenli kullanım açısından hidroklorik asit mi yoksa sülfürik asit mi daha avantajlıdır? Hidroklorik asidin endüstriyel olarak hazırlanması, hidrojen ve klor gazları üretmek için doymuş tuzlu suyun elektrolizini içerir. Gazlar hidrojen klorür oluşturmak üzere reaksiyona girer ve bu da su tarafından emilerek hidroklorik asit oluşturur.

Hidrojen klorür suda sonsuza kadar çözünemez, bu nedenle konsantre hidroklorik asit en fazla yaklaşık 37%'lik bir çözünen kütle oranına sahiptir. Sülfürik asit ise piritin yüksek sıcaklıklarda kavrularak kükürt dioksit üretilmesiyle elde edilir, bu da oksijenle tepkimeye girerek kükürt trioksit oluşturur. Trioksit konsantre sülfürik asit tarafından absorbe edilerek oleum oluşturulur ve daha sonra su eklenerek sülfürik aside dönüştürülür.

Bu nedenle, hammadde, hazırlama süreci ve çevresel etki açısından hidroklorik asit sülfürik asitten daha üstündür. Konsantre hidroklorik asit sızdırmaz cam şişelerde veya plastik varillerde depolanmalı ve kauçukla kaplanmış özel yapım çelik tanker kamyonlarla taşınmalıdır.

Konsantre sülfürik asit 98%'ye kadar kütle fraksiyonuna sahip olabilir ve çelik veya alüminyum kaplar kullanılarak depolanması ve taşınması kolaylaştırılabilir. Bu açıdan sülfürik asit hidroklorik asitten daha güçlüdür.

Daha büyük bir çözünen kütle oranına sahip hidroklorik asit uçucudur ve buharlaşan hidrojen klorür gazı insan vücudu üzerinde güçlü bir tahriş edici ve aşındırıcı etkiye sahipken, daha düşük bir çözünen kütle oranına sahip hidroklorik asit nispeten kararlıdır.

Konsantre sülfürik asidin kullanılmadan önce seyreltilmesi gerekir. Bu seyreltme, kolayca yanıklara neden olabilecek önemli miktarda ısı üretir. Ayrıca, konsantre sülfürik asidin aşındırıcılığı konsantre hidroklorik asitten çok daha güçlüdür. Buradan, hidroklorik asit kullanımının daha güvenli olduğu sonucu çıkarılabilir.

Yukarıdaki bilgilere dayanarak, hidroklorik asidin daha iyi pas giderme etkileri, daha düşük maliyetler ve daha güvenli kullanım sunduğu açıktır.

Ayrıca, bir kimya laboratuvarında nispeten çevre dostu bir pas sökücü de yapabiliriz. İlk adım, 18 g sitrik asit, 0,8 g dekstrin, 3 g sodyum molibdat, 1,1 g fosforik asit ve 60 g suyu bir karıştırma tankına koymak ve oda sıcaklığında 30 dakika boyunca eşit şekilde karıştırmaktır.

İkinci adımda, karıştırılan çözeltiye 8 g gliserin eklenir ve oda sıcaklığında 25r/dak karıştırma hızında 10 dakika boyunca eşit şekilde karıştırılır. Üçüncü adımda, karışık çözeltiye 0,06 g sodyum iyodür eklenir ve oda sıcaklığında 25r/dak karıştırma hızında 30 dakika boyunca eşit şekilde karıştırılır.

Hidroklorik asit ve seyreltik sülfürik asidin sitrik asit ile değiştirilmesi, çevreyi kirleten mevcut pas sökücü sorununu çözebilir. Gliserin, pas sökücünün metal yüzeye yapışmasını artırabilir. Ayrıca, bu pas sökücü sadece pası gidermekle kalmaz, aynı zamanda pas önleyici özelliklere de sahiptir.

Çeliğin paslanması metalik kaynakların kaybına yol açarken, bu sürecin avantajları da vardır. Örneğin, pasta ambalajlarında sıklıkla bulunan oksijen emicilerin temel bileşeni olan demir tozu, oksijeni tüketmek için paslanma prensibinden yararlanarak gıdaların bozulmasını önler.

Dahası, demirin paslanması ekzotermik bir reaksiyondur. Bu olgudan yararlanılarak "ısıtma yamaları" üretilmiştir. Bir ısıtma yamasının ana bileşenleri arasında demir tozu, vermikülit, aktif karbon, inorganik tuzlar (sofra tuzu gibi) ve su bulunmaktadır. Doğal koşullar altında, demirdeki oksidasyon reaksiyonunun hızı yavaştır.

Bu reaksiyonu hızlandırmak için geniş yüzey alanına sahip ince demir tozu kullanılır. Aktif karbonun rolü, güçlü adsorpsiyon kapasitesi suyu gevşek yapısında depolarken reaksiyonu teşvik etmek için birincil bir hücre oluşturmaktır. İnorganik tuzlar, birincil hücre oluşturmak ve reaksiyonu teşvik etmek için aktif karbonla birlikte çalışır. Bir demir-magnezyum alüminosilikat minerali olan vermikülit, termal depolama ortamı olarak görev yapar.

Bir kimya laboratuvarında bu ısıtma bantlarını kendimiz yapabiliriz. Demir tozu, aktif karbon, sofra tuzu ve vermiküliti 5:2:2:2 kütle oranında karıştırarak. Bu karışım (vermikülit isteğe bağlıdır) bir behere dökülür, birkaç damla su eklenir ve bir cam çubukla iyice karıştırılır.

Daha sonra dokuma olmayan bir kumaş torbaya paketlenir ve kendinden sızdırmaz bir torba içinde (veya plastik bir mühürleyici kullanılarak) kapatılır. İhtiyaç duyulduğunda kullanım için çıkarılabilir. Demir tozu ve aktif karbon parçacıkları ne kadar ince olursa (demir tozu için ideal olarak 100 gözenekli ve aktif karbon için 150 gözenekli), reaksiyonun o kadar hızlı ve sıcaklıktaki artışın o kadar belirgin olacağı unutulmamalıdır.