Corrosie en corrosiebestrijding

Transcriptie

1 Corrosie en corrosiebestrijding Paul J. Gellings Corrosie en corrosiebestrijding 1

2 Definitie van corrosie corrosie is de ongewenste aantasting van een materiaal door (elektro)chemische reacties met componenten uit de omgeving. Corrosie en corrosiebestrijding 2

3 Corrosie en corrosiebestrijding 3

4 Factoren bij materiaalkeuze beschikbaarheid Corrosie bestendigheid kosten sterkte materiaalkeuze bewerkbaarheid uiterlijk Corrosie en corrosiebestrijding 4

5 Factoren voor materiaalgedrag thermodynamica kinetiek metallurgie Corrosie bestendigheid prijs toepassing mechanisch gedrag Corrosie en corrosiebestrijding 5

6 Belang van Corrosiebestrijding Economie directe kosten indirecte kosten Veiligheid Grondstoffen Energie Milieu Corrosie en corrosiebestrijding 6

7 Corrosiekosten Directe kosten: kosten direct voorvloeiend uit corrosie en zijn bestrijding (o.a.): - vervangingskosten - beschermingskosten - hierbij behorende arbeids- of materiaalkosten Indirecte kosten: kosten indirect voorvloeiend uit corrosie (o.a.): - productverlies of productieverlies - verminderde warmteoverdracht of verlies van goede werking - hierbij behorende arbeids- of materiaalkosten Corrosie en corrosiebestrijding 7

8 Kostenbeschouwing te hoge investering: "over design" totale kosten hoge investering, weinig en goedkoop onderhoud lage investering, frequent en duur onderhoud levensduur bij gelijke kosten levensduur Corrosie en corrosiebestrijding 8

9 Milieuaspecten (1) Bodem- en oppervlaktewaterverontreiniging door corrosieproducten Bodem- en oppervlaktewaterverontreiniging door lekkage van buisleidingen of ondergrondse tanks Luchtverontreiniging door ontsnappen van gassen Corrosie en corrosiebestrijding 9

10 Milieuaspecten (2) Bodem- en oppervlaktewaterverontreiniging door galvanische bedekking en anodiseren Bodem- en oppervlaktewaterverontreiniging door schoonmaken van (geschilderde) oppervlakken Luchtverontreiniging door oplosmiddel dampen van verf Corrosie en corrosiebestrijding 10

11 Ontwerpschema functie en levensduur omgeving en omstandigheden corrosiegegevens keuze materiaal keuze deklaag vormgeving fabricage wijzigen omgeving wijzigen omst.heden inspectie en gebruik Corrosie en corrosiebestrijding 11

12 Reactievergelijkingen Chemische corrosiereacties door zuurstof: 3 Fe + 2 O 2 = Fe 3 O 4 door water: 3 Fe + 2 H 2 O = Fe 3 O H 2 door zwavel: 2 Fe + S 2 =2 FeS Corrosie en corrosiebestrijding 12

13 Drijvende kracht Voor een reactie zoals: a A + b B 2 A a B b/2 is de drijvende kracht de verandering van de vrije enthalpie: ΔG = μ(a a B b/2 ) - a. μ(a) - b. μ(b 2 ) voor zuivere stoffen is μ(x) = μ 0 (X), voor gassen: μ(x) = μ 0 (X) + RT ln(p(x)) en voor opgeloste stoffen: μ(x) = μ 0 (X) + RT ln(c(x)) Wanneer A en A a B b/2 zuivere stoffen zijn en B 2 is een gas dan wordt: ΔG = μ 0 (A a B b/2 ) - a. μ 0 (A) - b. μ 0 (B 2 ) - b.rt ln(p(b 2 )) = ΔG 0 - b.rt ln(p(b 2 )) Corrosie en corrosiebestrijding 13

14 Reactievergelijkingen Elektrochemische corrosiereacties door zuur: Fe + 2 H + = Fe 2+ + H 2 door zuurstof: 2 Fe + 2 H 2 O + O 2 = 2 Fe OH - door ionen van edeler metaal: Fe + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu Corrosie en corrosiebestrijding 14

