13.10.2013 Views

Kompendium korrosjon

Kompendium korrosjon

Kompendium korrosjon

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

HIN Allmenn Maskin RA 09.01.03<br />

Side 1 av 10<br />

Korrosjon<br />

Innledning<br />

Rent språklig betyr <strong>korrosjon</strong> ”å gnage bort”. Generelt brukes ordet om uønskede reaksjoner<br />

mellom materialer og deres bruksmiljø. I den vitenskapelige definisjonen brukes ordet<br />

<strong>korrosjon</strong> om alle materialer, men volummessig skrives og arbeides det mest med <strong>korrosjon</strong><br />

av metaller.<br />

Der er alltid kjemiske reaksjoner involvert.<br />

Eks. Jern (stål) reagerer med oksygen og vann og blir til <strong>korrosjon</strong>sprodukter (stålet<br />

”ruster”).<br />

Eks. Polyester i glassfiberarmert plast reagerer med klor og mister evnen til å holde<br />

fiberen på plass (skjer i tanker på kjemiske fabrikker)<br />

De kjemiske reaksjonene kan være lite omfattende, selv om skaden på materialet blir<br />

total.<br />

Eks. spennings<strong>korrosjon</strong> av metaller (kun metallet i sprekkene reagerer, men resultatet<br />

er at strekkbelastet metall går i stykker).<br />

Fysiske forhold kan utløse eller forsterke nedbrytingen<br />

Eks. Lekkstrøm<strong>korrosjon</strong> (elektriske strømmer i jord eller vann bryter ned metall).<br />

Eks. Spennings<strong>korrosjon</strong> (kombinasjonen av strekkspenninger og miljø får metaller til å<br />

slå sprekker).<br />

Eks. Klorid spennings<strong>korrosjon</strong> (spennings<strong>korrosjon</strong> av austenittisk rustfritt stål i<br />

kloridmiljø når temperaturen overstiger 50-60 °C).<br />

Nedbrytningen av material kan utvise store forskjeller.<br />

Eks. Stål korroderer med under 0,1 mm pr år i sjøvann, men med flere mm i timen i<br />

saltsyre.<br />

Eks. Sink korroderer med en mikrometer i året i innlandsstrøk, men med opp til 100<br />

mikrometer i året i visse kyststrøk.<br />

Korrosjonens kjemi<br />

En karakteristisk egenskap hos metaller er deres evne til å danne positive ioner ved avgi<br />

elektroner: M = M - + e - (Fe = Fe 2+ + 2e - , Al = Al 3+ + 3e - ).<br />

De korrosive reagensene er kjennetegnet ved at de har evne til å ta til seg disse elektronene.<br />

Mest vanlig er i ”daglig” <strong>korrosjon</strong> er:<br />

- Syre eller surt vannholdig miljø, som dermed danner hydrogengass<br />

2H + + 2e - = H2<br />

- Oksygenholdig tørt miljø, som fører til direkte dannelse av oksider 2M + ½ O2 =<br />

M2O (eks. FeO, Fe2O3, Cr2O3 mm)<br />

- Dannelse av hydroksid i våt <strong>korrosjon</strong>, O2 + 2H2O = 4OH - , som via etterfølgende<br />

reaksjoner oftest gir andre reaksjonsprodukter (eks. Zn 2+ + 2OH - = Zn(OH)2,<br />

”hvitrust” på galvanisert stål, eks. Fe 3+ + 3OH - = Fe(OH)3, ved inntørking avgis<br />

vann under dannelse av ”rust”


HIN Allmenn Maskin RA 09.01.03<br />

Side 2 av 10<br />

Korrosjon av metaller er alltid en redoksreaksjon<br />

Oksidasjon av metall M = M + + e - (avgivelse av elektroner). Dette kalles den anodiske<br />

reaksjonen.<br />

Reduksjon av et reagens, (eks. O2 + 2H2O = 4OH - ), reagenset tar opp elektroner. Dette kalles<br />

den katodiske reaksjonen.<br />

De fleste metallene er kjemisk mest stabile i ioneform, unntaket er de edle metallene gull,<br />

platina mfl., som er mest stabile i sin metalliske form 1 .<br />

Metallmalmen inneholder metallene i sin ioneform og må tilføres energi for å gi frie metaller.<br />

