Bekæmpelse af korrosion

Ethvert metalprodukt - især dem, der stammer fra jern eller stål - vil til sidst ruste og gå i opløsning over tid, når de kommer i kontakt med ilt og vand.

Der er to typer reaktioner under korrosion: oxidering, hvorved elektroner forlader metallet og metallet korroderer og reduktion, hvor elektronerne omdanner vand eller ilt til hydroxider. Rust dannes, når hydroxid og jernholdige ioner kombineres. Når metallet korroderer, ændres dets overflade, og i jernholdige metaller spredes rust over hele metaloverfladen.

Korrosion og saltvand

Kyst- og offshore-applikationer ruster lettere end andre applikationer på grund af deres eksponering for saltvand, som er pH-neutralt eller let surt. Produkter tæt på kysten er udsat for atmosfærisk saltindhold såvel som tidevandet saltvandsspray, der efterlader en overfladerest. Atmosfæriske saltniveauer er også højere jo tættere du kommer på ækvator.

Imidlertid er korrosion ikke kun begrænset til udsættelse for saltvand. Rengøringsmidler, høj luftfugtighed og 'snavsede' miljøer som spildevand og minedrift forværrer alle korrosionsprocessen. Kemiske procesmiljøer - rige på kuldioxid - er også hårde ved metaller.

Eva Coronado er Corrosion Laboratory Manager hos Element Materials Technology i Houston, Texas.

”Korrosion er et naturligt fænomen, der forekommer under visse fugtigheds-, temperatur- og atmosfæriske forhold; det kan ikke undgås, kun begrænses, ”forklarer hun. ”Korrosion svækker produkter, hvilket påvirker deres funktion og integritet. Udover at have høje økonomiske omkostninger påvirker korrosion sikkerheden og også produktets æstetiske udseende. ”

Tidligere præsident for NACE International, Corrosion Society - verdens største autoritet inden for korrosion med 30.000 medlemmer over hele verden - Kevin Garrity, har det meste af sin 38-årige karriere arbejdet inden for det korrosionstekniske felt. "Jeg startede som elektrotekniker, men blev fascineret af det faktum, at korrosion har så mange forskellige facetter inden for teknik - stress, elektriske komponenter, kemiske og biologiske reaktioner."

Korrosion, understreger han, har været et problem, siden mennesket begyndte at bruge stål i applikationer.

Så hvordan kan du undgå korrosion? Det enkle svar er, at du ikke kan. Den bedste form for 'beskyttelse' er at indregne korrosionens indvirkning fra det øjeblik du begynder at designe et produkt for at sikre, at de anvendte materialer er så korrosionsbestandige som muligt til den anvendelse, det vil blive brugt til, og det miljø, hvor produktet vil fungere. Og vigtigst af alt skal du sørge for, at de anvendte metaller ikke fremskynder korrosionsprocessen ved at reagere på hinanden - bedre kendt som den galvaniske teori, der blev født, da elektrokemiguruen Sir Humphry Davy afslørede mysteriet med galvaniske strømme.

Begrænse galvanisk korrosion

Ifølge galvanisk teori skal ingeniører og producenter placere materialer og produkter på en sådan måde, at galvanisk korrosion begrænses. For eksempel, hvis du vil parre kobber og rustfri stållegeringer, er det nødvendigt med en beskyttende belægning til at reducere korrosion. Aluminiumslegeringer og kobber bør ikke kombineres, især hvor der er en højere pH på grund af miljøets saltindhold. Husk desuden altid, at forskellene mellem elektrodepotentialer påvirkes af det miljø, hvor applikationen eller produktet er placeret.

Manglende bevidsthed om galvaniske reaktioner kan have ødelæggende økonomiske og sikkerhedsmæssige virkninger og ødelægge virksomhedens image. Et olieraffinaderi i USA led alvorlig fiasko på grund af kaustisk krakning forårsaget af korrosion, som medførte omkostninger på omkring USD 500 millioner.

Garrity har set en hel del uønskede galvaniske reaktioner i løbet af sin karriere i NACE. En hændelse ved et amerikansk atomkraftværk kommer i tankerne. ”Jordingsanlæg i kobber ved anlægget - beregnet til at beskytte personale og udstyr i tilfælde af elektrisk fejl - blev forbundet til tritiumbaserede vandrørsystemer, hvilket ledte til en batterilignende reaktion. På grund af reaktionen mellem kobber og tritium vil rørene til sidst korrodere til kobberet og forårsager lækager og risiko for, at lavniveau radioaktivt materiale slipper ud. ”

Normer for at forsinke korrosion

Der er flere 'normer' for hvordan man forsinker korrosion af et produkt eller applikation: Vælg materialer med et lignende elektrodepotentiale; brug en speciel maling eller belægning for at skabe en beskyttende barriere; bruge offeranoder til at beskytte kerneproduktet eller tilføre elektrisk strøm for at udligne eventuelle galvaniske reaktioner.

Den anvendte type korrosionsbeskyttelse afhænger af de pågældende metaller, anvendelsen af applikationen, det miljø, den vil blive brugt i, og hvor mange penge et firma er villig til at bruge.