15 Drijvende kracht (vervolg) Voor een reactie zoals: Fe + 2 H + = Fe 2+ + H 2 wordt de drijvende kracht dan: ΔG = μ 0 (Fe) - 2.μ 0 (H + ) - 2.RT ln(c(h + )) + μ 0 (Fe 2+ ) + RT ln(c(fe 2+ )) + μ 0 (H 2 ) + RT ln(p(h 2 )) = ΔG 0 c(fe ).p(h + RT ln + 2 c(h ) In alle gevallen geldt dat een reactie spontaan wil verlopen wanneer ΔG < 0 en dat er evenwicht heerst wanneer ΔG = ) Corrosie en corrosiebestrijding 15

16 Nernst - vergelijking Voor elektrochemische reacties is er een direct verband tussen de vrije enthalpieverandering ΔG en de elektrische spanning E van een cel waarin de desbetreffende reactie verloopt: ΔG = -n.f.e waarin n het aantal elektronladingen is dat betrokken si bij de reactie, dat is bijv. 2 voor de hiervoor genoemde reactie: Fe + 2 H + Fe 2+ + H 2. De hierbij horende spanning, die meestal de celspanning wordt genoemd, is dus: E = E 0 + RT nf 2+ c(fe ).p(h ln + 2 c(h ) 2 ) Corrosie en corrosiebestrijding 16

17 Elektrode potentialen Voor een afzonderlijke elektrode, bijvoorbeeld ijzer in contact met een oplossing van ijzerionen is de reactie: Fe Fe e definiëren we de elektrodepotentiaal: E = E RT + ln 2F ( 2 c(fe )) 0 + en E 0 noemen we de standaardpotentiaal van die elektrode. De standaardpotentialen van een reeks elektrochemische reacties noemen we de elektrochemische reeks Corrosie en corrosiebestrijding 17

18 Elektrochemische reeks elektrode reactie E 0 (Volt) Mg e - = Mg Al e - = Al Zn e - = Zn Cr e - = Cr Fe e - = Fe Cd e - = Cd Ni e - = Ni Sn e - = Sn Pb e - = Pb H e - = H Cu e - = Cu 0.34 Ag + + e - = Ag 0.80 Pt e - = Pt 1.2 Au + + e - = Au 1.68 Corrosie en corrosiebestrijding 18

19 Elektrochemische cel Plaatje van cel definitie anode & kathode E(kathode) > E(anode) Corrosie en corrosiebestrijding 19

20 Snelheid elektrochemische reacties Evans diagram Wet van Faraday Polarisatie Corrosie en corrosiebestrijding 20

21 Diffusiepolarisatie Grensstroomdichtheid: i g = n.f.d. c 0 / δ Corrosie en corrosiebestrijding 21

22 Praktische galvanische reeks Metaal potentiaal (Volt) Magnesium Zink legering Zamak Z Zink Aluminium 99.5% Koolstof staal Gietijzer GG % Cr-staal (actief) % Cr-8% Ni-staal (actief) Lood 99.9% Messing Koper Monel K cupronikkel Cr- en Cr-Ni-staalsoorten (passief) Corrosie en corrosiebestrijding 22

23 Passiviteit Bij een anodische reactie kunnen ook vaste producten ontstaan, bijvoorbeeld: 2 Cr + 3 H 2 O Cr 2 O H e - Wanneer hierdoor een hechtende en gesloten laag wordt gevormd neemt de snelheid van de corrosie af en deze kan zelfs vrijwel geheel stoppen. Men spreekt dan van passiviteit en een metaal in die toestand wordt passief genoemd. Meestal gaat dit gepaard met een aanzienlijke toename van de potentiaal ten opzichte van die van het metaal zonder zo'n beschermende laag dat men actief noemt. Typische voorbeelden van metalen die dit verschijnsel vertonen zijn chroom en aluminium en het treedt ook op bij legeringen die voldoende chroom of aluminium bevatten, zoals bijvoorbeeld staalsoorten met meer dan 12 gew% chroom (bekend als roestvast staal) en koperlegeringen met meer dan ongeveer 10 gew% aluminium (aluminiumbrons genoemd). Corrosie en corrosiebestrijding 23

24 Algemene vs. plaatselijke corrosie Corrosie en corrosiebestrijding 24

25 Vormen van corrosie roesten en atmosferische corrosie putvormige corrosie spleet- en afzettingscorrosie selectief oplossen van legeringen interkristallijne corrosie spanningscorrosie erosie- en cavitatie-corrosie Corrosie en corrosiebestrijding 25

