Korrosion

Varje år förstörs mycket stora värden inom industrin på grund av korrosion. Det finns därför stor anledning att fundera över vilken typ av ytbehandling man skall välja till sina konstruktioner och material.

Vad är korrosion?

Korrosion är det gemensamma namnet för all oönskad materialförstörelse i form av angrepp på metallytan. Angreppet förstör eller fräter på metallen och resultatet blir ofta en missfärgning och i många fall en förändring av metallens egenskaper såsom hållfasthet m.m. Korrosion uppkommer därför att metallen reagerar med det omgivande mediet. Det finns två typer av korrosionsreaktioner: Kemiska och elektrokemiska reaktioner.

Kemiska reaktioner

När en metall reagerar med en gas eller ånga, bildas i kontaktytan en beläggning som är resultatet av en kemisk reaktion mellan metall och gas. Denna beläggning är reaktionsprodukten av reaktionen. Beroende på vilken metall och i vilken gas det är frågan om får man olika beläggningar på metallytan. Det innebär att om den bildade beläggningen har sådana fysikaliska egenskaper att den är ej reagerar med gasen och bildar ett tätt skikt, kommer vidare angrepp på basmetallen att upphöra. Ett bra exempel på detta fenomen är aluminium och krom i luft där en skyddande oxidhinna snabbt bildas som förhindrar vidare korrosion. Låglegerade stål i luft bildar däremot löst sittande järnoxider som lätt lossnar och tillåter vidare reaktion mellan järn och syre. Legerar man stålet med krom bildas däremot ett spärrskikt och vidare korrosion hindras (rostfritt stål).

Elektrokemiska reaktioner

Korrosion av metaller i vatten, vattenlösningar eller fuktig miljö kräver att elektrisk ström tillförs. Strömmen kan uppkomma genom att ett så kallat galvaniskt element bildas vilket innebär att metallytan blir positiv elektrod och en ädlare metall eller icke-metalliska ämnen (t.ex. glödskal, valshud, inneslutna oxider eller grafit) bildar en negativ elektrod. Den galvaniska cellen uppkommer på grund av de skillnader i normalpotential som naturen givit olika ämnen. Strömmen kan också uppkomma genom yttre tillförsel och i praktiken sker det ofta genom att t.ex. rörledningar i fuktig jord ligger i närheten av strömförande järnvägsskenor eller liknande. Så snart en sluten krets har bildats börjar den metall som utgör positiv elektrod att lösas upp. Metalljoner går i lösning och väte bildas vid den negativa elektroden. Korrosionshastigheten bestäms av vilket motstånd man får i den galvaniska cellen vilket i sin tur beror på vilka metaller som är aktuella och vilken miljö de befinner sig i.

Korrosionsskyddsmetoder

Med utgångspunkt från dessa grundläggande principer har en mängd korrosionsskyddsmetoder utvecklats. Man skyddar metallen mot korrosion genom att belägga ytan med något mera korrosionsbeständigt material. Beläggningen kan vara av metalliskt material t.ex. zink, oorganiskt material t.ex. emalj, eller organiskt material t.ex. termoplast eller lackering.

Vid utfällning av en metall på en annan metall, som man vill skydda, är det viktigt att veta vilken av metallerna som är ädlast. Det är nämligen på den oädlaste metallen som korrosionen uppstår. Lägger man exempelvis nickel på stål kommer korrosionen att uppstå på stålet som är den oädlaste metallen. Det gör att det är mycket viktigt att nickelskiktet är fritt från porer för att ett fullgott korrosionsskydd ska erhållas. Är beläggningen däremot oädlare än grundmetallen ställer man inte samma krav på täthet hos skiktet eftersom det är beläggningen som i första hand kommer att korrodera (t.ex. zink på stål).

Det är dock inte alltid korrosionsbeständigheten som är det avgörande kravet vid ytbeläggning. Kravet på en vacker yta har också stor betydelse. Vidare förbättras nötningsbeständigheten ofta vid beläggning.

Gemensamt för alla ytbeläggningsmetoder är att metallytan måste förbehandlas. Ytan måste vara helt fri från föroreningar för att det ska bli tillräcklig vidhäftning mellan metall och beläggning.

Förbehandling

Olja och fett på metallytan måste tas bort med avfettning. Rost, valshud och liknande fasta produkter på metallytan bortskaffas vanligen med blästring eller betning. Övriga förekommande förbehandlingsmetoder är borstning, slipning och polering.

Avfettning

Avfettning med organiska lösningsmedel. Som lösningsmedel används lacknafta, trikloretylen (tri) eller perkloretylen (per). Lacknafta har låg flampunkt (+ 38° C) och är därför brandfarligt i varma lokaler. Avfettningen kan ske genom doppning, sprutning eller kondensering.

