20 Temmuz 2009 Pazartesi

 KOROZYONUN BAĞLI OLDUĞU ETMENLER

.
A) Teneke Kutu, Teneke Levha veya Paslanmaz Çelik Malzemenin Özellikleri

1. Levhanın Bileşimi:
Karbon (C), Krom (Cr), Nikel (Ni), Kükürt (S), Bakır (Cu), Mangan (Mn) gibi elementlerin miktarına göre  çelik levhanın dayanıklılığı ayarlanabilir.
Paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımı,  kromun varlığına bağlıdır ve krom miktarı artırıldıkça bu dayanım artar.
Nikelin bulunması,  Oksijen bulunmayan yani oksijensiz ortamlardaki korozyon dayanımını artırır.
Molibden (Mo), halojen tuzlar ve deniz suyu ise  noktasal korozyon (pitting) dayanımını olumlu etkiler.
Mangan,  ostenit yapıyı kararlı hale getirmede etkindir;  fakat korozyon dayanımına önemli bir katkısı olmaz.

Teneke levhalardaki kükürt oranı önemlidir.  Kükürt (S),  %0.04'ten yüksek olmamalıdır. Aksi halde kükürtün korozyonu artırıcı etkisi gözlemlenir.
Bakır (Cu) ise korozyonu azaltıcı etkidedir.


Paslanmaz çelikler  bileşimlerinde en az  %10.5 krom içeren çelik alaşımlarıdır.  Korozyona karşı yüksek dayanımlarının, yüzeylerinde bulunan ince oksit filmden kaynaklandığı düşünülür.  Bu filmin bileşimi  alaşımdan alaşıma ve gördüğü işlemlere  (haddeleme, dağlama, ısıl işlem)  göre değişir.
Genellikle mıknatıs tutmazlar.  Bileşimlerindeki demir elementine rağmen, paslanmaz çeliğe başka maddeler de katıldığından mıknatıslanma özelliği neredeyse kaybolur.  Fakat birden çok paslanmaz çelik türü olduğu  ve  demir bileşimlerinin değişebileceğini de hatırda tutmak gerekir.  Özellikle 400 serisi çelikler  (300 serisine göre daha ucuzdurlar)  manyetik özellik gösterir, mıknatıs tutarlar.

Gıda endüstrisinde  Krom-Nikel alaşımlı paslanmaz çelikler  tercih edilir. Borular, tanklar, pompalar ve fittingler/bağlantı elemanları  paslanmaz çelik malzeme olmalıdır.  Gıda paketlemesinde en çok kullanılan metal ambalajlar ise kalaylı teneke levhalardır.  Özellikle konserve sanayinde yaygın kullanımları vardır.  Teneke, iki yüzeyi de kalaylanmış düşük karbonlu çelik levhadır. Kalınlıkları kullanım alanlarına göre değişir.



2. ÇELİK TİPİ:

Çelik sac hangi yöntemle  ve  ne miktarda kalayla kaplanırsa kaplansın,
elde edilen kalaylı teneke az veya çok gözenek içermekte;  gıda maddesi bu noktalardan çelik gövde ile temas edebilmektedir. Bu nedenle çelik gövdenin bileşimi önem kazanır.  Dolayısıyla ambalajlama amaçlı kullanımda,  içine konacak gıda veya maddeye uygun nitelikte çelik tipi seçilmelidir.

Çelik sac;  mangan, karbon, fosfor, kükürt, silisyum, bakır, nikel, krom, molibden ve arsenik elementlerinden oluşmaktadır.  Çelik tipi, çeliğin bileşiminde yer alan iz elementlerin miktarlarına göre farklı gruplara ayrılmaktadır.


Tablo 1.  Gıdaların korozif etkilerine göre  Çelik Tipleri
(Resimlerin üzerine tıklayarak büyütebilirsiniz)



L-tipi  --> Korozyona en dirençli
MS-tipi --> Asitli gıdalar ve turşularda
MR-tipi --> Orta asitli gıdalarda
MC-tipi --> Düşük asitli gıdaların muhafazasında.


