Filiform Corrosie Voorkomen: Expert Strategieën voor Onder-Coating Bescherming

Filiform corrosie is een specifieke vorm van corrosie die onder dunne coatings optreedt in willekeurig verdeelde draden zoals filamenten. Filiform corrosie is ook bekend als onderfilm corrosie, filamentaire corrosie of wormspoor corrosie. In dit artikel onderzoeken we de oorzaken van filiform corrosie, waar het typisch verschijnt, hoe het zich ontwikkelt, hoe het te detecteren en hoe het te voorkomen.

Wat is Filiform Corrosie?

Filiform corrosie treedt op op metalen oppervlakken die gecoat zijn met een dunne organische film, typisch 0,05 tot 0,1 mm (2 tot 4 mils) dik, wanneer blootgesteld aan warme, vochtige atmosferische lucht. Filiform corrosie begint altijd bij coatingdefecten zoals schrammen en zwakke punten zoals barden, gesneden randen en gaten. (Bekijk onze gratis Coating Failures and Defects Guide.)

Hoe Filiform Corrosie Ontstaat

In veel opzichten is filiform corrosie op aluminium (Al) en magnesium (Mg) vergelijkbaar met corrosie op staal. Filiform corrosie wordt gedreven door de vorming van differentiële aeratiecellen bij defectplaatsen op gecoate substraten.

De filiforme cel bestaat uit een actieve kop en een staart die zuurstof en gecondenseerde waterdamp ontvangt door scheuren in de aangebrachte coating. De kop kan gevuld zijn met alumina gel en gasbellen in aluminium als de kop erg zuur is. In magnesium lijkt de kop zwartachtig vanwege de magnesiumetsing, maar de corrosieve vloeistof is helder als de kap gebroken is. Filiforme sterven in aluminium en magnesium zijn witachtig van uiterlijk. De corrosieproducten zijn hydroxiden en oxiden van aluminium en magnesium, respectievelijk. Anodische reacties produceren Al³⁺ of Mg²⁺ ionen, die reageren om onoplosbare neerslagen te vormen met de hydroxylionen geproduceerd in de zuurstofreductiereactie die voornamelijk in de staart plaatsvindt.

Het initiatie- en activeringsmechanisme in aluminium en magnesium zijn essentieel hetzelfde als voor gecoat staal. De verzuurde kop is een bewegend zwembad van elektrolyten, maar de staart is een regio waarin aluminiumionen getransporteerd worden en een geleidelijke reactie met hydroxylionen plaatsvindt. De uiteindelijke corrosieproducten zijn deels gehydrateerd en volledig uitgebreid in de poreuze staart. De staart's kop en middensecties zijn overeenkomende locaties voor de diverse initiële reactanten ionen en de intermediaire producten van corroderend aluminium in aqueous media. (Om meer te leren, lees Aluminium Corrosie: 5 Ongelooflijke Feiten Die Je Moet Weten.)

In tegenstelling tot staal, tonen aluminium en magnesium een grotere neiging om blaasjes te vormen in zure media, met waterstofgas geëvolueerd in kathodische reacties in de kopregio. De staart's corrosieproducten zijn ofwel aluminiumtrihydroxide Al(OH)₃, een witachtige gelatineuze neerslag, of magnesiumhydroxide Mg(OH)₂, een witachtige neerslag.

Factoren die Filiform Corrosie Beïnvloeden

Verschillende factoren beïnvloeden de initiatie van filiform corrosie, inclusief:

De aard van de coating

Filiform corrosie treedt op met alle typen verf: acryllaques, epoxy-polyamiden, epoxy-amines en polyurethanen, en met wat de klassieke toepassingsmodus ook is, of het nu vloeibare verf of electrostatisch poederen is. Het treedt niet op onder gesealde coatings zoals electricienstape.