De korrosive reagensene ”inneholder” energi, som avgis under de korrosive reaksjonene. Eks.<br />

oksygen oppstår ved fotosyntese av CO2 ved tilførsel av solenergi.<br />

Resultatet er at bruksmetallene har en ”utrygg” tilværelse, der de naturlige kjemiske<br />

drivkrefter søker å føre dem vekk fra sin frie, metalliske tilstand og tilbake til kjemisk bunden<br />

tilstand.<br />

Korrosjonslærens anliggende er å forklare reaksjonsmekanismer og foreslå tiltak som kan<br />

hindre eller forsinke nedbrytingen, evt. hjelpe til å velge metaller (eller materialer generelt)<br />

med gunstigere egenskaper.<br />

Overflaten.<br />

Korrosjonsreaksjonene foregår på overflaten av metallene. En plankpolert stålflate vil etter en<br />

tid få en brunfarge (”støvrusting”), selv under tørre forhold. Overflaten kan naturligvis<br />

beskyttes med maling ved at oksygen hindres å i komme frem til metallet.<br />

Aluminium er i utgangspunktet mer reaktivt enn stål. Aluminium reagerer øyeblikkelig med<br />

oksygen, 2Al + 1½ O2 = Al2O3, men reaksjonsproduktet dannes uten avskalling og på en slik<br />

måte at det blir tett og gjennomskinnelig. Aluminium vil derfor holde seg blankt over lang tid.<br />

Overtrekket av aluminiumoksid kalles en passivhinne. Man sier at aluminium passiverer.<br />

Rustfritt stål (jern med min. 12% Cr) passiverer også. Det samme gjør titan, som får en av de<br />

mest bestandige passivhinnene 2 . Karbonstål passiverer i vått miljø ved pH-verdier over 12.<br />

Armeringsstål ruster derfor ikke i betongen, som holder en pH-verdi på ca. 12,5.<br />

Passivhinner har dog varierende evne til å gi reell, langvarig beskyttelse fordi drivkreftene i<br />

oksidasjonen fortsatt er tilstede. Metall og oksygen er bare skilt av en tynn hinne. Når metaller<br />

med passivhinne korroderer, skjer det alltid ujevnt (lokalisert <strong>korrosjon</strong>).<br />

Direkte oksidering av metaller i kontakt med oksygen skjer oftest ved høy temperatur. Dette<br />

kalles tørr <strong>korrosjon</strong>, og forekommer f.eks. i gassturbiner.<br />

1 Edelmetallene finnes i naturen som frie metaller.<br />

2 I oksygenholdig eller ikke for sterkt reduserende vannholdig miljø. Titan tåler klor, men ikke ozon.


HIN Allmenn Maskin<br />

Side 3 av 10<br />

RA 09.01.03<br />

Det øvrige stoffet vil omhandle våt <strong>korrosjon</strong>, dvs. metaller som er i kontakt med korrosive<br />

stoffer i vannfase. Vi vil likevel avgrense oss til surt vann (med H + ) og O2-holdig vann, med<br />

eller uten salter. Slik væske har alltid ioner, er elektrisk ledende og kalles elektrolytten.<br />

Elektrokjemiske mekanismer<br />

Med kjennskap til visse grunnleggende mekanismer i elektrokjemien, kan man forstå hvordan<br />

mange <strong>korrosjon</strong>sformer arter seg og forstå hvordan man kan forebygge <strong>korrosjon</strong>.<br />

Korrosjon av metaller innebærer alltid utveksling av ladninger. Hastigheten av en<br />