Korozyona direnç açısından:
L > MS > MR > MC



3. Kalay Kaplama İşlemi  (Kalaylama Tekniği):
Korozyonu önlemek amacıyla  çelik levhalar kalay ile kaplanır demiştik  (bkz).
Olabildiğince tek düze yapıda,  gözenekli olmayan bir kaplama en iyisidir.
Sıcak daldırma ve elektrolitik yöntem olmak üzere iki şekilde kalay kaplama yapılabilir:

_ Daldırma Yöntemi:  Temper valslerinden geçirilmiş ve bu işlemle aynı zamanda yüzeyi düzgünleşmiş saclar,  önce bir asit çözeltisi banyosundan geçirilerek temizlenir ve durulanır.  İçinde ergimiş kalay bulunan bir kalay kaplama ünitesine verilir.  Kalay kaplama ünitesinde sac bandın kalay içinde önce aşağıya, sonra yukarıya ve dışarıya doğru hareketini sağlayan valsler bulunur.  Ergimiş kalay içerisinden geçerken belli miktarda kalayla kaplandıktan sonra dışarıya çıkan bant,  yine valsler yardımıyla bir palm yağı banyosundan geçirilir.  Böylece üretilmiş teneke;  hava akımında soğutulur, temizlenir, parlatılır ve kusurları olup olmadığı saptanır.  Kalaylanmış bant istenen boyutlarda kesilir ve sandıklar içerisinde ambalajlanır.

Bu yöntemle tenekeler fazla miktarda kalayla kaplanmakta,  yüzeydeki kalay miktarı oldukça tekdüzelik  (düzenlilik-homojenite)  göstermekte,  kaplama tabakası az gözenek içermektedir.  Fakat üretilen tenekeler daha pahalı ve değerli olduklarından,  günümüzde bu yöntemle kaplama uygulaması azalmıştır.

_ Elektrolitik yöntem:  Teneke kutuları kalay ile kaplamada daha çok elektrolitik yöntem kullanılmakta.
(Teorik bilgi:  Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim, elektrolizde katot olarak kullanılır.  Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir.  Elektroliz sırasında katotta indirgenme,  anotta yükseltgenme gerçekleşir.  Ve katotta kütle artışı olur.)

Bant halindeki çelik levhanın temizlenmesi, kalayla kaplama işlemi, kaplanmış levhanın ısıtılması, yüzey passivizasyonu, yüzeyin yağlanması gibi işlemlerden oluşur. Çelik levha üzerinde oluşturulmuş kalay tabakası, gerçekte çok stabil değildir.  Bu nedenle üzerinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturulmalıdır.  Teneke yüzeyinde gözle görülemeyecek kadar ince bir oksit filmi oluşturulmasına  passivizasyon  denir.  Passivizasyon işlemi sonunda,  teneke yüzeyine çok ince film halinde  yemeklik sıvı bir bitkisel yağ uygulanır.

Ambalajlamada nasıl içine konulacak gıda maddesinin korozif özelliğine göre çelik tipi seçilmekteyse,  aynı şekilde her gıda için farklı miktarda kalayla kaplanmış teneke seçilmek zorundadır.


Kalaylı bir tenekedeki kalay, Oksijen ve su bulunan ortamlarda, çeliğe karşı katot olarak davranmaktadır. Ancak oksijen bulunmayan koşullarda, teneke gıda ile temas edince;  kalay çeliğe karşı genellikle anot olarak davranmaktadır. (???)
Korozyon olarak tanımlanan bu olay hem üreticiyi hem de tüketiciyi etkilemektedir.



4. Demir-Kalay Alaşım Tabakası
Çeliğin kalayla kaplanması sırasında, yapısındaki demirin kalayla reaksiyona girerek oluşturduğu bir tabaka/katmandır bu.
Çok sert olduğundan fazla kalın olması istenmez.  (0.08 mikron üzerinde olmamalı.)  Kalın olduğunda kırılgan özellik kazanır.  (Özellikle konserve kutusuna son şekli verilirken sorun yaratabilir.)



