Metaalcorrosie en methoden om dit te voorkomen

Wat is corrosie?

Functionele items of architecturale elementen gemaakt van metalen en hun legeringen worden dagelijks blootgesteld aan verschillende omgevingsfactoren. Dit veroorzaakt de degradatie van materialen als gevolg van een chemische of elektrochemische reactie , waarnaar wordt verwezen als corrosie (respectievelijk chemisch of elektrochemisch). Corrosie wordt vaak roesten genoemd, wat verwijst naar metalen materialen. Wanneer roest optreedt, wordt een metalen oppervlak bedekt met de karakteristieke rode aanslag die roest wordt genoemd. Roest is geen individuele chemische verbinding, maar een laag oxiden, hydroxiden en ferrozouten (die worden geproduceerd door de oxidatie van ijzer en zijn legeringen, zoals staal). Omgevingsfactoren die corrosie veroorzaken:

• atmosferische neerslag,
• vochtigheid,
• milieuverontreiniging (bijv. zwaveloxiden, stikstofoxiden, stof),
• onvoldoende pH-waarde,
• materiële spanning,
• aanwezigheid van bio-organismen,
• aanraking met grond.

Chemische en elektrochemische corrosie

Chemische corrosie Chemische corrosie treedt op in een omgeving waar geen ionengeleidbaarheid is, dus meestal in de aanwezigheid van uitlaatgassen, aardolie, bepaalde organische stoffen of gassen zoals waterstof, waterstofsulfide, koolmonoxide (II) of chloor . Chemische corrosie wordt ook wel droge corrosie genoemd. Gewoonlijk komt het gehele oppervlak van het corrosieve materiaal in contact met het corrosieve middel. Dit vormt echter normaal gesproken geen significant risico voor de constructie. Elektrochemische corrosie Komt voor in een omgeving die elektrische ladingen kan geleiden (in elektrolyten). Een voorbeeld van zo’n omgeving is water dat opgeloste gassen of zouten bevat. In een dergelijk geval worden lokale galvanische cellen (bijv. op het contactpunt met vocht) op het materiaaloppervlak gevormd. De aanwezigheid van een elektrolyt zorgt ervoor dat het circuit sluit. Elektrochemische corrosie resulteert in oxidatie op metalen oppervlakken en de vorming van een bruine aanslag (roest).

Metaalcorrosie en passivering

Een metalen oppervlak dat in aanraking komt met een corrosief middel wordt onder invloed daarvan geoxideerd; het wordt bedekt door een laag metaaloxide. Dit is niet altijd ongewenst. Passivering is een verschijnsel waarbij een voldoende stevige oxidelaag wordt gevormd die sterk is gebonden aan het metaaloppervlak. Het zou het materiaal moeten beschermen tegen verdere degradatie (verdere oxidatie). Passivering kan bijvoorbeeld worden waargenomen op aluminium . Hoewel het een metaal met een hoge reactiviteit is, vertoont het weerstand tegen corrosie, wat te danken is aan passivering. Metalen worden vaak onderworpen aan passiveringsprocessen, omdat dit een van de anticorrosietechnieken is. Passivering bestaat echter ook in de natuur. Het kan worden waargenomen op koper, waarvan het oppervlak bedekt kan zijn met een groene aanslag die ‘patina’ wordt genoemd.

Zijn het alleen metalen die roesten?

Items gemaakt van metalen of hun legeringen verslechteren meestal als gevolg van chemische of elektrochemische corrosie. De elektrochemische corrosie van ijzer, staal, koper of aluminium komt veel voor, maar tast ook andere materialen aan, niet alleen metalen ; we kunnen bijvoorbeeld de chemische corrosie van beton waarnemen. Materialen (anders dan metalen) die kunnen corroderen:

• beton en gewapend beton,
• kunststoffen ,
• hout,
• keramiek.