Avfettning med tvättmedel. Lösningsmedel är en vattenlösning med tvål, ytaktiva ämnen och alkalier. Lösningens temperatur bör vara hög, helst 80 - 90° C. Samtidig mekanisk bearbetning av ytan förbättrar resultatet. Det finns speciell utrustning för sprutning av tvättmedellösningen med högt tryck mot godset.

Emulsionsavfettning är en kombination av föregående metoder. Lösningen är en blandning av en fettlösande vätska, ett vätmedel och vatten. Fettet emulgeras, dvs. bildar små droppar. Avfettningen sker med doppning eller sprutning. Efter 10 - 20 minuter spolas vätskan bort med vatten eller ånga.

Ångavfettning. Vattenånga sprutas med munstycke mot metallytan. Tvättmedel kan tillsättas med hjälp av en ejektor.

Blästring

Vid blästring slungas ett kornigt ämne, blästermedel, med stor hastighet mot metallytan. Blästermedlet kan vara kvartssand, stålsand eller järnsilikat. Stålsanden är effektivast men samtidigt så dyrbar att den endast kan användas när blästermedlet cirkulerar och används flera gånger. Blästringen ger en uppruggning av metallytan. Profildjupet är vanligen 25 - 75 my vid kornstorleken 0,3 - 0,8 mm på blästermedlet.

Betning

Vid betning sänks metallen ned i ett betbad. Detta, som i allmänhet innehåller syror, löser upp metallytans föroreningar. För att inte själva metallen ska angripas tillsätts särskilda inhibitorer, så kallade betmedel. Efter betningen måste metallytorna sköljas noga och torkas. För stål förekommer tre huvudtyper av betbad, nämligen lösningar av saltsyra, svavelsyra respektive fosforsyra.

Metallbeläggningar

Korrosionsbeständighet och vacker yta är de vanligaste orsakerna till metallbeläggning. Beläggning med bl.a. krom ger god nötningsbeständighet. Nedslitna konstruktionsdetaljer t.ex. axlar, kan repareras genom metallbeläggning (t.ex. hårdförkromning).

Elektrolys

Detaljen fästs på en galge och sänks ned i en metallsaltlösning. En likströmskälla ansluts med detaljen som katod. Anoden kan vara tillverkad av ytbeläggningsmetallen eller något svårlösligt material, t.ex. grafit. Metalljoner vandrar till katoden (detaljen) och utfälls på ytan. Det utfällda skiktet är kristalliskt. Något legeringsskikt mellan basmetall och beläggningsmetall förekommer inte.

Skikttjockleken blir proportionell mot strömtätheten, dvs strömstyrkan per ytenhet. Strömtäten varierar och är störst vid utskjutande kanter och vid områden nära anoderna. Skikttjockleken blir därför ojämn. Även elektrolyten inverkar på skiktjämnheten. Med en elektrolyts spridningsförmåga avses dess förmåga att bilda ett jämntjockt skikt. Elektrolytens sammansättning, pH och temperatur inverkar på spridningsförmågan. De vanligaste hjälpmedlen för jämntjockt skikt är speciella tillsatser till elektrolyten samt hjälpanoder.

Det förekommer åtskilliga tekniskt användbara kombinationer av basmetall och beläggningsmetall för elektrolytisk beläggning.

Varmdoppning

Detaljen doppas i ett bad med smält beläggningsmetall. När detaljen uppnått badets temperatur tas den upp. Överflödig metall får rinna av.

Vid varmförzinkning har smältan en temperatur på 440 - 480° C. Zinksmältan legerar sig med järnet till en järnfattig legering. Zinkhalten i en varmförzinkad detalj avtar alltså från 100 % Zn i ytan till 0 % där legeringsskiktet slutar. Legeringsskiktet förbättrar vidhäftningen. Skiktjämnheten blir god, måttnoggrannheten mindre god.

Sprutning

Finfördelad smält beläggningsmetall sprutas mot basmetallen. Det förekommer fyra variationer av sprutning, nämligen:

  1. Flamsprutning med metalltråd
  2. Flamsprutning med metallpulver
  3. Ljusbågesprutning med metalltråd
  4. Plasmasprutning med metallpulver

Plasmaflamman enligt metod 4 bildas genom jonisering av en gas t.ex. argon, med hjälp av en elektrisk ljusbåge. Temperaturen i plasmaflamman kan uppgå till 15 000° C. Metoden används därför vid beläggning med svårsmälta metaller, t.ex. volfram.

Vid metallsprutning byggs beläggningen upp av små fjäll. Skiktet blir poröst och vidhäftningen begränsad. Legeringsskikt bildas endast vid beläggningsmetaller med mycket hög smältpunkt.

