SCHADE analyse

Vanwege zijn lage soortelijke massa en zijn goede corrosiebestendigheid in de atmosfeer en in diverse waterige milieu's is aluminium een veel toegepast bouwmateriaal. Om de bewerking en de mechanische eigenschappen van aluminium te verbeteren worden vaak enkele legeringselementen (zoals koper, silicium, mangaan, magnesium, e.d.) toegevoegd. Dergelijke legeringen met een hoge sterkte zijn vaak minder corrosiebestendig. De corrosiebestendigheid kan onder andere worden verbeterd door aan het oppervlak van dergelijke legeringen een laag aluminium aan te brengen (alclad), hetgeen de onderliggende aluminiumlegering kathodisch beschermt.

Dr. ir. G. van der Wegen


(artikel gepubliceerd in Aluminium nummer 3, 1987- artikel 8)

Situatieschets

In een havencomplex direct aan de kust in het Midden-Oosten zijn verlaad-en opslaghallen gebouwd in de eind vijftiger jaren met alclad platen als gevel-en dakbekleding. Deze alclad platen vertonen een aantasting door corrosie, hetgeen onder vuilafzettingen is geconstateerd. De klimatologische omstandigheden van de betreffende locatie kunnen als volgt worden gekarakteriseerd:

• Temperatuur:
• 's winters: gemiddeld 15°C
• 's zomers: gemiddeld 40°C
• Vochtigheid:
• 's winters: oplopend tot 100%
• 's zomers: oplopend tot 85%
• Neerslag: hoofdzakelijk in de maanden januari, februari en maart: 120-150 mm/jaar.

Doordat het complex aan de kust is gelegen, is het chloridegehalte in de atmosfeer (in de vorm van aerosolen) relatief hoog. Niet bekend is of het oppervlak van de alclad platen frequent is gereinigd, hoewel dit niet waarschijnlijk wordt geacht.
 

Schade-onderzoek

Volgens de specificaties diende de aluminiumlegering (de kern van de alclad plaat) te voldoen aan type 3003 volgens de Amerikaanse norm ASTM 8209. Chemische analyse van een deelmonster (Si = 0,4; Fe = 0.4; Cu = 0,14; Mn = 1,0; Mg = 1,0; Zn = 0,2% m/m) toonde aan dat dit het geval was met uitzondering van het zinkgehalte welke 0,1% m/m hoger was dan maximaal toegestaan voor aluminiumlegering 3003. De dikte van de onderzochte alclad plaat is ongeveer 1 mm.

Aan het oppervlak van een deelmonster bevonden zich plaatsen met afzettingen van grijs/bruin gekleurde fijne deeltjes stof. Deze locale afzettingen van stofdeeltjes waren makkelijk door borstelen en/of wassen met warm water te verwijderen.

Na het verwijderen van voorgenoemde stofdeeltjes, werd een locale, putvormige aantasting van het alclad materiaal geconstateerd. Ongeveer 30% van het oppervlak van het onderzochte deelmonster vertoonde deze locale aantasting. De verdeling van de corrosieputten over het oppervlak was erg willekeurig. In vele gevallen waren geen individuele corrosieputten meer te herkennen en leek het alsof onregelmatig gevormde gecorrodeerde gebiedjes waren ontstaan door het 'samengroeien' van meerdere aantallen nabij elkaar gelegen corrosieputten. Deze gecorrodeerde gebiedjes bleken breed (tot ca. 4 mm) en ondiep te zijn. Een dwarsdoorsnede van een dergelijk gecorrodeerd gebiedje is weergegeven in afbeelding 1. De diepte van de putvormige aantasting breidt zich uit over de gehele dikte van de aluminium deklaag (ca. 50 um). maar penetreert niet in de onderliggende aluminiumlegering. De aantasting breidt zich vervolgens zijdelings (in de aluminium deklaag) uit. Dit illustreert duidelijk de kathodische bescherming van de aluminiumlegering door de aluminium deklaag. In bovenomschreven gecorrodeerde gebiedjes bleek een troebelwit materiaal aanwezig. Analyse ervan toonde de aanwezigheid van chloride, ijzer en koper aan.


