Voorkom corrosie van metalen
De keuze van metalen. Helaas is er nog steeds veel onkunde en bestaan er misverstanden over de eigenschappen van metalen.
Johan van de Graaf
Ik begin dit artikel met het aanhalen van Steve Jobs die zijn I-phone presenteerde, één apparaat wat alles kon, iets waar de wereld geen weet van had en hij wist dat de wereld dit nodig ging hebben en waar mensen voor in de rij zullen gaan staan. Helaas is er zoiets nog niet op materiaalkundig gebied. Met zo’n 3000 staalsoorten en ca 300 aluminiumlegeringen wordt er nog al eens een foute keuze gemaakt en is er niet één materiaal wat overal voor geschikt is. Zaak dus om hier bij stil te staan. Nog maar al te vaak wordt de keuze voor een materiaal gedaan op basis van kennis en ervaring. De timmerman maakt een tafel van hout de staalman maakt de tafel van staal en als u ervaring heeft van kunststof, zal de tafel hoogstwaarschijnlijk van kunststof gemaakt worden. Wellicht is het een idee om vanuit het product te denken en van daaruit te bepalen welk materiaal het beste bij dit doel past. Aan de hand van een paar recente voorbeelden wil ik aangeven dat een foute keuze voor het materiaal tot grote gevolgen kan leiden wat echter niet nodig was geweest als er iets langer bij de keuze was stil gestaan.
Wat ging er mis? 304 versus 316
Een bedrijf gespecialiseerd in gevelbeplating kreeg de opdracht een pand tegen de buitenwereld te beschermen tegen weersinvloeden. Naast de coating volgens qualicoat richtlijnen koos het bedrijf ervoor de scharnieren van de zware stalen deuren in een Corrosievast staal 316L uit te voeren. Een specificatie die klinkt als een klok. De fabrikant van de deuren verklaarde dat ze niet aan deze specificatie konden voldoen en besloot de scharnieren in een corrosievast metaal 304 uit te voeren. Het argument was dat 316 niet mogelijk was. Na montage bleek dat de scharnieren binnen een half jaar al vliegroest begonnen te vertonen. 304 Roestvaststaal is niet geschikt voor buiten gebruik. De corrosievastheid is onvoldoende om weerstand te bieden tegen de chloriden in de omgevingslucht en in dit geval de overvloedige hoeveelheid strooizout. Helaas zitten de scharnieren aan deur en kozijn gelast en kunnen daardoor niet meer vervangen worden. Uiteindelijk is gekozen om de roest te verwijderen en een oppervlakte behandeling toe te passen. De conclusie bij deze zaak kan getrokken worden dat er of gekozen kan worden voor een echt afdoende corrosievast materiaal of een veel goedkoper alternatief met een goede oppervlakte behandeling. 
Kan het nog erger?
Ja helaas, combinaties van materialen kunnen werkelijk desastreus zijn. Ook hiervan komen er voorbeelden over ons bureau. Een corrosievast metaal en koolstofstaal gaan niet samen. Door potentiaal verschillen zal het onedelste metaal opgeofferd worden. Het is niet voor niets dat bij schepen opofferingsanodes worden gebruikt. Met Zink of Aluminium kan aantasting van het staal van het schip voorkomen worden. Zo gaat aluminium en roestvaststaal ook niet echt samen. Bij combinaties moet telkens worden afgevraagd wat de risico’s kunnen zijn. In het woud van corrosieverschijnselen zijn even zoveel oorzaken te onderscheiden. En dan zijn er nog combinaties die het effect versterken. Als het duidelijk is wat er aan de hand is en beter nog wat er kan gebeuren kunnen foute keuzes voorkomen worden.
Hoe dan?
De locatie: Zeer belangrijk voor de keuze van een materiaal is waar het wordt toegepast. Is er sprake van bijvoorbeeld zeelucht of is er een spoorweg in de buurt. Zout is zeer agressief en daarmee vallen bepaalde materialen al gelijk af. Bij het spoor is doorgaans veel fijnstof wat staalhoudend is en besmetting kan veroorzaken op verschillende materialen.
Constructie: Al bij het ontwerp is het bepalend of stof of vuil zich kan ophopen. Daarnaast is het de vraag in hoeverre de regen het oppervlak kan bereiken en een reinigende werking kan hebben. Met name bij gevelbeplating en de toepassing van aluminium luistert het zeer nauw welke behandeling wordt toegepast. Aluminium namelijk is pas corrosievast nadat het gecorrodeerd is. Dit klinkt wat onwennig maar aluminium is zeer onedel en corrodeert zeer snel. Deze oxidehuid sluit echter het proces af en ontstaat er een beschermende laag. Als deze beschermlaag door aantasting van buitenaf steeds weer beschadigd wordt zal het corroderen doorgaan. Dit kan plaatselijk zijn en een putcorrosie geven. Als het oppervlakkig blijft en onder de lak kruipt kan het een filiforme corrosie geven. Voordat er een oppervlakte behandeling op aluminium wordt aangebracht moet er dus een zeer goede voorbehandeling worden toegepast. Daar komt nog bij dat er een maximale tijd zit tussen de voorbehandeling en de behandeling zelf zodat er niet weer een oxidehuid kan ontstaan. Zo’n systeem ligt vast in de voorschriften volgens Qualicoat. In deze voorschriften is ook bepaald waar in Nederland welk systeem moet worden toegepast. Aan de kust gelden andere regels dan in het binnenland. Maar dan zijn we er nog niet want het schoonmaken van aluminium panelen is evenzo belangrijk.
Verbindingen: Hoe worden de materialen verbonden. De achtergrond van deze vraag is of er vocht tussen de materialen kan worden opgesloten. Als er bijvoorbeeld 2 platen met een boutverbinding worden verbonden dan bestaat de kans dat vocht zich door de capillaire werking tussen de 2 vlakken verzameld en hier voor ellende gaat zorgen. Een benaming voor deze corrosie heet spleetcorrosie. Deze vorm is zeer eenvoudig te verhelpen als je bewust bent van het optreden ervan. Middels een rubber pakking of verticale verbinding waarbij er geen vocht kan ophopen zal het effect niet of nauwelijks optreden.
Electrolyse: Electrische spanning wordt niet of nauwelijks mee genomen in de keuze voor materiaal. Het wordt niet gemeten, niet gezien en niet waargenomen terwijl het er altijd is. Wrijving door de lucht of het water leidt tot potentiaal verschil, 2 metalen leveren al een potentiaal verschil. Denk hierbij aan de werking van een batterij of accu. 2 metalen worden bij elkaar gebracht en middels een katalysator wordt het potentiaal extra opgewekt.
Waar het bij een batterij om gaat juist deze spanning op te wekken moet dit bij materiaal keuze worden vermeden. Dit kan door verschillende aanpassingen aan te brengen. Aluminium lichtmasten langs de kant van de weg worden beschermd tegen het potentiaal verschil in deze bodem door een kunststof schil aan te brengen. Op het water wordt er veelal een aardekabel aangebracht of zoals eerder geschreven het toepassen van opofferingsanodes.
Voorkomen is beter dan genezen
Met de voorbeelden die hierboven beschreven zijn en de oorzaken vragen wij aandacht voor een juiste materiaalkeuze. Behandeld zijn een 12 tal staalsoorten die bij de Nederlandse handel verkrijgbaar zijn. We willen geen corrosie expert zijn om er alleen maar te zijn om het corrosie probleem op te lossen maar gaan liever met in gesprek hoe de ellende achteraf te voorkomen is. Als metaalkundig ingenieur krijg ik regelmatig zaken op het bureau, of rechtstreeks of via leden van Metaalunie. Door adequaat te reageren hebben we al een aantal foute keuzes kunnen voorkomen. Een voorbeeld hiervan is een pand in Amsterdam waar de aannemer / architect bedacht had Cortenstaal aan de geven te monteren en tevens voor aluminium kozijnen voor te schrijven. Een alerte bewoner belde ons met de vraag of dit nu wel een juiste keuze was. We hebben de aannemer en bewoners voor veel ellende kunnen behoeden. 