Hoe om te gaan met corrosie op roestvast stalen gevelbeplating

In de utiliteitsbouw wordt zeer regelmatig gebruik gemaakt van metalen gevelbeplating. Veel daarvan wordt voorzien van een deklaag die zowel metallisch als niet metallisch kan zijn.

N.W. Buijs – metaalkundige Innomet b.v.

In de utiliteitsbouw wordt zeer regelmatig gebruik gemaakt van metalen gevelbeplating. Veel daarvan wordt voorzien van een deklaag die zowel metallisch als niet metallisch kan zijn. Bekende metallische deklagen worden verkregen door galvaniseren en anodiseren. Laatstgenoemd proces wordt vooral toegepast op aluminiumlegeringen. Dankzij een elektrolytisch proces wordt atomaire zuurstof gegenereerd die de oxidehuid enorm doet verdikken. Voordat deze poreuze oxidehuid wordt dicht geseald m.b.v. hydrateren kan men ook nog een kleur aan het oppervlak geven. Anodiseren geeft een substantiële verbetering tegen agressieve atmosferische invloeden. Toch is het niet in alle gevallen toereikend en dat is vooral het geval in maritieme omstandigheden. Dit effect wordt verder nog versterkt door agressieve uitlaatgassen. Ook de relatief hoge uitzettingscoëfficiënt van aluminium ervaart men als een nadeel en dat zeker in combinatie met glas. Daarom is ook een tijd het metaal titaan in de picture geweest omdat dit metaal alle voornoemde nadelen opheft. Een goed voorbeeld hiervan is de dakbedekking van het Vincent van Gogh museum in Amsterdam. Het grote nadeel van titaan is echter de relatief hoge prijs en de minder goede verkrijgbaarheid. Galvaniseren van koolstofstaal is op zich een prima alternatief omdat men dan een zinklaagje elektrolytisch aanbrengt dat aan de buitenkant zinkpatina c.q. zinkcarbonaat vormt dat onoplosbaar is in water. Deze laag geeft op deze wijze een prima bescherming tegen corrosie, maar architectonisch gezien geniet deze methode niet veel aftrek.

Het aanbrengen van een zinklaagje op staal kan overigens ook door het onderdompelen in een zinkbad. Coaten van koolstofstaal is ook een optie maar dat ligt over het algemeen vrij kritisch omdat men hoge eisen moet stellen aan de geometrie van het paneel en aan de voorbereiding van het proces. Indien men te scherpe randen heeft kan dit tot zwakke plaatsen leiden waar corrosie zich kan ontwikkelen. Daarnaast bestaat het gevaar van filiforme corrosie onder de coating. Filiforme of draadvormige corrosie vormt zich onder een organische deklaag op metalen als fijne slangetjes die de deklaag optillen. Soms kunnen ze zo dun zijn dat ze nauwelijks opvallen. Deze corrosievorm start bijna altijd vanuit een scherpe rand of een beschadiging. Het verschijnsel is al jaren bekend op staal, maar wordt ook steeds meer op aluminium geconstateerd. Na verloop van tijd gaat filiforme corrosie over in een vorm van uniforme corrosie of zelfs pitting. Coatings kunnen in allerlei kleuren aangebracht worden en soms doen diverse kleurstellingen optisch gezien wat goedkoop aan. Daarom is in de afgelopen jaren de belangstelling voor roestvast staal als gevelbeplating enorm onder de aandacht van architecten gekomen. Vele nieuw gebouwde kantoorpanden zijn dan ook voorzien van deze interessante en veelzijdige metaallegering.

Afbeelding 1. 'Theevlekvorming' op roestvast stalen gevelbekleding (foto Vecom b.v.).