Övriga metoder

Metallbeläggning kan utföras genom diffusion. Detaljen packas in i ett pulver av beläggningsmetallen och värms till hög temperatur. Härvid diffunderar beläggningsmetallen in i detaljens ytskikt.

Vid vacuumbeläggning förstoffas beläggningsmetallen i vacuum. Metallatomerna bringas sedan att utfällas på basmetallen.

Metallbeläggning kan också utföras som kemisk utfällning eller pläterring (sammanvalsning).

Ytomvandling

Basmetallens ytskikt kan också omvandlas genom kemiska eller elektrolytiska reaktioner. De vanligaste metoderna är anodisering, fosfatering, svartoxidering eller kromatering.

Anodisering (eloxering) är en elektrolytisk oxidation av basmetallen. Metoden används huvudsakligen för aluminium och aluminiumlegeringar. Aluminiumdetaljen placeras som anod i en elektrolytisk cell. Elektrolyten innehåller bl.a. svavelsyra. Vid strömgenomgång bildas ett relativt tjockt skikt av aluminiumoxid.

Detta skikt består av en inre kompakt del och en yttre porös del. Skiktet kan infärgas genom doppning i färgämne, vilket då tränger in i skiktets mikroporer. Infärgning kan också erhållas direkt vid eloxeringen genom tillsatser till elektrolyten.

Porerna i skiktet tätas genom så kallad eftertätning. Detta innebär doppning i kokande vatten. Skiktet kristalliserar, volymen ökar och porerna sluts.

Anodiserskiktet ger mycket god korrosionsbeständighet. Ytans utseende bibehålls även vid exponering utomhus. Vidare ger anodisering bättre nötningsbeständighet. Lämplig skikttjocklek på anodiserskiktet är 5 - 10 my för inomhusbruk och 15 - 25 my för utomhusbruk.

Rostskyddsmålning

Färgskikt kan erhållas genom en strykning med grundfärg och en strykning med täckfärg. Skillnaden i livslängd är stor.

Färgskiktets tjocklek inverkar kraftigt på korrosionsskyddet. Mängden grundfärg beror bl.a. på stålytans jämnhet.

Färgen påföres genom penselstrykning, sprutmålning, rullmålning eller doppmålning. Se närmare under Lackering, nedan.

Grundfärger

Grundfärgens uppgift är att väta stålytan, ge god vidhäftning samt att hindra vatten och syre att tränga in till stålytan. Rostskyddsfärgerna innehåller ämnen som passiverar stålytan. De vanligaste rostskyddsfärgerna är blymönjefärg, zinkkromatfärg, etsgrundfärg och zinkrik färg.

Täckfärger

Täckfärgen ska ge god vidhäftning mot grundfärgen samt vara väderbeständig. Vanliga typer av täckfärger är pansarfärg, alkydfärger, epoxi-uretanfärger och bitumenfärger. Se även under Lackering, nedan.

Lackering

Färger och lacker

Huvudbeståndsdelarna i färger och lacker är bindemedel, pigment och lösningsmedel.

Bindemedlets uppgift är att hålla ihop det färdiga skiktet och att ge god vidhäftning mot underlaget. Dessutom påverkar bindemedlets lackskiktets egenskaper. Bindemedlet är den procentuellt största beståndsdelen och har också fått ge namn åt färger och lacker. Över 90 % av alla färger och lacker är baserade på syntetiskt bindemedel.

Pigmentet ger lackskiktet kulör och täckförmåga. Finns pigment med ska namnet sluta på färg, saknas pigment ska namnet sluta på lack. Denna nomenklatur åtföljs i allmänhet inte.

Pigmentet påverkar lackskiktets mekaniska egenskaper.

Lösningsmedlet ska kunna lösa bindemedlet vid rumstemperatur. Vid torkningen ska lösningsmedlet avdunsta.

Torkningen kan ske genom avdunstning, oxidation eller härdning. Avdunstning ger svaga bindningar mellan bindemedlets molekyler. Dessa bindningar bryts lätt, t.ex. av ett lösningsmedel. Lackskikt, som torkat genom avdunstning, löses därför av lämpligt lösningsmedel även efter mycket lång tid.

Vid oxidation tränger luftens syre in i färgskiktet och reagerar med bindemedlet. Starka bindningar uppkommer och lackskiktet blir svårlösligt.

Vid härdning bildas mycket stora tredimensionella molekyler med starka bindningar i alla riktningar. Lackskiktet blir olösligt. Kallhärdade lacker härdar vid rumstemperatur. Brännlack eller ugnslack härdar vid högre temperaturer.