<strong>korrosjon</strong>sreaksjon kan derfor også utrykkes med ampere pr kvadratmeter. Vi tar<br />

utgangspunkt i Faradays lov<br />

It = nFz, der I er strøm [A], t er tid [s], n er moltall, F er Faradays konstant (96500 As/mol) og z er<br />

ladningstall for metallionet (eks. z = 2 for jern fordi Fe = Fe 2+ + 2e - ).<br />

Ut fra dette kan det utledes en sammenheng mellom <strong>korrosjon</strong>shastighet (tykkelsesreduksjon<br />

pr tidsenhet) og <strong>korrosjon</strong>sstrømtetthet, (anodisk strømtetthet):<br />

ds i ⋅M<br />

=<br />

dt z ⋅F ⋅ρ<br />

der M er molar masse og ρ er tetthet.<br />

Cu<br />

2+<br />

1 M Cu<br />

V<br />

Zn<br />

+ -<br />

2+<br />

1 M Zn<br />

Figur 1. Daniell-elementet<br />

Korrosjonsstrømmen kan dog ikke måles direkte da den er<br />

fordelt i små elektrokjemiske celler utover hele<br />

metallstykket som korroderer.<br />

Korrosjonsstrømmen drives av potensialforskjeller som<br />

skyldes energiinnholdet i reaktantene. Potensialet måles i<br />

Volt og er en relativ størrelse, som uttrykker elektronenes<br />

tendens til å forlate metallet (som dermed løses opp) og<br />

inngår i den korrosive reaktanten.<br />

Dette kan sammenlignes med en celle i et batteri, der den<br />

negative polen (anoden = elektroden der det foregår en<br />

oksidasjon) avgir elektroner, mens den positive polen<br />

(katoden = elektroden der det foregår reduksjon). I en<br />

battericelle velges det stoffer som gir best mulig<br />

effektivitet. For å forklare <strong>korrosjon</strong> og elektrokjemi, må<br />

det benyttes en celle som er enkel og veldefinert.<br />

Figur 1 viser ”Daniell-elementet”. Det består av en sinkstav dyppet i en oppløsning av 1<br />

molar sinksulfat og en kobberstav i en 1 molar kobbersulfatløsning. De to badene er skilt av<br />

en vattpropp, som hindrer sammenblanding, samtidig som ioner kan vandre så det ikke<br />

oppstår ladningsoverskudd.<br />

Væsken er fri for oksygen og andre aktive gasser. I daniellelementet holdes potensialene for<br />

følgende likevekter opp mot hverandre:


HIN Allmenn Maskin RA 09.01.03<br />

Side 4 av 10<br />

2+ -<br />

Zn [1 M]+2e ! Zn<br />

2+ -<br />

og Cu [1 M]+2e ! Cu<br />

Kobber har sterkere tendens til å ta elektroner enn sink. Kobber er derfor den positive<br />

elektroden. Spenningsforskjellen viser seg å være 1,10 volt. Når kontakten lukkes (cellen<br />

kortsluttet), viser voltmeteret null volt. Samtidig går det en strøm som av henger av<br />

omsetningshastigheten ved elektrodene. Det er ikke likevekt men en nettoreaksjon slik at sink<br />

løses opp og kobber skilles ut.<br />

Hvis kobberelektroden erstattes av<br />

standardhydrogenelektroden, Figur 2, vil voltmeteret vise<br />

minus 0,76 volt. Standardhydrogenelektroden er pr.<br />

definisjon satt til null volt. Det målte potensialet til sink<br />

kalles normalpotensialet 3 . Byttes sinkelektroden ut med<br />

standardhydrogenelektroden, viser voltmeteret pluss 0,34<br />

volt, som er normalpotensialet for kobber. Differansen blir<br />

Pt<br />

H, 2 1 atm.<br />

+<br />

1 M H<br />

Figur 2. Standard<br />

hydrogenelektroden<br />

da naturligvis 1,10 volt:<br />

0,34 V-( − 0,76 V) = 1,10 V<br />

Alle kjemiske likevekter har et sitt karakteristiske<br />

normalpotensial, som betegnes E 0 . I kjemiske tabeller kan<br />

man finne flere normalpotensialer.<br />

Elektrokjemi ved <strong>korrosjon</strong><br />

Ved <strong>korrosjon</strong> av jern (stål) tar vi utgangspunkt i likevekten<br />