Roestvast staal

Toch blijkt dat er nog heel wat onkunde bestaat over het gebruik van roestvast staal en de grootste denkfout die men maakt is dat roestvast staal onderhoudsvrij zou zijn. Onterecht noemt men een dergelijk metaal "roestvrij staal" en dat is geheel onjuist omdat de term roestvrij voorbehouden is aan edele metalen zoals goud en platina. Roestvast wil zeggen dat een metaal een zekere vastheid geniet tegen corrosie mits men aan de voorwaarden voldoet. Lost men deze voorwaarden in, dan kan roestvast staal gerust een mensenleven mee. Respecteert men deze regels niet dan kan roestvast staal zelfs al na enige maanden aantasting tonen. Wél mag men stellen dat roestvast staal onderhoudsarm is. Roestvast staal is een ijzerlegering waaraan minimaal 10,5% chroom is toegevoegd. Dankzij dit chroom ontstaat er een taaie en goed sluitende chroomoxidehuid aan de buitenkant die de legering afsluit voor chemische belastingen en allerlei weersinvloeden. Deze huid is slechts 10-15 nM dik en dat zijn slechts enkele atoomlagen dik. Maar dicht is dicht en net zoals een appelschil het vruchtvlees beschermt, zo beschermt deze huid het onderliggende metaal. Zou deze huid ontbreken dan zal dit onderliggende metaal gaan corroderen omdat het nu eenmaal een actief metaal is. Goud en platina zijn daarentegen passief of wel edel. Het bijzondere van de oxidehuid is dat hij zichzelf kan repareren zodra hij beschadigd is geraakt. Voorwaarde is wel, dat er zuurstof aanwezig is en geen chloriden. Dat eerstgenoemde is bij gebouwen geen probleem maar bij gebouwen aan de kust kunnen chloriden vanuit aërosolen wél voor problemen zorgen. Aërosolen zijn kleine druppeltjes zeewater die door de wind worden meegenomen en relatief snel indampen tijdens hun vlucht vanwege een gunstige oppervlak/volume verhouding. Daardoor nemen de chloriden- en zoutgehaltes snel toe, wat dan veelal te agressief is geworden voor roestvast staal. Dit leidt dan tot lichte corrosie die men ook wel 'theevlekken' of 'vliegroest' noemt.

Op afbeelding 1 ziet men de roestvaststalen gevelbeplating van een kantoorgebouw van roestvast staal 304 dat dicht bij een spoorweg staat. Overduidelijk ziet men zogenaamde theevlekken die meestal veroorzaakt worden door aërosolen en/of ijzerdeeltjes. Men had voor type 304 gekozen omdat dit gebouw niet in de buurt van de zeekust staat. Het vermogen van roestvast staal om zijn eigen oxidehuid te herstellen na een beschadiging is dus duidelijk aan bepaalde voorwaarden verbonden. Ook blijkt de oppervlakteruwheid een belangrijke rol te spelen. Hoe gladder het oppervlak des te beter de corrosiebestendigheid. Een gladder oppervlak is meerdere malen kleiner dan een ruwer oppervlak omdat er geen 'berg-en-dal-effect' is, waardoor er minder interactie is met de omgeving. Juist op een ruwer oppervlak blijven allerlei vuilresten achter in de poriën en die vormen dan een opmaat voor corrosie. Dit noemt men in de corrosieleer ook wel 'under deposit corrosion'.

Afbeelding 2. Poriën worden op een natuurlijke wijze gevuld met vuil waardoor 'under deposit corrosion' ontstaat (tekening Innomet b.v.).

Under deposit corrosion

Roestvast staal dankt zijn corrosiebestendigheid aan een goed sluitende oxidehuid en de rol van zuurstof speelt daarbij een cruciale rol. Zuurstof zorgt ervoor dat het chroom aan het oppervlak kan oxideren met een dichte oxidehuid als resultaat. Indien we het zuurstofmolecuul opschalen naar een voetbal dan is het chloride-ion ongeveer zo groot als een glazen knikker. Daarom hebben chloriden het vermogen om veel dieper onder vuilafzettingen door te dringen dan zuurstof, om uiteindelijk daar hun verwoestende werk te doen. Chloor behoort net als jodium, fluor en broom tot de halogenen en dat zijn zoutvormers Zij vormen rechtstreeks met metalen metaalzouten en dat zijn corrosieproducten. Het chloride-ion is de agressiefste van de vier en zal metaalchloriden vormen. Op de afbeelding 2 ziet men hiervan een schematische voorstelling. Hier krijgt men gelijk en goede weergave dat roestvast staal niet onderhoudsvrij is. Zodra men 'pokdalig' roestvast staal niet schoonmaakt, gaat er relatief snel theevlekvorming ontstaan en dat is in feite een lichte vorm van corrosie. Verwijdert men dit niet, dan zal op den duur ernstige corrosie het gevolg zijn want men krijgt nu eenmaal op deze wijze zwakke en zelfs actieve plekjes op het oppervlak. Het kan zelfs uiteindelijk leiden tot putcorrosie.

Afbeelding 3. Vliegroest op roestvast staal veroorzaakt door ijzerdeeltjes (foto Innomet b.v.).

