Hoe filiforme corrosie onder coatings te voorkomen

Filiforme corrosie is een bijzondere vorm van corrosie die optreedt onder dunne coatings in willekeurig verdeelde draden zoals filamenten. Filiforme corrosie wordt ook wel onderfilmcorrosie, draadcorrosie of wormspoorcorrosie genoemd. In dit artikel onderzoeken we de oorzaken van draadvormige corrosie, waar het meestal voorkomt, hoe het zich ontwikkelt, hoe het kan worden gedetecteerd en hoe het kan worden voorkomen.

Wat is draadcorrosie?

Filiforme corrosie treedt op op metalen oppervlakken die zijn gecoat met een dunne organische film, meestal 0,05 tot 0,1 mm (2 tot 4 mil) dik, wanneer ze worden blootgesteld aan warme, vochtige atmosferische lucht. Filiforme corrosie begint altijd bij coatingdefecten zoals krassen en zwakke plekken zoals baarden, snijranden en gaten. (Bekijk onze gratis gids voor coatingfouten en defecten.)

Figuur 1. De draadachtige aard van draadvormige corrosie (links). Draadvormige corrosietunnels vormen zich onder een coating (rechts).
Bron:NASA Corrosion Engineering Laboratory

Hoe filiforme corrosie optreedt

In veel opzichten is draadcorrosie op aluminium (Al) en magnesium (Mg) vergelijkbaar met corrosie op staal. Filiforme corrosie wordt veroorzaakt door de vorming van differentiële beluchtingscellen op defecte plaatsen op gecoate substraten.

De draadvormige cel bestaat uit een actieve kop en een staart die via scheuren in de aangebrachte coating zuurstof en gecondenseerde waterdamp opvangen. De kop kan worden gevuld met aluminiumoxidegel en gasbellen in aluminium als de kop erg zuur is. In magnesium lijkt de kop zwartachtig vanwege het magnesium-etsen, maar de bijtende vloeistof is helder wanneer de kop wordt gebroken. Draadvormige staarten in aluminium en magnesium zien er witachtig uit. De corrosieproducten zijn respectievelijk hydroxiden en oxiden van aluminium en magnesium. Anodische reacties produceren Al ³⁺ of Mg ²⁺ ionen, die reageren om onoplosbare precipitaten te vormen met de hydroxylionen die worden geproduceerd in de zuurstofreductiereactie, voornamelijk in de staart.

Het mechanisme van initiatie en activering in aluminium en magnesium is in wezen hetzelfde als voor gecoat staal. De aangezuurde kop is een bewegende pool van elektrolyten, maar de staart is een gebied waarin aluminiumionen worden getransporteerd en een geleidelijke reactie met hydroxylionen plaatsvindt. De uiteindelijke corrosieproducten zijn gedeeltelijk gehydrateerd en volledig geëxpandeerd in de poreuze staart. De kop en het middengedeelte van de staart zijn corresponderende locaties voor de verschillende initiële reactantionen en de tussenproducten van corrosief aluminium in waterige media. (Lees voor meer informatie Aluminiumcorrosie:5 ongelooflijke feiten die u moet weten.)

In tegenstelling tot staal vertonen aluminium en magnesium een ​​grotere neiging om blaren te vormen in zure media, waarbij waterstofgas wordt ontwikkeld bij kathodische reacties in het hoofdgebied. De corrosieproducten van de staart zijn ofwel aluminiumtrihydroxide Al(OH)₃ , een witachtig gelatineus neerslag of magnesiumhydroxide Mg(OH)₂ , een witachtige neerslag.

Factoren die van invloed zijn op filiforme corrosie

Verschillende factoren beïnvloeden het ontstaan ​​van draadvormige corrosie, waaronder:

De aard van de coating

Filiforme corrosie komt voor bij alle soorten verven:acryllakken, epoxy-polyamiden, epoxy-aminen en polyurethanen, en bij elke klassieke toepassing, of het nu vloeibare verf of elektrostatisch poederen is. Het komt niet voor onder verzegelde coatings zoals elektricienstape.