26 Traagroestend staal op gevel 1 Corrosie en corrosiebestrijding 26

27 Traagroestend staal op gevel 2 Corrosie en corrosiebestrijding 27

28 Putcorrosie Voorbeeld Schematische doorsnede Corrosie en corrosiebestrijding 28

29 Mespuntje putcorrosie Corrosie en corrosiebestrijding 29

30 Spleetcorrosie rvs-as in rubber lager Corrosie en corrosiebestrijding 30

31 Spleetcorrosie in flens Corrosie en corrosiebestrijding 31

32 Spleetcorrosie bij koelspiraal Corrosie en corrosiebestrijding 32

33 Roestvorming in spleet Corrosie en corrosiebestrijding 33

34 Laagvormige ontzinking Corrosie en corrosiebestrijding 34

35 Propvormige ontzinking 1 Koelerpijp met propvormige ontzinking Corrosie en corrosiebestrijding 35

36 Propvormige ontzinking 2 Schematische doorsnede Microscopische doorsnede Corrosie en corrosiebestrijding 36

37 Interkristallijne corrosie 1 Interkristallijne corrosie langs lassen in r.v.s. Interkristallijne corrosie: microstructuur Corrosie en corrosiebestrijding 37

38 Interkristallijne corrosie 2 Microstructuur: zuiver autenitisch Microstructuur: met korrelgrens carbiden Corrosie en corrosiebestrijding 38

39 Spanningscorrosie scheuren Transkristallijne scheuren Interkristallijne scheur Corrosie en corrosiebestrijding 39

40 Spanningscorrosie 1 Pijp uit citroenzuurverdamper Corrosie en corrosiebestrijding 40

41 Spanningscorrosie 2 Scheuren in en naast verkeerd gelegde las Corrosie en corrosiebestrijding 41

42 Erosie-corrosie van pompwaaier Corrosie en corrosiebestrijding 42

43 Cavitatie-corrosie in cylinder Corrosie en corrosiebestrijding 43

44 Algemene methoden van corrosiebestrijding materiaalkeuze wijziging van milieu of samenstelling daarvan wijziging van omstandigheden (temperatuur, stromingssnelheid) ingrijpen in reacties (speciaal elektrochemisch) scheiden van materiaal en milieu door deklaag aanpassen van ontwerp, bewerking of constructie Corrosie en corrosiebestrijding 44

45 Ontwerpschema functie en levensduur omgeving en omstandigheden corrosiegegevens keuze materiaal keuze deklaag vormgeving fabricage wijzigen omgeving wijzigen omst.heden inspectie en gebruik Corrosie en corrosiebestrijding 45

46 Plaatsing uitloop in vat Corrosie en corrosiebestrijding 46

47 Tankondersteuning Corrosie en corrosiebestrijding 47

48 Juiste en onjuiste plaatsing U- balk Corrosie en corrosiebestrijding 48

49 Kruis van St.Jan's kerk Corrosie en corrosiebestrijding 49

50 Vermijden van ontoegankelijke spleet Corrosie en corrosiebestrijding 50

51 Slechte toegankelijkheid Corrosie en corrosiebestrijding 51

52 Toegankelijkheid: slecht en goed Corrosie en corrosiebestrijding 52

53 Lasverbinding Corrosie en corrosiebestrijding 53

54 Klinknagelverbinding Corrosie en corrosiebestrijding 54

55 Afronding Corrosie en corrosiebestrijding 55

56 Plaatsing van inlaat Corrosie en corrosiebestrijding 56

57 Condensaatcorrosie Corrosie en corrosiebestrijding 57

58 Erosie-corrosie 1 Als gevolg van te plotselinge richtingsverandering Corrosie en corrosiebestrijding 58

59 Erosie-corrosie 2 Als gevolg van restrictie in doorsnede Corrosie en corrosiebestrijding 59

60 Soorten deklagen organische deklagen verf plastic poedercoatings metallische deklagen edeler dan basismetaal onedeler dan basismetaal anorganische deklagen ontstaan uit het metaal (conversielagen) keramische lagen glas en le Corrosie en corrosiebestrijding 60

61 Poriën in deklaag Corrosie en corrosiebestrijding 61

62 Plaatvormig pigment Corrosie en corrosiebestrijding 62

63 Aanbrengen deklaag door dompelen Corrosie en corrosiebestrijding 63

64 Het buitenhouden van corrosie Corrosie en corrosiebestrijding 64

65 Corrosie en corrosiebestrijding 65

66 Boek: P.J.Gellings: Inleiding tot Corrosie en Corrosiebestrijding Enschede, PPI Uitgeverij, 2006 ( ISBN prijs Corrosie en corrosiebestrijding 66