Contaminatie

Besmettingscorrosie van roestvast staal komt ook regelmatig voor en dat wordt veelal veroorzaakt door ijzerdeeltjes in de lucht die op dit oppervlak neerkomen. Eigenlijk is dit in feite met recht vliegroest te noemen. Deze deeltjes zijn behoorlijk onedel t.o.v. het roestvast staal oppervlak, waardoor zij snel met vocht (dauw) in oplossing gaan. Men krijgt dan een klein roestig plekje dat het oppervlak plaatselijk besmet en activeert. De onderliggende chroomoxidehuid bezwijkt op die plaatsen en de corrosie kan verder binnendringen. De stalen deeltjes worden veelal veroorzaakt door de slijtage die optreedt door de stalen wielen van treinen die over de rails rollen. Vooral gebouwen met roestvast stalen gevelbeplating in de buurt van de stations hebben daar extra last van, omdat het remmen van de treinen extra slijtage oplevert. Ook kunnen deze deeltjes van fabrieken komen die ijzerstof uitstoten en door diverse andere oorzaken. Een veel voorkomende fout is het niet afzonderlijk verwerken van koolstofstaal en roestvast staal. Vooral slijpen van koolstof in dezelfde ruimte zal snel kunnen leiden tot besmettingscorrosie (afbeelding 3).

Praktijkvoorbeelden

Gepolijste railingen van een zeewaardig cruiseschip van roestvast staal AISI316 bleven vele jaren lang prachtig glanzend van uiterlijk. Op een dag besloot men deze railingen te vervangen door geslepen K320 buizen omdat de gepolijste buizen zo hinderlijk schitterden in de zon. Binnen drie maanden kreeg men zware theevlekvorming op deze buizen en bij nader onder onderzoek bleek dat dit inderdaad 'under deposit corrosion' bleek te zijn.
Roestvast stalen parkeerplaatjes langs de kust zijn meestal gemaakt van geslepen 316 buis voorzien van een gepolijste cap. De allermeeste paaltjes zien er na verloop van tijd vrij stevig geroest uit terwijl de cap mooi glanzend blijft. Daarom is geslepen roestvast staal altijd af te raden in de buitenlucht en dat geldt uiteraard ook voor gevelbeplating.

Het reinigend vermogen van regenwater

Roestvast staal dat regelmatig wordt bevochtigd door regenwater blijkt in de praktijk aanzienlijk mooier te blijven dan roestvast staal die dat niet krijgt. Het klinkt wat tegenstrijdig maar toch is dat praktisch gezien altijd het geval. Regenwater reinigt namelijk het roestvast staal op een natuurlijke wijze, hoewel men ook niet moet verwachten dat dit tot het uiterste zal geschieden. Regenwater is namelijk een watertype dat een groot oplossend vermogen heeft voor allerlei zouten en mineralen. Dat betekent dat deposieten relatief gemakkelijk oplossen. Op afbeelding 4 ziet men een roestvast stalen luifel van een kantoorgebouw dat overigens niet in de buurt van de kuststreek staat. Op de onderkant ziet men verhoudingsgewijs veel roest vanwege de hierboven beschreven reden. Aan de regenkant was er nauwelijks enige aantasting te zien. Om het regenwater optimaal zijn werk te laten doen dient de walsrichting of bewerkingsrichting van het roestvast staal verticaal opgesteld te worden.

Afbeelding 4. Onderkant van een luifel van roestvast staal dat niet gereinigd wordt door regenwater (foto Innomet b.v.).

Zodra men een tocht langs de kust maakt dan zal men op vele gebouwen bovenstaand probleem zien. Ook lijkt het alsof men daarin berust omdat het blijkbaar nu eenmaal niet anders kan. Dat is een vergissing want er is wel degelijk iets aan te doen. Sterker nog, indien men er niets aan doet zullen dergelijke panelen op den duur allemaal vervangen moeten worden en het hoeft geen betoog wat een kostbare zaak dat zal zijn. Op afbeelding 5 ziet men de onderkant van een roestvast staal kunstwerk dat aan de kust staat en het is duidelijk wat er aan de hand is.

Afbeelding 5. Roestvast staal kunstwerk 'Liggende Zeilen' met zware roestvorming aan de onderkant van de elementen veroorzaakt door aerosolen vanuit een maritiem milieu (foto Paul Schmal).