De oppervlaktevoorbereiding

Dit is een belangrijke factor. Filiforme corrosie ontwikkelt zich op metaal dat geen oppervlaktevoorbereiding, slechte voorbereiding heeft ondergaan of metaal waarvan het oppervlak vóór het schilderen is verontreinigd.

De aard van de legering

De aard van de legering is geen essentiële factor omdat draadvormige corrosie alle aluminiumlegeringen kan aantasten. Een recent gezamenlijk onderzoek uitgevoerd door drie Europese bedrijven, Alusuisse, Hydro Aluminium en Pechiney, toonde aan dat voor de meest gebruikte legeringen in de bouwsector, Aluminium 6060 en 6063, de samenstelling van de legering geen invloed heeft, behalve wanneer de koperconcentratie hoger is dan 0,1% .

Waar de kans op filiforme corrosie het grootst is

Filiforme corrosie is typisch ernstig in warme kustgebieden en tropische gebieden met zoutval of zwaar vervuilde industriële gebieden. Ruwe oppervlakken ervaren ook een grotere ernst van draadvormige corrosie. De draadvormige corrosie treedt meestal op bij aluminiumlegeringen wanneer de vochtigheidsgraad tussen 75% - 90% ligt en in een temperatuurbereik van 20°C – 40°C (68°F – 104°F), en de groei versnelt bij 85% relatieve vochtigheid (RV) niveau. De relatieve vochtigheid van de atmosfeer is de meest cruciale factor om draadvormige corrosie te initiëren. (Verwante lectuur:De 5 factoren van atmosferische corrosie.)

De andere belangrijke parameters die filiforme corrosie bepalen, zijn legeringssamenstellingen, scalperen van ingots en knuppels, warmtebehandelingen, toestand van de metalen oppervlaktelaag, temperatuur, slijpen, beitsen en voorbereidende oppervlaktebehandeling. Hoewel de dikte van de organische coating en de temperatuur een ondergeschikte rol spelen bij het initiëren van draadvormige corrosie, zal het verhogen van de temperatuur de filamentgroei verhogen als de relatieve vochtigheid binnen het kritische bereik blijft.

Filiforme corrosie detecteren

Filiforme corrosie kan visueel worden herkend zonder gebruik van een microscoop. Het is waargenomen op gecoat staal, aluminium en magnesium met een dunne laag tin, goud, zilver, fosfaat, email of lak.

De standaardtest om de weerstand tegen draadvormige corrosie in de Verenigde Staten vast te stellen, is ASTM D 2803, "Guide for Testing Filiform Corrosion Resistance of Organic Coatings on Metal". Volgens deze test worden gecoate metalen monsters op blank metaal gekrast en gedurende maximaal 24 uur onderworpen aan een zoute mistatmosfeer, gespoeld in gedestilleerd water en vervolgens nat in een gesloten kast geplaatst bij 25°C (77°F) en 85% RH. De blootstellingstijd varieert doorgaans van 100 tot 1000 uur. De testresultaten laten zien of het gecoate materiaal draadvormige corrosie ontwikkelt.

Industrieën die het meest worden getroffen door filiforme corrosie

De structurele componenten van het vliegtuig worden vastgemaakt met bouten en klinknagels. Deze bevestigingsmiddelen en andere scherpe huidranden zijn veelvoorkomende startpunten voor draadvormige corrosie. Er is gemeld dat vliegtuigen die in warme, maritieme omgevingen opereren aanzienlijke corrosieschade oplopen, met name op 2024 en 7000 aluminiumlegeringen die zijn gecoat met polyurethaan en andere coatings.

Vochtigheid is de meest kritische variabele om de corrosie te laten voortplanten, omdat dit nodig is om de zoutionen op te lossen.

De corrosie begint meestal waar er een imperfectie is in de ondergrond en de coatinglaag. De imperfectie kan vanaf een kras worden aangebracht of een steenslag die de lijmverbinding tussen de ondergrond en de coating verzwakt.

De corrosie begint op deze plaats, die de kop van het corrosiedefect vormt. De corrosie verschijnt normaal gesproken als een duidelijk draadachtig filament, zoals een wormspoor, dat onder het coatingoppervlak verschijnt.

De schade aan het aluminium is niet groot, maar is cosmetisch verwerpelijk, vooral wanneer de baan lang en wit van kleur is.

