De reductie van filiform corrosie op gecoat aluminium door het toepassen van anodiseerlagen
In het kader van het IOPproject 'Anodiseren als voorbehandeling van duurzaam aluminium' wordt onderzoek gedaan naar de invloed van anodiseren als voorbehandeling op het filiforme corrosiegedrag van gecoat aluminium. In dit onderzoek worden door TNO Industrie en de TU Delft de legeringen Al 3005, Al 3103 en Al 6063 onderzocht. In dit artikel wordt het mechanisme van filiform corrosie op aluminium toegelicht en aangetoond zal worden dat de dikte van de poreuze laag een positieve invloed heeft op de weerstand tegen filiform corrosie. Dit effect is kwalitatief gezien gelijk voor de onderzochte legeringen maar kwantitatief gezien aanzienlijk verschillend.
Margreet Spoelstra
Materiaalkunde TU Delft
Albert Bosch
TNO Industrie Delft
(artikel gepubliceerd in Aluminium nummer 1, 1998- artikel 9)
INLEIDING
Filiform corrosie is in beginsel een cosmetische vorm van corrosie omdat het aluminium niet diep wordt gepenetreerd. Afhankelijk van de toepassing en van de verzorging van het metaaloppervlak kan filiform corrosie zich echter ontwikkelen tot spleetcorrosie en putcorrosie. Een goede voorbehandeling van het
aluminium is dus gewenst en het chromateren van aluminium substraten voldeed dan ook vele jaren. Maar tegenwoordig is deze vorm van voorbehandelen uit de gratie geraakt vanwege de negatieve gezondheids-en veiligheidsaspecten. Een goed alternatief werd gezocht en gevonden in het anodiseren van aluminium. Door aluminium te anodiseren in zwavelzuur ontstaat er een verdikte oxidelaag, de zogeheten anodiseerlaag. Deze laag bestaat uit en barrièrelaag die enkele nanometers dik is en qua structuur te vergelijken is met de natuurlijk voorkomende oxidelaag op aluminium. De barrièrelaag bevindt zich tussen het aluminiumoppervlak en de poreuze laag. De poreuze laag is enkele micrometers dik en bevat zeer veel poriën. Door nu de anodiseertijd te variëren -en de stroomdichtheid en de temperatuur constant te houden- is het mogelijk de dikte van de poreuze laag naar believen te veranderen. In het onderzoek is de invloed van deze laagdikte op het filiforme corrosiegedrag onderzocht middels de Lockheedtest en is er gekeken naar het gedrag in de tijd. De invloed van
variërende oppervlaktecondities ten gevolge van wals-, en extrusieprocessen en/ of warmtebehandelingen zijn zoveel mogelijk vermeden door de substraten, voorafgaand aan het zwavelzuur anodiseren, te beitsen (wanddikte afname ± 15 µm).
Afbeelding 1. Mechanisme filiform corrosie.
FILIFORM CORROSIE
Filiform corrosie uit zich als wormvormige blaren die tussen het substraat en de coating groeien. Filiform corrosie wordt vooral gevonden in industrie-en kustgebieden als gevolg van de aanwezigheid van zoutdeeltjes, maar ook zijn een hoge relatieve luchtvochtigheid, defecten in de coating en het permeabel zijn van de coating voor water nodig om filiform corrosie te krijgen. Zoals te zien is op afbeelding 1 wordt in de kop van de filiform aluminium opgelost en vindt er reductie van zuurstof plaats, terwijl in de staart de corrosieproducten zich bevinden. De drijvende kracht voor de corrosiereacties is de aanwezigheid van een beluchtingscel; door een verschil in beluchting binnen de filiformkop zal de anodische oplosreactie daar plaatsvinden waar het minste zuurstof aanwezig is en dat is bij aluminium helemaal voorin de kop. Achterin de kop wordt zuurstof geconsumeerd dat door de staart wordt aangevoerd; zuurstof zal dus niet de voorkant van de kop halen. Het wordt door de staart aangevoerd omdat deze weg sneller is dan die door de coating. De aanwezigheid van corrosieproducten vormt geen belemmering omdat de producten poreus zijn en omdat ze niet verder reageren met zuurstof. Dit mechanisme wordt anodische ondermijning genoemd.
Het vermoeden bestaat dat de aanwezigheid van een anodiseerlaag een gunstig effect op de filiforme corrosieweerstand zal kunnen hebben. In dit gedeelte van het onderzoek is de dikte van de poreuze laag gevarieerd (daarnaast wordt onderzoek verricht naar de invloed van de barrièrelaagdikte en het type elektrolyt). In principe vormt de poreuze laag geen fysische barrière omdat zuurstof en water middels de poriën diep in de poreuze laag kunnen komen. Toch zal aangetoond worden dat de dikte van deze laag een sterke invloed heeft op het filiforme corrosiegedrag van de aluminiumlegeringen.
RESULTATEN VAN DE LOCKHEEDTEST
De Lockheedtest is een versnelde expositietest waarbij in de gecoare aluminium panelen een diepe kras wordt gemaakt waarna het geheel wordt blootgesteld aan zoutzuurdampen. Daarna volgt expositie in een klimaatkast bij 42°C en 80% RH gedurende 2000 uu. Gekeken is naar het aantal initiatics en het totale oppervlak van de filamenten. Op de afbeeldingen 2 en 3 staan de resultaten na 2000 uur weergegeven.
Afbeelding 2. Het aantal initiaties na 2000 uur.
Afbeelding 3. Het filiform gecorrodeerd oppervlak na 2000 uur.
Duidelijk is te zien dat zowel het aantal initiaties als het totaal gecorrodeerde filiformoppervlak sterk dal en bij toenemende dikte van de poreuze laag. Al 3005 gedraagt zich goed (weinig initiaties en weinig gecorrodeerd oppervlak ) terwijl Al 3103 gevoeliger blijkt te zijn. Bij een poreuze laagdikte van 10 µm zijn de onderlinge verschillen echter erg klein geworden. Een heel andere kijk op het gedrag wordt verkregen wanneer de resultaten worden uitgezet tegen de expositietijd zoals te zien is op de afbeeldingen 4 en 5. Hier bij is een keuze gemaakt voor 1 µm en 5 µm dikke poreuze lagen. In het algemeen geldt dat het aantal initiaties toeneemt in de tijd, maar deze toename neemt af; na 1000 uur is dit aantal nagenoeg constant. De filamenten groeien echter nog wel steeds door , zoals te zien is op afbeelding 5, maar ook hier daalt de toename. Het lij kt er zelfs op dat voor 5 µm dikke poreuze lagen na 1000 uur de filamenten met dezelfde constante factor groeien.
Afbeelding 4. Het aantal initiaties per meter kras voor 1 µm en 5 µm dikke poreuze lagen.
Afbeelding 5. Het filiform gecorrodeerd oppervlak voor 1 µm en 5 µm.
CONCLUSIE
Door de dikte van de poreuze laag toe te laten nemen kan de filiforme corrosieweerstand aanzienlijk worden verbeterd. De resultaten geven steeds dezelfde trends aan voor de drie legeringen. De mate van reductie van het filiforme corrosie gedrag wordt sterk beïnvloed door het type aluminiumlegering.