5. Laklama İşlemi  (Lak Tipi  ve  Laklama Tekniği)
Kutuyu korozyondan tam olarak korumak mümkün olmadığından,  kalay kaplama tabakasının ayrıca organik bir maddeyle kaplanma zorunluluğu doğmaktadır.  Bu organik kaplama maddelerine genel olarak  lak  denir.
Lak tabakası;  kutunun metal yüzeyinde, gıda maddesinin bileşim ögelerinin etkisiyle oluşan korozyona engel olmanın yanı sıra  metal ambalajdan gıdaya metal bulaşmasını da önler.  Metal bulaşmaları;  kutu içindeki gıdanın renk, aroma ve lezzetinin bozulmasına neden olur.  Ayrıca bazı gıdaların sterilizasyonunda oluşan kükürtlü bileşikler,  kutudaki kalay ve demirle birleşerek renk kararmasına neden olur.  Özel tip lakların kullanımı ile bu sakıncalar önlenmeye çalışılır.


Tablo 2.  Tenekeleri laklamada kullanılan genel Lak Tipleri



Laklama Tekniği:Püskürtme  ve  Sıvama teknikleri.
Sprey ile püskürtmede homojenizasyon ve tekdüzelik daha iyi. Sıvamada gözenekler kalır.

Laklar bileşimlerine  ve  elde edildikleri kaynağa göre şöyle gruplanabilir:
- Yağ bazlı laklar:  Organik, doğal yağlar.  Keten yağı gibi çabuk kuruyan yağlar.
- Sentetik laklar:  Yapay reçine.  Formaldehit-fenol bileşikleri.

Kullanılan laklar toksik olmamalı, gıdada sağlık sorunlarına ve istenmeyen değişimlere neden olmamalı,  ısıya dayanıklı olmalı ve yüzeye iyi bir şekilde yapışmalıdır.  Sıcaklık karşısındaki davranışları bakımından laklar  termoplastik  ve termosetting  olarak ikiye ayrılırlar.  Oleoresin lakları ve bazı sentetik laklar termoplastik olup,  ısı etkisi ile yumuşarlar.



6. Yüzey Durumunun Etkisi  (Pürüzlülük)
Paslanmaz çeliklerde yeterli bir kullanım ömrü elde edebilmek için,  yüzey durumuna çok dikkat etmek gerekir.  Yüzey düzgünlüğü ve temizliği, korozyon problemlerini azaltır.  Genellikle düz ve parlatılmış bir yüzey en iyisidir.  (Özellikle çelik borularda ve alet-ekipmanda önemli.)


7. Kaynak İşleminin Etkisi
Kaynak sırasında korozyon hassasiyetinin ne oranda ortaya çıkacağı,  dikişin birim uzunluğu başına ısı girdisine bağlıdır. Ark kaynağı yöntemlerinde yüksek ilerleme hızlarında ısı girdisi düşük olur.  Gaz eritme kaynağı paslanmaz çelikler için genellikle kullanılmaz;  çünkü yüksek ısı girdisi yanında karbürleme etkisi de vardır.

Gıda endüstrisinde  boru ve bağlantı elemanları (fittingler)  birbirlerine sürekli olarak bağlı kalacak şekilde monte edilmek istenirse  Argon kaynağı  yapılır.


8. Tasarımın ve İmalatın Etkisi
Korozyon nedeniyle oluşan hasarlar,  çoğu kez malzeme türünü değiştirmeye gerek kalmadan tasarımda yapılacak değişikliklerle önlenebilir.  Dikkate alınması gereken hususlar;  bağlantı tasarımları, yüzey sürekliliği ve çentik etkileridir.