Mens belægninger er standard - og billigste - form for korrosionsbeskyttelse, er de ikke idiotsikre. Bruges fx en belægning, der kan være korrosionsbeskyttet i et saltvandsmiljø, er den muligvis ikke modstandsdygtig over for fedtopløsninger.

Miljøvenligheden af korrosionsbestandige belægninger er også meget diskuteret, især inden for bilindustrien. Nogle hævder, at det er bedre at bruge en hård korrosionsbeskyttelsesmetode - anvendt i et behersket miljø - da produktet holder tre gange længere end et, der har en mere miljøvenlig belægning, men hvis dele skal udskiftes tre gange under produktets livscyklus.

En anden form for beskyttelse mod galvaniske reaktioner er at indføre et offer- eller galvaniseret anodemetal - såsom magnesium-, aluminium- eller zinkblokke, -stænger, -plader eller ekstruderet bånd - for at beskytte en metalstruktur eller anvendelse. Det fungerer som en katodisk beskytter ved at absorbere oxidationsreaktionen for at forhindre den i at angribe hoveddelen af strukturen. For at dette kan ske, skal der være en elektronvej - såsom en ledning eller direkte kontakt - mellem anoden og metallet. Der skal også være en ionvej mellem oxidationsmidlet, såsom vand eller fugtig jord, og anoden for at danne et lukket kredsløb.

Galvaniske anoder

Magnesium, aluminium og zink er de mest anvendte galvaniske anoder. Mens letvægtsaluminium er et almindeligt valg til saltvand og offshore-applikationer såsom skibsskrog, offshore rørledninger og lagertanke, er det ikke pålideligt i et eksplosivt miljø, da det kan reagere med gnister, når det kommer i kontakt med en rusten overflade. Magnesium er derimod den mest negative elektropotentialanode og bruges ofte til underjordiske og jordrelaterede applikationer.

Mange korrosionstilfælde kunne have været undgået, hvis der var truffet passende foranstaltninger under design eller udvikling af produktet. - Hvert år i NACE uddanner vi omkring 12.000 ingeniører inden for korrosion. Der er dog sandsynligvis over 3,5 millioner ingeniører i verden, så der er lang vej endnu, siger han.

Garrity siger imidlertid, at virksomheder og organisationer er begyndt at erkende, at investering i korrosionsforebyggelse kan være dyrere i starten, men sparer penge på lang sigt.

For at beregne afkastet af investeringen anbefaler han, at der oprettes en risikomatrix.

- Prioriter de potentielle korrosionsrisici baseret på strukturens eller anlæggets kritikalitet, og med dette udgangspunkt arbejder du dig ned gennem listen til de mindre presserende.

Hvis bolte korroderer

Bolte kan være en lille komponent i byggeprocessen, men skal også designes med omhu. Hvis bolten korroderer, er der fare for, at den større struktur eller produkt falder fra hinanden.

- Befæstelseselementer, som en integreret del af det moderne liv, skal være pålidelige,” siger Coronado. Korrosion af befæstelseselementer resulterer ikke kun i tab af metal og muligt svigt, men i tilfælde af højstyrkefastgørelseselementer, revner og pludselig svigt. Brugen af korrosionsbestandige fastgørelseselementer er ikke altid praktisk, så andre metoder til korrosionsbekæmpelse, såsom belægninger, bruges til at beskytte dem. 

Zinkflagebelægninger - såsom Delta Protekt® eller Delta-Tone® - er i øjeblikket den mest populære beskyttelse af stålbolte og skiver. Sådanne belægninger påføres som maling og bages derefter for at skabe en barriere; hvis der tilføjes flere lag, fungerer belægningen også som en friktionssikker belægning. Andre muligheder inkluderer teflonbelægninger og varmeforsinkning.

Viktigt at vælge ret korrosionsbeskyttelse

Valg af det rigtige materiale og korrosionsbeskyttelse til bolten er afgørende, ifølge Franz Raymann, servicechef hos Nord-Lock.

- Kunder forstår måske ikke altid, hvorfor vi stiller dem så mange spørgsmål om de materialer, de bruger, og det miljø, produktet skal bruges i. Men vi er nødt til at kende alle disse detaljer, hvis vi skal levere de rigtige bolte, siger han.

Han henviser til en 4.000-ton offshore-platform, der er ophængt på fire ben og holdes sammen af 16 gigantiske bolte. - Hvis disse bolte korroderer, ville alle på platformen ende i Nordsøen.

- Strategiske bolte har brug for regelmæssig kontrol af korrosion. Hvis der opdages korrosion i bolten, afhængigt af alvoren af situationen, fjernes den og rengøres, kontrolleres for revner og overmales, eller hele bolten udskiftes. 

Sådan designes mod korrosion

• Analyser det ætsende miljø og kravene.
• Vælg materialer, der har tilstrækkelig korrosionsbestandighed (og lignende galvaniske potentialer).
• Undgå geometriske former, der opsamler vand og snavs, skaber spændingsstigninger, forårsager erosion osv.
• Vælg en egnet korrosionsbeskyttelsesmetode (overfladebelægninger, offeranoder, direkte elektriske strømme osv.).
• Definer krav: For eksempel ISO 9227 salt spray korrosion test, ASTM G48 elektrokemisk korrosionstest for rustfrit stål, ISO 12944 korrosion klasser til miljøer.

Klassificeringen af ætsende miljøer