Dit type draadvormige corrosie kan alle soorten aluminiumproducten, zoals wielen, autocarrosserieën en vliegtuigen, beschadigen. Om de schade te herstellen is schuren nodig en het aanbrengen van een nieuwe coatinglaag. Om draadvormige corrosie te voorkomen, is een goede voorbehandeling van het oppervlak vereist.

De draadvormige corrosie was ernstiger wanneer de chlorideconcentraties op metaal hoog waren, vooral wanneer de vliegtuigen vaak over de oceaan vlogen of in hangars aan de kust stonden.

Aluminium wordt veel gebruikt voor blikjes en andere soorten verpakkingen. Aluminiumfolie wordt vaak op papier of karton gelamineerd om een ​​vocht- of dampscherm te vormen. Als de aluminiumfolie is aangevreten door draadvormige corrosie, kan het product verontreinigd raken of uitdrogen omdat de dampremmende laag is verbroken. Degradatie van gelamineerd karton kan optreden tijdens de productie of daaropvolgende opslag in een vochtige omgeving.

In de auto-industrie vertonen gesmede, opvallende lichtmetalen velgen met tweekleurige oppervlakken (gepolijste secties) en/of gepolijste oppervlakken een verhoogde neiging tot draadvormige corrosie.

Filiforme corrosie voorkomen

Doorgaans kan draadvormige corrosie worden voorkomen door de relatieve vochtigheid tot onder 60% te verlagen. Helaas is het niet praktisch om de vochtigheid op bewegende objecten zoals vliegtuigen en auto's direct te verlagen. De vochtigheidsgraad voor componenten die in een langdurige opslagfaciliteit worden bewaard, kan echter eenvoudig worden gecontroleerd door droogventilatoren en hygrostaten toe te voegen, of door droogmiddelen toe te voegen aan plastic verpakkingen.

Componenten geprimed met twee lagen epoxycoatingsystemen en twee polyurethaancoatings zijn beter bestand tegen draadvormige corrosie dan enkelvoudige coatingsystemen.

De kans op draadcorrosie wordt verkleind wanneer de stalen ondergrond wordt verzinkt. Zinkrijke primers en gechromateerde en gefosfateerde primers, met taaie, langzaam uithardende tussenlagen van polyurethaan en epoxy, hebben een verminderde draadvormige gevoeligheid op stalen ondergronden. Zinkchromaatprimers, chroomzuuranodisatie en chromaat- of chromaatfosfaatconversiecoatings hebben in verschillende mate verlichting gebracht van draadvormige corrosie in aluminiumlegeringen. (Een andere optie wordt besproken in het artikel Vooruitgang in vloeibare nylon multipolymeercoatings voor de transport- en hernieuwbare energie-industrie.)

Meerdere lagen op metalen oppervlakken vertragen de diffusie van vocht en hebben minder penetratie- en defectplaatsen dan enkellaagse verfsystemen. Meerlaagse systemen zijn bestand tegen penetratie door mechanische slijtage en hebben minder heuvels en dalen. Dikkere coatings die worden bereikt door laagopbouw en langzamere uitharding hebben een aanzienlijk betere weerstand tegen draadvormige corrosie aangetoond door het verminderen van zuurstof- en vochtpenetratie, verminderde insluiting van oplosmiddelen en minder initiatieplaatsen. Poedercoatingsystemen zijn ook gunstig omdat ze thermisch zijn versmolten, wat resulteert in taaie coatings met een betere weerstand tegen vochtdoorlatendheid. Gladde, goed voorbereide gegronde metalen oppervlakken hebben over het algemeen een betere weerstand dan ruwere oppervlakken.

Staal, aluminium en magnesium zijn allemaal chemisch actief. Hun legeringen bevatten intermetallische verbindingen die zijn gedispergeerd, neergeslagen en geagglomereerd tijdens warmwalsen en gloeien. Hoewel deze legeringen over het algemeen verbeterde mechanische eigenschappen hebben, toont recent werk aan dat hun heterogeniteit (vermenging) en de aanwezigheid van oppervlakteactieve lagen hun gevoeligheid voor draadvormige corrosie vergroten.