9. Isıl İşlemin Etkisi
Korozyon dayanımı,  karbonun tümünün çözünmüş olması  ve homojen tek fazlı bir iç yapı bulunması durumunda en iyidir. Bileşimdeki karbon miktarının düşürülmesi ve çelikte karbür oluşumu eğiliminin zayıflaması ile, taneler arası korozyon eğilimi azaltılabilir.  Kritik sıcaklık bölgesinde  (550-850°C)  tutma süresi de çok önemlidir.  Bu bölgede karbür çökelmesi çok hızlı olur.
Bu durum;  tavlama, stabilize edilmiş çelik türleri kullanma (321, 347) veya ekstra düşük karbonlu türler  (304L, 316L)  seçilmesi ile önlenebilir. Martenzitik paslanmaz çelik malzemeler  atmosferik korozyona karşı en yüksek dayanıma sahip olmaları için uygun bir ısıl işlem görmelidirler.  Ferritik türlerde korozyon direnci bazı ısıl işlemlerden olumsuz etkilenebilir.  Ostenitik kromnikel çelikleri en iyi korozyon özelliklerine  1040°C-1150°C  sıcaklıklarına ısıtılıp hızla soğutulduklarında sahip olurlar.




B) Konserve veya Metalin içerisine konan Gıdanın Bileşimi ve Özellikleri

* Aşırı korozif --> Vişne, kiraz, çilek, erik, turşu gibi gıdalar
* Orta korozif --> Elma, armut, kayısı, şeftali, ...
* Az korozif  --> Mısır, bezelye konserveleri


Konserve Bileşimi:
1. pH ve Asitlik:  Asitlik,  gıda maddesinin kendi doğal yapısı  ve  dolgu sıvısına katılan organik asitlerden kaynaklanır;  korozifliği artırıcı özelliktedir. Özellikle okzalik asit gıdalardaki en korozif asittir.  Malik asit, sitrik asit, tartarik asit ise birbirlerine kıyasla hemen hemen aynı düzeyde ve düşük korozif etkidedir.
Korozyon özellikle pH 4-5 arasında hızlanır,  5'in üzerinde azalmaya başlar.

2. Nitrat ve Fosfatlar:  Ispanak gibi kimi sebzelerde doğal olarak bulunabiliyorlar. Ancak aslen turşu ve meyve konservelerindeki dolgu sıvısına (salamura veya şuruplara) koruma amaçlı olarak katılırlar. Nitrat ve fosfatlar yüksek çözünürlüktedir ve korozyonu hızlandırıcı bileşenlerdir.  1 birim nitrat, kutu yüzeyinden 7.6 birim kalay (Sn) çözebilir.

3. Oksijen Varlığı:  Dolum sırasındaki  hava çıkartma işlemi (egzost)  iyi yapılmadıysa, kutuda kalan Oksijen ilerleyen zamanda Hidrojen Bombajına neden olabilir.  Oksijenin korozyonu artırıcı etkisiyle bu durum delinme korozyonuna kadar gider.

4. Renk Maddeleri  (Antosiyaninler):  Antosiyaninler gibi koyu renkli pigmentler korozyonu artırıcı bileşenlerdir. Bu maddeleri içeren vişne, çilek, kırmızı erik, böğürtlen gibi meyvelerin konserve edilerek metal kaplarda saklanmasında antosiyaninlere karşı dirençli özel  oleoresin meyve lakları kullanılır.

5. Kükürt ve Kükürtlü Bileşikler:  Korozyonu hızlandırıcı etkidedirler. Isıl İşlemler sırasında et konserveleri gibi kükürtçe zengin gıdalardaki kükürt serbest hale geçerek yeni bileşikler oluşturur.  Bu değişimlere bağlı olarak gıda ürünlerinde siyah renge neden olurlar.  Söz konusu kusuru önlemek için Çinko oksit (ZnO)  içeren özel oleoresin laklar  (C lak-Corn/Mısır Lakı da denir) kullanılır.

6. Yağ, Şeker, Tuz, Nişasta:  Yağ, şeker ve nişasta korozyonu azaltıcı etki gösterirken;  tuz ve karamel korozyonu arttırır.




C) Depolama Sıcaklığı  ve  Depolama Süresi

Depolama sıcaklığındaki her 10 °C'lik artış korozyonun hızını 2 katına çıkarır vs...


(Not:  Bu yazı,  Korozyon başlıklı konunun devam yazılarındandır.)

.

Hiç yorum yok: