Snel snappen waarom uw oppervlak corrodeert

Transcriptie

1 Snel snappen waarom uw oppervlak corrodeert R.F.G.H. Hutten (ECN) Oktober 2014 ECN-L

2 Snel snappen waarom uw oppervlak corrodeert Remco Hutten ECN Engineering Petten / Eindhoven Surface 2014 stand oktober

3 ECN Engineering Engineering & realisatie Petten Corrosieonderzoek Schadeonderzoek Materiaalkunde & karakterisering Lasertechnologie High Tech Campus Eindhoven 3D printen keramiek en metaal Luchtkwaliteitsmetingen 2

4 Doel Voorkomen van: Onverwacht falen Verkeerde materiaalkeuze Schade en ongelukken Langdurige corrosietesten Kosten Snel snappen waarom úw oppervlak corrodeert? Of beter: hoe kunt u door snel én goed inzicht en niet door schade en schande corrosie voorkomen? 3

5 Corrosie in de praktijk 4

6 Corrosie in de praktijk Schade door corrosie Aantasting veiligheid Aantasting milieu en duurzaamheid Verlies van productiviteit (stilstand, ongepland onderhoud, gevolgschade) Kosten: > 18 miljard per jaar = 3% van BNP in Nederland 5

7 Corrosie in de praktijk Corrosie is vaak onbegrepen Verschillende verschijningsvormen Corrosiebestendigheid is géén materiaaleigenschap 6

8 Corrosie in de praktijk Corrosie is vaak onbegrepen Verschillende verschijningsvormen Corrosiebestendigheid is géén materiaaleigenschap Materiaal Omstandigheden CORROSIE Milieu Gebruik 7

9 Elektrochemische corrosie Metaal gaat in oplossing onder afgifte van elektronen Elektrochemische processen Elektronenstroom is te meten Processen volgen = elektrochemische karakterisering Processen opdringen Spanning variëren Processen versnellen Biedt een wereld aan inzichten Electrolyte: Ion transport Anodic reaction: Me Me p pe Metal: Electron transport Electrolyte: Ion transport Anodic reaction: Me Me p pe pe Cathodic reactions: 2 poh 2 ph ph2o pe po2 ph 2pe 2 ph2o pe po2 ph 2pe 2 Metal 2 poh 2 ph pe Uniforme corrosie Galvanische corrosie Cathodic reactions: Less noble Metal 1 noble Metal 2 8

10 Log(Current /A) Corrosiemechanismen Uniforme corrosie Locale corrosie Inter-/transgranulaire corrosie metaal Pitting Corrosion rate analysis Corrosiesnelheid: V corr = 0,11 mm/jaar Transport H 2 O, O 2, NaCl, corrosieproducten etc. Me 2+ H 2,OH - anode- en cathodereacties Coating: barrièreeigenschappen? Uniforme corrosie gevolgd door pitting Potential Voorspelbaar V Niet voorspelbaar of toch wel? 9

11 Standaard corrosietesten Zoutsproeitest, Kesternich,. Vrijgavetest, meestal opgelegd door afnemers Testresultaten zijn vergelijkbaar Maar Langdurig Eén milieu, één proces Corrosieproces onduidelijk Vaak niet realistisch Ten onrechte goedkeur Ten onrechte afkeur 10

12 Elektrochemische karakterisering Reference electrode = RE Counter electrode = CE Working electrode = WE RE CE WE controller Potentiostaat Elektrolyt (milieu) Te onderzoeken materiaaloppervlak 11

13 Log current density Elektrochemische karakterisering Vergelijkbare condities als praktijk Elektrolyt: vergelijkbaar met werkelijk milieu Temperaturen Polarisatie curves Inzicht in werkelijke corrosiemechanismen Werkelijkheid wordt nagebootst Locale processen worden wel voorspelbaar Zeer gevoelige detectie Verschillende testen Versnelde corrosie mogelijk Veel kortere testtijden: 1 uur 1 week potential 12

14 Electrochemische karakterisering Bij ECN veel gebruikte testen Test Waarvoor? OCP Open Circuit Potential meting Eerste indruk stabiliteit PC Polarisatie Curve Corrosiegedrag, -mechanismen EIS Electrochemical Impedance Spectroscopy Bij oppervlaktelagen SDM Stepwise Dissolution Method Versnelde test, alle mechanismen ECN Electro Chemical Noise / Ruis-meting Locale corrosieprocessen 13

15 Goed snappen Elektrochemische karakterisering geeft snel eerste inzicht Aanvullend metallografisch onderzoek voor begrip en verklaring microscopie, SEM, element-analyse 14

16 Goed snappen Elektrochemische karakterisering geeft snel eerste inzicht Aanvullend metallografisch onderzoek voor begrip en verklaring microscopie, SEM, element-analyse Voorbeelden: praktijk-cases van onderzoek 15

