Juiste oppervlaktebehandeling vermindert kans op corrosie

Er zijn verschillende redenen om na het vervaardigen van een RVS-constructie een oppervlaktebehandeling uit te voeren. Uit esthetisch oogpunt, om een egaal uiterlijk te verkrijgen, maar belangrijker ook uit kwaliteits- en productietechnische overwegingen. Het is van groot belang om de corrosieweerstand van roestvast staal na een bewerking te herstellen en zo een lange levensduur van het materiaal te kunnen garanderen.

Ing. T. van Os

Waarom een oppervlaktebehandeling?

 
De typische corrosiewerende eigenschap van roestvast staal wordt bepaald door de aanwezigheid van tenminste 12% chroom als legeringelement. Hierdoor kan een passieve chroomoxidehuid gevormd worden die het onderliggende staal beschermt. Bewerkingen en vervuilingen van roestvast staal kunnen de vorming van deze passieve chroomoxidehuid echter verstoren, en daarmee de corrosieweerstand nadelig beïnvloeden.

Voorbeelden hiervan zijn:
1. Vervuiling van het oppervlak door vreemde ijzerdeeltjes.
Het RVS-oppervlak kan vervuild worden door ijzerdeeltjes, bijvoorbeeld door het gebruik van koolstofstaal gereedschap tijdens montage, of door het feit dat er in dezelfde productieruimte naast roestvast staal ook constructiestaal bewerkt wordt. Deze ijzerdeeltjes zijn onedeler dan het roestvast staal en zullen zeer snel tot roestvorming leiden, waardoor ernstige putcorrosie kan ontstaan.

2. Vorming van hoge temperatuursoxiden of thermische oxiden.
Als gevolg van lassen ontstaan thermische oxiden, die de corrosieweerstand van het roestvast staal plaatselijk verlagen. De zogenaamde hittegevoelige zone is meestal duidelijk zichtbaar aan de typische lasverkleuringe.n naast de las. Ook door een gloei behandeling, uitgevoerd om spanningscorrosie uit het materiaal te verwijderen, ontstaan deze thermische oxiden. Deze oxidelagen zijn, in tegenstelling tot de homogene natuurlijke chroomoxidehuid, bros en poreus en dienen daarom verwijderd te worden.

3. Atmosferische vervuiling en algemene vervuilingen.
Door langdurig tussentijdse opslag of transport van het RVS-materiaal kan het oppervlak vervuild raken. De vervuiling zal niet direct corrosie veroorzaken, maar door de aanwezigheid van dit vuil op het RVS-oppervlak wordt het materiaal van de lucht afgesloten en de vorming van een passieve chroomoxidehuid verstoord.

Om na het bewerken van roestvast staal de corrosieweerstand te herstellen is het noodzakelijk om een oppervlaktebehandeling uit te voeren. De keuze van oppervlaktebehandeling wordt door verschillende factoren bepaald: de kostprijs van de behandeling, de eisen aan ruwheid en oppervlaktegesteldheid na een behandeling, en de praktische uitvoerbaarheid hiervan.

Ruwheid

Door verschillende bedrijfstakken wordt de oppervlakteruwheid, uitgedrukt als Ra in micrometer, als richtlijn gehanteerd. In tabel 1 staan de verschillende richtlijnen voor een aantal sectoren.
Iedere soort oppervlaktebehandeling geeft een specifieke oppervlaktestructuur en -ruwheid. Ondanks dat de Rawaarde als parameter onvoldoende informatie geeft over de oppervlaktestructuur van een materiaal, wordt deze in de praktijk veelal gebruikt als richtlijn. Uit onderzoek is gebleken dat er een direct verband is tussen de reinigbaarheid, vuilaanhechting en de oppervlakteruwheid van materiaaloppervlakken. Een verlaging van ruwheid geeft minder vuilaanhechting en een betere reinigbaarheid, en daardoor uiteindelijk minder kans op corrosie.
 

 
Tabel1 Richtlijnen voor de oppervlakteruwheid voor verschillende sectoren.
 

Welke oppervlaktebehandeling?

Stralen (glasparelstralen en keramisch parelen)
Het stralen of parelen van roestvast staal kan worden uitgevoerd met glas- of keramische parels. Deze behandeling geeft het roestvast staal een uniform, mat uiterlijk, en zorgt ervoor dat thermische oxiden van het oppervlak worden verwijderd.
Door de verhoging van de drukspanning van het metaaloppervlak hebben beide methoden een positieve uitwerking op het putcorrosiegedrag van roestvast staal, maar de corrosieweerstand wordt nog verder verbeterd wanneer vooraf hieraan een beitsbehandeling wordt uitgevoerd. De ruwheid van het metaaloppervlak na een parel- of straalbehandeling is relatief hoog ten opzichte van veel andere oppervlaktebehandelingen (zie tabel2).
Bovendien is de soort en kwaliteit van het gebruikte straalmedium hierop van invloed. Door het hoge breukpercentage van glasparels bij stralen, ontstaan scherven die een scherpere inslag geven en dus een hogere oppervlakteruwheid veroorzaken. Aangezien keramische parels minder gevoelig zijn voor breuk, zal bewerking hiermee resulteren in een relatief gladder eindresultaat.


Tabel 2 Oppervlakteruwheid van roestvast staal na een oppervlaktebehandeling.