2+ -<br />

Fe [1 M]+2e ! Fe, E 0 =−0,447<br />

V<br />

Nå er det ikke 1 M Fe 2+ i løsningen, men en udefinert og mye lavere konsentrasjon 4 .<br />

Potensialet er derfor mye lavere 5 . Jern løses opp og den anodiske reaksjonen er<br />

Fe = Fe 2+ + 2 e - .<br />

Ved <strong>korrosjon</strong> av jern i oksygenrikt vann er det O2 + 2 H2O = 4OH - som er katodisk reaksjon.<br />

-<br />

Her tar vi utgangspunkt i likevekten O 2(gass) [1 atm]+2H2O ! 4OH [1 M], E 0 =+ 0, 44 V . I<br />

praksis er partialtrykket av oksygen ca 0,2 atm. (20%) og OH - -konsentrasjonen liten (10 -7 ved<br />

pH=7). Potensialet er derfor mye høyere.<br />

Drivkreftene er definitivt tilstede (lavt potensial for jernlikevekt og høye potensial for<br />

oksygenlikevekt). Begge reaksjonene foregår mange plasser på samme elektrode (jernet), slik<br />

at strømkretsene er fullstendig kortsluttet. Måler man potensialet på jernstykket med en<br />

standardhydrogenelektrode, finner man et blandingspotensial av det negative og det positive,<br />

3 Standardnormalpotensielt, dersom temperaturen er 25 °C.<br />

4 Null i det samme jernet dyppes i vann, men ganske raskt omgis jernet av en liten mengde jernioner.<br />

5 Det er sterkere drivkrefter til oppløsning av jern, jfr. le Chatelier’s prinsipp i kjemien.


HIN Allmenn Maskin<br />

Side 5 av 10<br />

RA 09.01.03<br />

en slags ”kortslutningspotensial”. Dette kalles det frie <strong>korrosjon</strong>spotensialet, og er for<br />

karbonstål i sjøvann på ca -0,44 V 6 .<br />

Vann<br />

Luft 2 O<br />

2+<br />

Fe<br />

-<br />

OH 2<br />

2+<br />

-<br />

e<br />

O<br />

-<br />

e<br />

En nøyere undersøkelse vil vise at de<br />

anodiske og de katodiske reaksjonene<br />

foregår på separate små flekker. Dette<br />

kan illustreres som vis i Figur 3.<br />

I ferskvann er det få ioner, og<br />

ladningstransporten er langsom. I<br />

sjøvann er det salter (NaCl, MgCl<br />

mfl.) som dissosierer 7 og gir en<br />

elektrolytt med bedre ledningsevne.<br />

Ladningsstransporten går mye<br />

raskere, dvs. <strong>korrosjon</strong>en går raskere i<br />

sjøvann.<br />

jern<br />

De katodiske områdene blir stående<br />

igjen. Noen ganger kan områdene<br />

Figur 3. Korrosjon av jern i vann<br />

skifte polaritet, slik at områder som<br />

var katodiske blir anodiske, og<br />

korroderer. Dette kalles fluktuerende lokalelementer, og forklarer jevn <strong>korrosjon</strong> er mulig.<br />

Jevn <strong>korrosjon</strong> av jern er mest vanlig i sur væske.<br />

I oksygenholdig væske, dannes det utfellinger, som gir tildekninger slik at<br />