Het verwijderen van vliegroest

Schoonmaakbedrijven zijn over het algemeen huiverig om vliegroest en theevlekken van roestvast staal te verwijderen omdat dit meestal met een mengsel van anorganische zuren moet gebeuren. Dit betreft veelal een oplossing van een weinig zwavelwaterstofzuur met fosforzuur. Deze receptuur werkt op zich prima maar is gevaarlijk voor mens en milieu. Ook is het bedreigend voor roestvast staal zodra deze chemicaliën te lang op het oppervlak aanwezig blijven. Niet alleen verdwijnt dan de roest maar ook het metaal wordt aangetast waardoor het oppervlak ruwer wordt. Vooral de korrelgrenzen raken dan preventief aangetast omdat deze door roosterfouten enigszins onedeler zijn. Het ruwer worden zorgt ervoor dat het roestvast staal weer sneller aangetast wordt. Een ander gevaar is dat resten van dit beitszuur achterblijven en die zullen dan ook voor een extra corrosieve belasting zorgen. Al met al zullen dit redenen zijn dat men niet staat te springen om dergelijke gecontamineerde oppervlakken te reinigen met deze agressieve zuren.

Afbeelding 6. Schematische voorstelling van de werking van tensiden in een detergent (tekening Innomet b.v.)

Uit bovenstaande beschouwing blijkt dat de poriën van roestvast staal niet schoon zijn. Indien dat wel het geval is zullen chloriden veel minder verwoestend werk kunnen doen. Daarom is het van belang dat deze gereinigd worden en dat kan alleen met detergenten die voldoende oppervlakteactieve stoffen bezitten. Dit betreffen zowel ionische als anionische tensiden. Deze tensiden zorgen ervoor dat de oppervlaktespanning van de vloeistof zo laag wordt, dat de bodem van de poriën wordt bereikt waardoor het vuil op kan lossen. Normaal gesproken hangt een waterige film als het ware over de metaaltoppen heen en komt het dus niet tot op de bodem (afbeelding 6). Daardoor kunnen deze niet afdoende gereinigd worden om zo corrosie onder deze vuilophoping te voorkomen. Er is de laatste jaren hard gewerkt aan de ontwikkeling van een niet agressief reinigingsmiddel dat ook het vermogen heeft het vuil tot diep in de poriën te reinigen. Omdat de bruine 'theevlekken' haast altijd basisch van karakter zijn (ijzerhydroxide), dient men in ieder geval met een zuur te werken om dit verwijderd te krijgen. Men volgt dan de volgende hoofdwet in de scheikunde: zuur + base à zout + water. Dat verklaart ook het gebruik van de anorganische zuren die hierboven zijn genoemd. Nu is er tegenwoordig een receptuur van organische zuren ontwikkeld die net zo krachtig uitwerken als de genoemde agressieve anorganische zuren. Naast deze organische zuren heeft men ook tensiden toegevoegd zodat het gehele oppervlak behandeld kan worden. In de praktijk wordt deze 'compositie' Innosoft B570 genoemd. Op afbeelding 7 ziet men het gebouw zoals getoond in afbeelding 1 waar een klein deel van de gevel met dit product is behandeld.

Afbeelding 7. Een klein deel is behandeld met het organische Innosoft B570 (foto Vecom b.v.).

Ook is er een product ontwikkeld dat de losgekomen drab grondig verwijdert en bovendien een beschermlaagje op nanoschaal achterlaat. Ook met dit product zijn bemoedigende resultaten behaald. Dat neemt niet weg dat een jaarlijkse of geregelde inspectie noodzakelijk is want de regel dat roestvast staal niet onderhoudsvrij is blijft uiteraard van kracht. Op afbeelding 8 ziet men een detail van een roestvast stalen draaideur die aan de kust besmet is geraakt door aërosolen. Laat men dit zitten, dan zal deze aantasting verder doorgaan. Zo zullen de kosten vele malen hoger worden, omdat dan de aangetaste delen op den duur vervangen dienen te worden.

Afbeelding 8. Roestvast stalen lijst van een draaideur aangetast door aerosolen en rechts dezelfde strip na behandeling met het organische zuur Innosoft (foto's Innomet b.v).

Vooral roestvaststaal gietwerk is extra gevoelig voor corrosie omdat het oppervlak ruwer is en ook is een gietstructuur in de regel meer ontvankelijk voor aantasting dan een gewalst oppervlak. Op afbeelding 9 ziet men een gegoten roestvaststalen glashouder die in de buurt van de kust staat opgesteld. Deze is verwerkt in een luifel en het is duidelijk dat deze delen de corrosieve belasting van de zee-invloed niet konden weerstaan. Ook het gevolg van deze aantasting was te verwijderen met dit organische zuur zoals men rechts kan zien. Toch zal de allerbeste oplossing zijn dat men een gietkwaliteit neemt die hoger gelegeerd is, want voorkomen is ook hier beter dan genezen. Het van te voren behandelen met een detergent met tensiden zal ook een bijdrage leveren om 'under deposit corrosion' tegen te gaan.