Afbeelding 1. Putvormige aantasting beperkt zich tot de aluminium deklaag van de alclad plaat.

Bespreking

Toepassing van aluminium in een chloride-houdend milieu resulteert na verloop van tijd in een putvormige aantasting van het materiaal. Het chloride geconstateerd in de corrosieprodukten op het onderzochte monster alclad plaat is zeer waarschijnlijk afkomstig van het nabije zeewater (via aerosolen) en heeft de putvormige aantasting van de aluminium deklaag geïnitieerd. Een eigenschap van chloridezouten is dat ze sterk hygroscopisch zijn en al bij een lage relatieve vochtigheid vocht uit de omringende atmosfeer opnemen, hetgeen het corrosieproces bevordert.

Vanwege het hygroscopisch karakter van deze chloridezouten heeft aanhechting van stof en fijne poederkool (welke in de betreffende haven wordt verscheept) op de gecorrodeerde gebiedjes plaatsgevonden. Bekend is dat dergelijke poreuze koolstofdeeltjes de corrosie kunnen versnellen (absorptie van vocht en agressieve stoffen uit de atmosfeer) . De in de corrosieprodukten geconstateerde aanwezigheid van koper en ijzer is mogelijk afkomstig van voorgenoemde poederkooldeeltjes . Deze beide elementen vormen effectieve kathoden, welke de groei van de corrosieputten bevorderden (en mogelijk ook hebben bijgedragen bij de initiatiefase).

De kathodische bescherming van de aluminiumlegering door de aluminium deklaag is duidelijk zichtbaar in afbeelding 1. De aluminium deklaag offert zich op om corrosie van de onderliggende ('constructieve') aluminiumlegering te voorkomen (de putvormige aantasting houdt op aan het grensvlak aluminium/aluminiumlegering en breidt zich zijdelings in de aluminium deklaag uit). Hierdoor blijven de mechanische eigenschappen van de alclad plaat nagenoeg intact en heeft de aantasting tot dusver enkel estetische gevolgen. In verband hiermee is het interessant te vermelden dat in 1977 in de directe nabijheid een nieuw havencomplex is gebouwd, waarop eveneens verlaad-en opslaghallen. Deze hallen zijn vervaardigd met 3003 aluminiumlegeringsplaten, echter nu zonder de aluminium deklaag (geen alclad!). Volgens een extern onderzoekrapport vertonen deze platen na 8 jaar (onder vergelijkbare condities) reeds een belangrijke mate van putvormige aantasting met putdiepten tot 0,4 mm (= 40% van totale dikte plaat). De geometrie van deze putten is grillig, in tegenstelling tot die getoond in afbeelding 1.

Conclusie

De putvormige corrosie van de alclad platen is geïnitieerd doorchloride (afkomstig van het zeewater via aerosolen). eventueel versterkt door aanwezigheid van koper en ijzer (mogelijk afkomstig van met de wind meegevoerde poederkooldeeltjes). Deze putvormige corrosie beperkt zich tot de aluminium deklaag (alclad!). welke de onderliggende ('constructieve') aluminiumlegering kathodisch beschermt. Een dergelijke alclad heeft in een sterk chloride-houdende atmosfeer een beduidend langere levensduur dan die van een corresponderende aluminiumlegering zonder aluminiumdeklaag.

Remedie

Een dergelijke aantasting kan worden voorkomen door de alclad plaat van te voren te voorzien van een beschermende coating (anodiseren of bij voorkeur een geschikt laksysteem van voldoende dikte) gecombineerd met periodiek onderhoud (meerdere malen per jaar grondig reinigen).

De reeds gecorrodeerde alclad platen kunnen chemisch of mechanisch worden gereinigd en dienen dan direct hierna te worden voorzien van een geschikt coatingssysteem van voldoende dikte. Bedacht dient te worden dat bij onvolledige reiniging op de plaatsen waar corrosieresten achterblijven het corrosieproces onder het coatingssysteem gewoon doorgaat, resulterend in bobbels welke te zijner tijd openbarsten in de vorm van kratertjes.