<strong>korrosjon</strong>shastigheten begrenses. Jern korroderer raskere i marin atmosfære enn når det<br />

neddykket i sjøvann. Årsaken er sammensatt av følgende fakta: Økende saltholdighet når<br />

vannet fordamper, rustbelegget holder på fuktigheten, men er likevel så oppsprukket at det<br />

blir rikelig tilgang på oksygen.<br />

Oppgaver:<br />

1) Beregn <strong>korrosjon</strong>sstrømmen når stål korroderer med 1 mm/år<br />

2) Skriv opp formlene for oksider av aluminium, magnesium.<br />

3) Forklar valensforholdene i Fe3O4 (magnetitt).<br />

4) Finn (slå opp) standardnormalpotensialene for magnesium og titan.<br />

5) Lag en tegning tilsv. Figur 3 som viser jern som korroderer i syre.<br />

Fe<br />

Potensialets betydning<br />

Metallene er elektrisk ledende, Dette har stor betydning for deres oppførsel med hensyn til<br />

<strong>korrosjon</strong>. Hvis potensialet på et metall senkes med tilført strøm, altså tvinges til et nivå som<br />

er lavere enn det naturlige, frie <strong>korrosjon</strong>spotensialet i vedkommende miljø, vil<br />

<strong>korrosjon</strong>shastigheten avta. Årsaken er at senket potensial betyr tilførsel av negativ ladning,<br />

dvs. elektroner, og dermed at metallet ”slipper” å bruke av sine egne elektroner (= slipper å gå<br />

6 Praktiske målinger gjøres med mer robuste elektroder, f.eks. mettet sølv-sølvklorid (Ag/AgCl), som ligger<br />

0,214 V høyere enn standardnormalhydrogenelektroden. Det frie <strong>korrosjon</strong>spotensialet vil da være ca -0,65 V<br />

Ag/AgCl.<br />

7 Dissosierer = spaltes i ioner: NaCl = Na + + Cl - , osv.


HIN Allmenn Maskin<br />

Side 6 av 10<br />

RA 09.01.03<br />

i oppløsning). Elektronene kan vandre i metaller da disse er elektriske ledere. Senkes<br />

potensialet langt nok, vil <strong>korrosjon</strong>en stoppe helt. Metallet er da blitt immunt.<br />

Motsatt, dersom potensialet økes, vil <strong>korrosjon</strong>en tilta.<br />

Dersom potensialet heves mye, vil oksygenet binde seg til metallet som en oksidhinne i stedet<br />

for å danne OH - . Oksidhinnen hindrer videre <strong>korrosjon</strong>, og metallet sies da å være passivert.<br />

Som omtalt over, inntar metallene et <strong>korrosjon</strong>spotensial når de neddykket i vann. For sjøvann<br />

har karbonstål -0,44 V, sink har -1,3 V og kobber har ca 0 V. Noen metaller har en ve til å<br />

danne en tett oksidhinne uten påtrykt strøm. Disse har da god <strong>korrosjon</strong>smotstand i sjøvann<br />

(rustfritt stål, titan mfl.) og inntar naturlig et høyere potensial (18-8 stål har ca +0,30 V, titan<br />

har +0,38 V).<br />

Noen av metallene med passivhinne (oksidhinne), kan under visse forhold komme delvis i<br />

aktiv tilstand. For rustfritt stål kan dette skje som følge av tildekninger eller kombinasjon av<br />

høyt kloridinnhold og høyere temperatur. Korrosjonspotensialet vil da bli mye lavere, og<br />

<strong>korrosjon</strong>en vil arte seg som groptæringer eller andre former for lokalisert <strong>korrosjon</strong>, se<br />

senere kapittel.<br />

Galvanisk <strong>korrosjon</strong><br />

Dersom ulike metaller kommer i kontakt med hverandre når de er neddykket i vann, vil<br />

potensialet innta en verdi mellom de to metallenes fri <strong>korrosjon</strong>spotensialer. Korrosjonen vil<br />

avta på det metallet som var mest positivt (og får senket potensialet) og øke på det som var<br />