De corrosieprocessen zijn voor elk materiaal anders. Corrosie hangt grotendeels af van het type elektrische geleidbaarheid op het grensvlak materiaal/omgeving. Ook het type omgeving waarin het materiaal voorkomt, is belangrijk. Voor carrosserieën met een hoge geleidbaarheid hebben we meestal te maken met elektrochemische corrosie. In het geval van lage (of nul) geleidbaarheid is corrosie veel meer chemisch (of fysisch-chemisch) van aard.

Anti-corrosie technieken

Corrosie kan niet volledig worden geëlimineerd . Alle anticorrosietechnieken zijn erop gericht om dat proces te remmen. Edelmetalen die van nature in een ongebonden vorm voorkomen, hebben geen anticorrosiebescherming nodig. Deze omvatten goud of platina. Methoden ter bescherming tegen corrosie:

• het elimineren van de factoren die verantwoordelijk zijn voor corrosie uit de omgeving, bijvoorbeeld het verwijderen van vocht, het gebruik van ionenwisselaars om in water opgeloste zouten te verwijderen, het neutraliseren van zure stoffen;
• het gebruik van stoffen die corrosie vertragen (inhibitoren);
• het elektrische potentieel van het metaal veranderen;
• beschermende coatings gebruiken. Een metaal kan worden bedekt met een ander metaal dat kostbaarder is (isolatiecoating) of minder kostbaar (afschermende coating) dan het metaal dat wordt beschermd;
• het gebruik van niet-organische coatings, bijv. glasachtige emails, chromaatcoatings;
• met behulp van organische coatings, bijv. polymeermaterialen of aflakverven.

Coatings zijn een populaire anticorrosiebescherming. Ze worden aangebracht door het item onder te dompelen in een gesmolten metaal ( hete dompelcoating ) of uit een waterige oplossing van elektrolyt, via elektrolyse elektrolytische coating ). Een minder populaire methode is metaalspuiten , wat wordt uitgevoerd met een spuitpistool. Het meest populaire beschermende metaal is zink . Het wordt vooral gebruikt als coating voor staal of gietijzer. Een zinklaag vertoont goede beschermende eigenschappen ondanks de lagere thermodynamische stabiliteit in vergelijking met ijzer. Hoewel het metalen voorwerp wordt beschermd tegen degradatie, kan het zink zelf corroderen als het wordt blootgesteld aan vocht. De duurzaamheid van een zinklaag hangt niet alleen af van de dikte, maar ook van de omgevingsomstandigheden waarin het item wordt gebruikt. Afhankelijk van de wijze van aanbrengen, elektrolytisch verzinkt of thermisch verzinkt

Economische effecten van corrosie op wereldschaal

Corrosie is een wereldwijd probleem. We registreren gewonden en doden, economische verliezen en negatieve milieueffecten veroorzaakt door corrosie van materialen. Corrosie kan leiden tot ernstige storingen in druktanks, vliegtuigonderdelen en tractieapparatuur. Zoals Mohmmad A. Jafar Mazumder aangeeft in zijn artikel getiteld Global Impact of Corrosion: Occurrence, Cost and Mitigation (2020) , variëren de typische onderhoudskosten van corrosiegerelateerde problemen voor een bepaald land van 1 tot 5%van zijn bruto nationaal product. In 2013 voerde NACE International een wereldwijde studie uit naar de economische impact van corrosie. Het was onder meer bedoeld om te laten zien hoe belangrijk het is om anticorrosietechnologie te integreren met managementsystemen. Volgens het gepubliceerde rapport worden de kosten van corrosie geschat op 2,5 biljoen dollar, dat is 3,4%van het wereldwijde bbp, wat betekent dat landen over de hele wereld elk jaar aanzienlijke bedragen moeten uittrekken voor de bestrijding van corrosie. Bronnen: https://irispublishers.com/gjes/fulltext/global-impact-of-corrosion-occurrence-cost-and-mitigation.ID.000618.php https://psk.org.pl/aktualnosci/ekonomiczne-skutki -korozji