De oppervlaktebereiding

Dit is een significante factor. Filiform corrosie ontwikkelt zich op metaal dat geen oppervlaktebereiding heeft ontvangen, slechte bereiding of metaal wiens oppervlak is gecontamineerd voordat geschilderd werd.

De aard van de legering

De legering's aard is geen essentiële factor omdat filiform corrosie alle aluminiumlegeringen kan beïnvloeden. Een recente samenwerkende studie uitgevoerd door drie Europese bedrijven, Alusuisse, Hydro Aluminium en Pechiney, toonde aan dat voor de meest gebruikte legeringen in de bouwindustrie, Aluminium 6060 en 6063, de legeringsamenstelling geen invloed heeft, behalve wanneer de koperconcentratie 0,1% overschrijdt.

Waar Filiform Corrosie Meest Waarschijnlijk Ontwikkelt

Typisch is filiform corrosie ernstig in warme kust- en tropische regio's die zoutval of zwaar vervuilde industriële gebieden ervaren. Ruwere oppervlakken ervaren ook een grotere ernst van filiform corrosie. De filiform corrosie treedt typisch op op aluminiumlegeringen wanneer het vochtigheidsniveau 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 luchtvochtigheid is de enkele meest cruciale factor om filiform corrosie te initiëren. (Gerelateerde lezing: De 5 Factoren van Atmosferische Corrosie.)

De andere hoofdparameters die filiform corrosie regelen, zijn legeringsamenstellingen, schillen van gietblokken en bollen, warmtebehandelingen, conditie van het metaaloppervlak, temperatuur, slijpen, beizen en voorlopige oppervlaktebehandeling. Hoewel de dikte van de organische coating en de temperatuur een geringe rol spelen bij het initieren van filiform corrosie, zal het verhogen van de temperatuur de filamentgroei verhogen als de relatieve vochtigheid binnen het kritieke bereik blijft.

Hoe Filiform Corrosie te Detecteren

Filiform corrosie kan visueel herkend worden zonder microscopisch gebruik. Het is waargenomen op gecoat staal, aluminium en magnesium met een dunne coating van tin, goud, zilver, fosfaat, emaille of lak.

De standaardtest om weerstand voor filiform corrosie in de Verenigde Staten te identificeren is ASTM D 2803, "Handleiding voor het Testen van Filiform Corrosieweerstand van Organische Coatings op Metaal." Volgens deze test, worden gecoate metalen monsters geschrapt tot bloot metaal en blootgesteld aan een zoutnevelatmosfeer tot 24 uur, gespoeld in gedestilleerd water, en vervolgens nat in een gesloten kast geplaatst bij 25 °C (77 °F) en 85% RV. De blootstellingstijd varieert typisch van 100 tot 1000 uur. De testresultaten tonen of het gecoate materiaal filiform corrosie ontwikkelt.

Industriën Meest Beïnvloed door Filiform Corrosie

Vliegtuigstructurele componenten worden bevestigd met bouten en nitten. Deze bevestigingsmiddelen en andere scherpe huidranden zijn veelvoorkomende initiatiepunten voor filiform corrosie. Het is gerapporteerd dat vliegtuigen opererende in warme, mariene omgevingen aanzienlijke corrosieschade oplopen, met name op 2024 en 7000 aluminiumlegeringen gecoat met polyurethaan en andere coatings.

Vochtigheid is de meest kritieke variabele voor de corrosie om voort te schrijden, omdat dit nodig is om de zoutionen op te lossen.

De corrosie begint typisch waar er een imperfectie is in het substraat en coatinglaag. De imperfectie kan geïntroduceerd worden door een schram of een stenen splinter die de hechtingsbinding tussen het substraat en de coating verzwakt.

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

De schade is niet uitgebreid voor het aluminium maar is cosmetisch objectionabel, met name wanneer de spoor lang en wit van kleur is.

