13.10.2013 Views

Kompendium korrosjon

Kompendium korrosjon

Kompendium korrosjon

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

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!