17 Current Current Voorbeeld 1: PC, SDM, ruis-meting Vergelijking soldeertypen A AISI316L vs BNi2 M&G 316L BNi2-soldeer PC in Cl-houdend C AISI316L Soldeerverbinding: 2 typen toegepast met RVS AISI316L SDM: Stepwise Dissolution Method (versnelde corrosietest) accumulated Charge [Coulomb/unit area] A Potential AISI316L M&G vs BNi5 BNi5-soldeer V Coulomb/cm 2 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 BNi-5-condens BNi-5-Cl-water las 5-condens las 1-Cl-water laser-las in Cl-water BNi-5 in condens -8 AISI316L Potential V 0,02 0, number of cycles BNi-5 in Cl-water laser-las in condens 16

18 Potential Potential Current Current µa M&G 316L vs BNi L vs BNi-5 Voorbeeld 10 1: PC, SDM, ruis-meting 0-10 Vergelijking soldeertypen µa V M&G 316L vs BNi L vs BNi BNi5 BNi5-soldeer V BNi2-soldeer -0.2 BNi2 Ruis-meting, passieve (BNi5) en actieve (BNi2) soldeerverbinding time 24 hr BNi2-soldeer-verbinding ks Niet gezien in de Salt Spray Test! AISI316L time AISI316L ks BNi2-soldeer 17

19 Z'' Ohm cm 2 Voorbeeld 2: EIS (coatings) Organische primer op aluminium Electrochemical Impedance Spectroscopy Fysische interpretatie Equivalente circuits EIS measurements of organic coating Re Qcoating t = 0 hours t = 24 hours t = 100 hours t = 1000 hours Degradation of coating system over time Element Freedom Value Re Free(+) 120 Re Qcoating Qcoating-Q Free(+) 1E-07 Qcoating-n Free(+) Rcoating Z' Ohm cm 2 Data File: Circuit Model File: R:\Gouwen Element Re Qcoating Freedom ting.mdl Value Mode: Re Rcoating Free(+) Qdl Run 120Simula Maximum Qcoating-Q Iterations: Free(+) 100 1E-07 Rct Optimization Qcoating-n Iterations: Free(+) Type Rcoating of Fitting: Free(+) Complex 4800 Type of Weighting: Data-Modu Element Freedom Value Error ReData File: Free(+) 120 N/A Qcoating-Q Circuit Model Free(+) File: 1E-07 N/A Qcoating-n Free(+) 0.89 N/A 18 Rcoating Free(+) 4800 N/A Qdl-Q Mode: Free(+) 1E-07 N/A R:\Gouw ting.mdl Run Sim

20 Voorbeeld 3: Spanningscorrosie met ruis-meting Snelle vergelijking van spanningscorrosiegevoeligheid van twee aluminium-typen Elektrolyt cel, NaCl-H 2 O 2 oplossing AA6000 serie AA7000 serie Bouten en moeren om vervorming ΔD op te leggen AA6000 serie - Precipitaties intragranulair AA7000 serie - Precipitaties op korrelgrens 19

21 Voorbeeld 3: Spanningscorrosie aluminium, met ruis-meting AA6000 serie Onbelast AA6000 serie Belast Conclusies: - Beide niet gevoelig - AA7000 passiveert sneller - Geen locale corrosie (pitting) Geen locale corrosiegedrag AA7000 serie Onbelast Typische locale corrosie 17 hr AA7000 serie Belast 20

22 Exposure side Voorbeeld 4: SDM (versnelde test) organische primer op aluminium Vergelijkbare resultaten tussen Salt Spray Test (BLC) en SDM Bij beide testen laat de geanodiseerde oxide-laag los. BLC (45 dagen) inbedmassa SDM (6 uur) anodiseerlaag aluminium substraat Bevestiging van zelfde corrosiemechanisme validatie 21

23 BLC na 45 dagen [%] Voorbeeld 4: SDM (versnelde test) organische primer op aluminium Stepwise Dissolution Method (SDM) vs. Salt Spray Test (BLC) 7075-T6 clad CrO 3 anodized - primed material 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 Opgebouwde lading na 6 uur SDM [C/cm 2 ] 22

24 Conclusies Elektrochemische karakterisering: Geeft absoluut inzicht in corrosieprocessen Praktijk wordt versneld nagebootst Geeft grondige onderbouwing in combinatie met metallografisch onderzoek Corrosiegedrag is voorspelbaar, ook bij locale processen Vaak sneller dan standaard testen Betere materiaalkeuzes, betere keuze voor deklaag Voorkomen van corrosie 23

25 Dank voor uw aandacht! Heeft u nog vragen? Welkom op stand 214 Remco Hutten Consultant Materials Testing & Analyses ECN - High Tech Campus Eindhoven T: M: hutten@ecn.nl ECN Westerduinweg 3 High Tech Campus LE Petten 5656 AE Eindhoven The Netherlands The Netherlands T F eee@ecn.nl twitter.com/ecn Team materials & corrosion research: Gertjan Herder Jaap Hooijmans Martijn de Keijzer Erik Schuring Marcel Bregman Maria Montero Remco Hutten ECN - Petten ECN - Eindhoven 24

26 ECN Westerduinweg 3 Postbus LE Petten 1755 LG Petten T F info@ecn.nl