Dit type filiform corrosie kan alle typen aluminiumproducten beschadigen zoals wielen, automobielcarrosseries en vliegtuigen. Het repareren van de schade vereist slijpen en het aanbrengen van een nieuwe coatinglaag. Om filiform corrosie te voorkomen, is een juiste oppervlakte voorbehandeling vereist.

De filiform corrosie was erger toen chlorideconcentraties op metaal hoog waren, met name wanneer vliegtuigen vaak over de oceaan vlogen of in kustelijke hangarvliegvelden gevestigd waren.

Aluminium wordt wijd gebruikt voor blikjes en andere typen verpakking. Aluminiumfolie wordt vaak gelamineerd aan papier of karton om een vocht- of dampbarrière te vormen. Als de aluminiumfolie door filiform corrosie is opgegeten, kan het product gecontamineerd of uitgedroogd raken omdat de dampbarrière gebroken was. Degradatie van foliegelamineerd karton kan optreden tijdens de productie of daaropvolgende opslag in een vochtige omgeving.

In de automobielindustrie tonen gesmeedde, kenmerkende lichtlegeringswielen met tweetoon oppervlakken (gepolijste secties) en/of gepolijste oppervlakten een verhoogde neiging voor filiform corrosie.

Hoe Filiform Corrosie te Voorkomen

Typisch kan filiform corrosie voorkomen worden door de relatieve vochtigheid onder 60% te brengen. Helaas is het niet praktisch om de vochtigheid direct te verlagen op bewegende objecten zoals vliegtuigen en automobielen. Echter, het vochtigheidsniveau voor componenten bewaard in een lange-termijn opslagfaciliteit kan gemakkelijk gecontroleerd worden door droogventilatoren en hygrostatten toe te voegen, of door desiccanten aan plastic verpakking toe te voegen.

Componenten geprimed met twee lagen epoxy coatingssystemen en twee polyurethaan coats zijn beter in staat om filiform corrosie te weerstaan dan enkelgecoate systemen.

De kans op filiform corrosie wordt verminderd wanneer het staalsubstraat gegalvaniseerd is. Zinkrijke primers en gechromate en gefosfateerde primers, met zware, langzaam uithardende tussencoats van polyurethaan en epoxy, hebben de filiform vatbaarheid op staalsubstraten verminderd. Zinkchroom primers, chroomzuur anodiseren, en chroomaat of chroomaat-fosfaat conversiecoatings hebben variërende graden van verlichting van filiform corrosie in aluminiumlegeringen geboden. (Een andere optie wordt besproken in het artikel Advances in Liquid Nylon Multipolymer Coatings for the Transportation and Renewable Energy Industries.)

Meerdere coats op metaaloppervlakken vertragen de diffusie van vocht en hebben minder penetratie- en defectplaatsen dan eencouters verfsystemen. Multi-coat systemen weerstaan penetratie door mechanische abrasie en hebben minder heuvels en dalen. Dikkere coatings bereikt door laagopbouw en langzamer uitharding hebben aantoonbaar aanzienlijk betere weerstand tegen filiform corrosie door zuurstof- en vochtpenetratie te verminderen, verminderde oplosmiddelopsluiting, en minder initiatieplaatsen. Poedercoatingssystemen zijn ook gunstig omdat ze thermisch gesmolten zijn, wat resulteert in zware coatings met betere weerstand tegen vochtdoorlaatbaarheid. Gladde, goed voorbereide geprimede metaaloppervlakken hebben over het algemeen betere weerstand dan ruwere oppervlakken.

Staal, aluminium en magnesium zijn allemaal chemisch actief. Hun legeringen bevatten intermetallische verbindingen verdeeld, uitgevallen en geagglomereerd tijdens warm walzen en aanlassen. Hoewel deze legeringen over het algemeen verbeterde mechanische eigenschappen hebben, toont recent werk aan dat hun heterogeniteit (mengeling) en de aanwezigheid van oppervlakte-actieve lagen hun vatbaarheid voor filiform corrosie verhogen.