mest negativt. Samtidig vil det samlede katodearealet øke.<br />

Denne <strong>korrosjon</strong>sformen kalles galvanisk <strong>korrosjon</strong>. Det er viktig å unngå slik<br />

sammenkobling av metaller. Når f.eks. en stålbåt skal ha overbygning av aluminium, må det<br />

brukes elektrosk isolerende pakninger. Ellers vil det oppstå galvanisk <strong>korrosjon</strong> når<br />

sammenføyningen overtrekkes av vannfilm (sjøsprøyt, nedbør).<br />

Som hjelp til å vurdere faren for galvanisk <strong>korrosjon</strong>, brukes det tabeller som viser metallenes<br />

frie <strong>korrosjon</strong>spotensial, også kalt metallenes galvaniske spenningsrekke. Den vanligste, som<br />

man finner i tabeller og i læreboka, gjelder for metaller i sjøvann. Det er viktig å merke seg at<br />

denne tabellen kun gjelder for metallene i sjøvann!<br />

Katodisk beskyttelse<br />

Galvanisk ”<strong>korrosjon</strong>” kan nyttiggjøres ved ”offerandode-prinsippet”. Stål og anoder, begge<br />

neddykket i elektrolytt, kobles sammen slik at det er elektrisk kontakt. Offeranoder består av<br />

sink eller aktivisert aluminium. Stålets potensial senkes (helt eller delvis til immunt) ved at<br />

sinkanodene leverer elektroner, idet de løses opp. Dette kalles katodisk beskyttelse, for stål<br />

utgjør katoden. Katodisk beskyttelse kan også gjøres med påtrykt strøm. Med påtrykt strøm<br />

benyttes en kraftig, nøye regulert transformator med likeretting. Den negative polen kobles til<br />

stålet som skal beskyttes, mens den positive polen kobles til passive anoder (av grafitt eller<br />

titan).


HIN Allmenn Maskin<br />

Side 7 av 10<br />

RA 09.01.03<br />

Katodisk beskyttelse virker kun på de delene som er neddykket i elektrolytt. Marine<br />

konstruksjoner med katodisk beskyttelse (skip, plattformer, ståldeler i kaier) har alltid størst<br />

problemer i plaskesonen.<br />

Oppgaver:<br />

1) Betrakt titans plassering i standardnormal potensialrekka og i den galvaniske<br />

spenningsrekka for sjøvann. Kommenter dette. Kommenter likheter og ulikheter i<br />

metallenes rekkefølge.<br />

2) Foreslå nødløsning dersom man må koble sammen vannførende rør av rustfritt stål og<br />

karbonstål. Rørene har flenser.<br />

3) Tegn en figur som viser ladningstransport og reaksjoner for stål med offeranode.<br />

Benytt samme illustrasjonsmetode som Figur 3.<br />

4) Det har vært forøkt solgt offeranoder til biler. Kommenter dette.<br />

Korrosjonsprodukter<br />

Ved <strong>korrosjon</strong> av jern (stål) dannes det alltid først 2-verdige ioner, Fe = Fe 2+ + 2e - . De toverdige<br />

jernionene vil i oksygenrikt vann delvis oksideres videre til 3-verdig jern,<br />

Fe 2+ = Fe 3+ + e - .<br />

Den katodiske reaksjonen er fortsatt oksygenomsetning: O2 + 2H2O + 4e - = 4OH - .<br />

Oppslag i løselighetstabell viser at jerhydroksid, Fe(OH)3 er tungtløselig. Dette felles ut<br />

allerede ved pH over 7, og er brunfarget. Da OH - dannes ved den katodiske reaksjonen, vil det<br />

alltid (unntatt i ganske surt vann) felles ut noe Fe(OH)3. Sammen med Fe 2+ -ionene dannes det<br />

over tid blandingsoksid med krystallvann og litt varierende sammensetning, Fe2O3·FeO·nH2O,<br />

som er det vi kaller rust. I lufta er det karbondioksid, CO2. I mye naturlig vann er det<br />

merkbare mengder karbonat, CO3 2- . Det vil derfor som oftest også felles ut noe FeCO3, som<br />

inngår i rusten.<br />

Sink danner også <strong>korrosjon</strong>sbelegg. Først dannes sinkhydroksid, Zn(OH)2, som er hvitt og<br />

kan være ganske voluminøst (”hvitrust”). Dette er mest markert på galvaniserte produkter som<br />

får kondens. Etter en tid reagerer dette med CO2 i lufta og gir et grått belegg av sinkkarbonat,<br />