Slijpen, polijsten en borstelen
Deze mechanische oppervlaktebehandelingen hebben als doel een bepaalde finish van het RVS-oppervlak te verkrijgen, waarbij met polijsten de meest lage oppervlakteruwheid wordt verkregen. De ruwheid hangt echter sterk af van de korrelgrootte van de gebruikte polijstschijf of borstel waarmee de behandeling wordt uitgevoerd. Voor alle mechanische behandelingen bestaat de kans dat te veel warmte-inbreng aan het roestvast staal ontstaat.

Beitsen en passiveren
Het beitsen en passiveren van roestvast staal is een chemische oppervlaktebehandeling, waarbij het vreemd ijzer en hoge temperatuursoxiden van het oppervlak worden verwijderd. Tevens wordt door een beits- en passiveerbehandeling het RVS-oppervlak verrijkt met chroom, waardoor een nog betere weerstand tegen corrosie ontstaat. Beitsen en passiveren wordt uitgevoerd met sterke zuren, en hierdoor ontstaat een uniform zilvergrijs licht aangeëtst staaloppervlak. Omdat een beitsbehandeling kan worden uitgevoerd door middel van dompelen, sproeien, circulatie en kwastbeitsen, is dit een in de praktijk veelal eenvoudig uit te voeren oppervlaktebehandeling. 

Elektrolytisch polijsten
Ook voor elektrolytisch polijsten geldt dat de corrosieweerstand na behandeling volledig wordt hersteld. De EP-behandeling zal een deel van het RVS-oppervlak verwijderen, waardoor een zeer lage oppervlakteruwheid ontstaat en een hoogglans finish wordt verkregen. Door de lage oppervlakteruwheid na een EP-behandeling, wordt deze methode veel toegepast in systemen waarbij een zeer goede reinigbaarbeid en minimale kans op vuilaanhechting noodzakelijk is. Dit is bijvoorbeeld het geval bij apparatuur en leidingwerk dat gebruikt wordt in de farmaceutische industrie.

Hoe resultaat oppervlaktebehandeling te bepalen?

Of na de oppervlaktebehandeling ook het gewenste resultaat is bereikt, kan door middel van verschillende testmethoden worden bepaald. De aanwezigheid van vreemd ijzer kan worden aangetoond met de zogenoemde Ferroxyl-test, waarbij een testvloeistof een verkleuring geeft indien vreemd ijzer aanwezig is aan het oppervlak.
De passiviteit van het oppervlak kan eenvoudig bepaald worden met een palladiumchloride oplossing, of door middei van een passiviteitsmeter. Het voordeel van laatstgenoemde is dat het gebruik van het corrosieve palladiumchloride kan worden vermeden.
Oppervlakteruwheid kan eenvoudig gemeten worden met een ruwheidsmeter. De meest handzame en veelgebruikte apparatuur meet deze ruwheid als Ra-waarde.

Kosten, afwegingen en uiteindelijke keuze

Elke oppervlaktebehandelingsmethode heeft zijn kostprijs, die onder meer gerelateerd is aan de benodigde apparatuur en middelen (straalmiddel, chemicaliën), de arbeidsintensiviteit, het vereiste opleidings- en ervaringsniveau van het uitvoerend personeel, en de afvoer- en vernietigingskasten van de gebruikte middelen.
Dit alles speelt ook een rol bij de beslissing om de oppervlaktebehandelingsmethode 'in huis' te doen of uit te besteden aan specialistische bedrijven, dit niet in de laatste plaats vanwege de steeds strengere milieu- en veiligheidseisen. Het is niet eenvoudig om de kostprijs van de verschillende behandelingen een op een te vergelijken. Wel kan men constateren dat mechanische en dus arbeidsintensievere bewerkingen als slijpen, (elektrolytisch) polijsten en borstelen, relatief duurder zullen zijn dan chemische oppervlaktebehandeling. Zie tabel 2.

Kostenaspecten, eisen aan het materiaal c.q. het gewenste eindresultaat, en de praktische uitvoerbaarheid maken de keuze voor een bepaalde oppervlaktebehandeling vaak niet eenvoudig. Vanuit corrosietechnisch oogpunt leveren de elektrolytische polijstbehandeling en het beitsen en passiveren het beste resultaat. Na deze behandelingen zal de corrosieweerstand van het RVS-oppervlak volledig hersteld zijn. Behandelingen waarbij de ruwheid toeneemt, zoals stralen, of waarbij de kans op warmte-inbreng aanwezig is, zoals polijsten, slijpen en schuren, herstellen de corrosieweerstand niet volledig en maken een chemische passivatie achteraf noodzakelijk.

Bronnen
- S.H.M. Vrijhoeven, Het effect van oppervlakteafwerking op het corrosiegedrag van roestvast staal, Roestvast Staal 1992 (5), p. 28/33
- Drs, E.J.D. Uittenbroek, Reinigbaarheid roestvast staal na oppervlaktebehandeling, Roestvast Staal2002 (1), p. 18/23
- Th. Hooht, T. van der Klis, J.w. du Mortier, Oppervlaktebehandelingen van roestvast staal, VOM Bilthoven, 1986
- J.H. Heerings, Th. De Visser, NIL-Project verwerking en gebruik van roestvast staal, NIL 1994, Nr.: RVS94- 52
- W.R. Maas, Mechanische en chemische behandelingen verminderen kans op corrosie, Metaal en Kunststof 1997 (6), p. 16/18.