ZnCO3, som gir rimelig god beskyttelse mot videre <strong>korrosjon</strong> forutsatt at miljøet ikke er alt<br />

for korrosivt.<br />

Korrosjonsformer<br />

Jevn <strong>korrosjon</strong><br />

I det foregående har vi omtalt jevn <strong>korrosjon</strong> i Figur 3 og den tilhørende teksten. Ved jevn<br />

<strong>korrosjon</strong>, avvirkes metallet noenlunde jevnt. Jevn <strong>korrosjon</strong> forutsetter at det ikke dannes<br />

vesentlig belegg.


HIN Allmenn Maskin<br />

Side 8 av 10<br />

RA 09.01.03<br />

Oksygenkonsentrasjonsceller<br />

O2<br />

K<br />

-<br />

OH<br />

-<br />

e<br />

luft<br />

2+<br />

Fe<br />

A<br />

vanndråpe<br />

-<br />

OH<br />

-<br />

e<br />

stål<br />

Figur 4. Korrosjon under en vanndråpe<br />

K<br />

O2<br />

Korrosjon kan oppstå som følge av<br />

oksygenkonsentrasjonsforskjeller. Områder med<br />

høy oksygenkonsentrasjon vil være katodiske<br />

(ha høyt potensial). Tilfellet kan også<br />

observeres under en vanndråpe, se Figur 4.<br />

Fordi det er mest oksygen ved dråpens<br />

ytterkanter, vil dette bli katodiske områder. Det<br />

anodiske området, der hvor <strong>korrosjon</strong>sangrepet<br />

starter, vil derfor bli midt i dråpen.<br />

Det samme fenomenet kan observeres ved tildeknings<strong>korrosjon</strong> og ved vannlinje<strong>korrosjon</strong>.<br />

Spalt<strong>korrosjon</strong> og groptæring.<br />

Disse <strong>korrosjon</strong>sformene oppstår primært på metaller som har passivhinne, så som rustfritt<br />

stål og aluminium, når disse eksponeres for oksygen- og kloridholdig vann. Spalt <strong>korrosjon</strong><br />

oppstår i trange spalter, der oksygenet kan brukes opp.<br />

Forklaringen kan formuleres som følger for rustfritt stål:<br />

1) En langsom omsetning av oksygen vil bruke opp oksygenet i spalten. Dette fornyes i<br />

liten grad pga. vanskelig tilkomst.<br />

2) Det blir ganske langsomt en anrikning av Fe 2+ -ioner i spalten, som etter hvert blir<br />

anodisk fordi oksygenet er brukt opp.<br />

3) Oksygenomsetningen går videre på rørveggene. Elektronene skaffes fra det anodiske<br />

området i spalten.<br />

4) Overskuddet av positive ladninger i spalten vil tiltrekke seg negative ioner. OH - og Cl -<br />

ioner vil vandre inn mot spalten, samtidig som Fe 2+ -ioner søker ut. Nå viser det seg at<br />

Cl - ionene er langt de raskeste, og nøytraliserer ladningen til Fe 2+ -ionene, så de ikke<br />

søker ut.<br />

5) Konsentrasjonen av Fe 2+ -ioner øker i spalten. Når denne blir høy, hydratiseres de:<br />

Fe 2+ + 6H2O = Fe(H2O)6<br />

6) Jernheksahydratet er en syre<br />

2+ + +<br />

Fe(H2O) 6 ! Fe(H2O) 5OH<br />

+H<br />

7) De eneste negative ionene i spalten er kloridioner. I spalten er det altså både H + og Cl - ,<br />

dvs. saltsyre. I trange spalter kan pH-verdien komme under 1. Under disse forholdene<br />

er det ingen passivhinne på det rustfrie stålet, som korroderer kraftig, og uten<br />

beleggdannelse. Prosessen er selvforsterkende fordi oksygenomsetningen går videre<br />

på et stort areal på rørveggene og forbruker elektroner fra jernoppløsningen i spalten.<br />

Flensen blir underminert og mister sin tetting. Skaden oppdages kun ved å åpne<br />

flenskoblingen eller ved at det blir lekkasje.


HIN Allmenn Maskin RA 09.01.03<br />

Side 9 av 10<br />

rør<br />

flenser<br />

spalt<br />

O2<br />

-<br />

OH -<br />

OH -<br />

OH<br />

-<br />

OH<br />

-<br />

Cl<br />

O2<br />

-<br />

OH<br />

Figur 5. Spalt<strong>korrosjon</strong><br />

-<br />

Cl<br />

Figur 6. Spalt<strong>korrosjon</strong> på flens av rustfritt stål<br />

-<br />

Cl +<br />

H<br />

Det fremgår av forklaringen at<br />

spalt<strong>korrosjon</strong> tar litt tid for å<br />

utvikle seg. Men når den først er<br />

i gang, går den videre<br />

utviklingen meget raskt. Se<br />

Figur 6.<br />

Groptæring (pitting) er en<br />

tilsvarende <strong>korrosjon</strong>sform, som<br />

oppstår i groper med trang<br />

åpning. Slike groper oppstår<br />

spontant i visse miljø på rustfritt<br />

stål og aluminium når<br />

temperaturen overstiger en<br />

kritisk verdi. Groptæringer er<br />

velkjent fra aluminiumsgryter.<br />

Tildekninger på overflatene vil<br />

fremme groptæringer.<br />

Spennings<strong>korrosjon</strong><br />

Mekaniske strekkspenninger kan i visse miljø forårsake endrede elektrokjemiske forhold. Pga.<br />

kornstrukturen blir det alltid små spenningskonsentrasjoner i metaller. Hvis dette gir<br />

galvaniske effekter, vil denne effekten forsterke seg i en sprekk som vokser ut fra startstedet.<br />

-<br />

e<br />

2+<br />

Fe<br />

2+<br />

Fe<br />

-<br />

e<br />

Fe(H O) OH<br />

2 5<br />

2+<br />

Fe(H2O) 6<br />

+


HIN Allmenn Maskin RA 09.01.03<br />

Side 10 av 10<br />

Figur 7. Klorid spennings<strong>korrosjon</strong><br />

Det er to prinsipielt forskjellige<br />

typer spennings<strong>korrosjon</strong>.<br />

I den ene blir sprekkspissen<br />

katodisk med hydrogenutvikling<br />

som følge. Denne<br />

spennings<strong>korrosjon</strong>sformen finner<br />

man på stål av en viss fasthet i våte<br />

miljøer når pH-verdien er under 7-<br />

8. Hydrogen fører til at stål med en<br />

viss fasthet blir sprøtt. Bruddet kan<br />

komme nok så plutselig. Stoffer<br />

som H2S kan øke problemet<br />

betydelig (f.eks. i oljeutvinning).<br />

I den andre formen for spennings<strong>korrosjon</strong> blir sprekkspissen anodisk, og metallet løses opp i<br />

sprekkspissen. Denne spennings<strong>korrosjon</strong>sformen utvikler seg langsomt, men ubønnhørlig. Vi<br />

finner <strong>korrosjon</strong>sformen f.eks. på kobbermaterialer i ammoniakkholdig miljø. Videre er den<br />

velkjent på austenittisk rustfritt stål i kloridholdig miljø når temperaturen overstiger 50-60 °C.<br />

Se Figur 7.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!