Passiviteit van roestvaststalen tanks
Publicatiedatum 2018
Roestvaststaal (RVS) in een elektrolyt (water met zout) gedraagt zich in het algemeen passief. Dat wil zeggen dat zich een uitermate dun beschermend laagje van chroomoxide op het oppervlak heeft gevormd. Roestvaststalen tanks in schepen, zeevaart en binnenvaart, bij het wegtransport en het railtransport worden met (grote) regelmaat geleegd en gereinigd. Tijdens het reinigen zal het oppervlak van het RVS zich weer herstellen en passief worden. De mate van passiviteit wordt gemeten met de Oxilyser3.
Jan Heselmans, Ironhaven BV
Wat is passiviteit van RVS?
Passiviteit kan heel goed gemeten worden in een laboratorium. Een proefplaatje RVS 304 wordt in een bekerglas gehangen met als tegenelectrode (om de stroom te laten lopen) een platinum elektrode. De electrochemische potentiaal (de spanning in mV) wordt gemeten met een Multimeter ten opzichte van een referentie electrode. In dit geval is de referentie elektrode een zogenaamde zilver/zilverchloride electrode (figuur 1). De waarde wordt uitgedrukt in mV Ag/AgCl hetgeen betekent millivolt t.o.v. een zilver/zilverchloride electrode. Deze drie electrodes gaan in een zogenaamde potentiostaat. De potentiostaat maakt het mogelijk om een scan te maken over een potentiaalgebied en tegelijkertijd de bijbehorende stroom te meten die loopt tussen de werkelectrode (het RVS) en de platinum tegenelectrode. In dit geval wordt een scan gemaakt van -500 mV Ag/AgCl naar +500 mV Ag/AgCl.
Figuur 1: Zilver/zilverchloride electrode.
Figuur 2: corrosie van staal in belucht water met een pH waarde van 7-9.
Met deze scan kan men de potentiaal uitzetten tegen de logaritmische stroom en aldus ontstaat een zogenaamde polarisatiescan of een E (potentiaal) log i (stroomdichtheid) diagram (figuur 3). De scan begint bij -500 mV met een negatieve stroom (negatieve stromen worden op een logaritmische schaal positief uitgezet want een logaritme van een negatief getal is niet mogelijk). De stroom, is kathodisch. De volgende reactie vindt plaats (bij leidingwater):
2 H2O + 4 e– + O2 → 4 OH
Gaat de scan verder omhoog dan komt men uiteindelijk uit bij de corrosie potentiaal. De stroom loopt naar 0 mA. De inwendige corrosiestroom kan men afleiden door beide takken te extrapoleren en bij het snijpunt bevindt zich de corrosiestroom. Met de Wet van Faraday kan dan de bijbehorende corrosiesnelheid worden uitgerekend.
Scant men nog meer positief dan komt de reactie die het RVS doet oplossen in beeld. Hiermee wordt bedoeld ijzer, chroom, nikkel en eventueel molybdeen, als voorbeeld de oplosreactie van ijzer:
Fe → 2 Fe 2+ + 4 e– (M)
Zie figuur 2 voor een schematische weergave van corrosie van gewoon staal, maar ook corrosie van RVS voor wat betreft het ijzerdeel in het RVS.
Bij RVS in leidingwater zal niet eerst het ijzer oplossen, maar eerst het chroom. De chroom-ionenen reageren met zuurstof uit het water en vormen direct een zeer goed hechtend, transparant, sluitend chroomoxidelaagje op het oppervlak van het RVS. De vorming van het chroomoxidelaagje is goed te meten in een laboratorium, zie figuur 3.
Figuur 3: E-log-i diagram (polarisatiescan) van RVS 304 in (belucht) leidingwater met een pH wwarde van pH 7,5.
Gaat men positiever in de scan dan komt men in het gebied met de maximale stroom. Hier vormt zich het chroomoxidelaagje. Doordat dit isolerende laagje zich vormt, zal de stroom teruglopen, hetgeen goed te zien is in figuur 3. Uiteindelijk wordt het gebied met de minimale stroom bereikt, het zogenaamde passieve gebied. Gaan men nog hoger dan zal er plaatselijk een doorbraak van de passieve film plaatsvinden, er ontstaat putcorrosie waardoor men in het trans passieve gebied aanbeland. Zo is passiviteit van roestvaststaal goed zichtbaar te maken in een laboratorium.
Meting passiviteit in het veld
Kan passiviteit van RVS (en dus ook activiteit) goed zichtbaar gemaakt worden in het veld? Ja, Ironhaven heeft hiervoor de Oxilyser ontwikkeld in 1993, thans 25 jaar op de markt. Er zijn reeds honderden Oxilysers verkocht over de gehele wereld. Van de USA tot Japan, China en Korea en natuurlijk in Nederland.
De Oxilyser meet volgens het principe zoals beschreven in dit artikel. Het instrument werkt met een Ag/AgCl referentie electrode die van kunststof gemaakt is om hem stootvast te maken. Tussen de referentie elektrode en het RVS moet een elektrolyt zitten, het elektrolyt ‘Oxilyser’. Om dit vast te houden wordt een filterpapiertje gebruikt. De stand ‘304’, ‘316’ of 2205/6-Mo wordt gekozen afhankelijk van de toegepaste legeringsgroep. De potentiaalwaarde in mV Ag/AgCl wordt omgezet in een gemakkelijk te lezen schaal van 0-100. De grenswaarde goed/niet goed ligt bij RVS 304 op 55, bij RVS 316 op 60 en bij duplex RVS 2205 of 6-Moly RVS op 65. Een LED rood/groen geeft aan afkeur/goedkeur zodat de interpretatie van de meetresultaten niet fout kan gaan.
Figuur 4: Oxilyser 3 voor passiviteitsmeting van RVS.
Toepassingen in de transportsector
Bij toepassingen denkt men natuurlijk als eerste aan het controleren van een beits en passiveerbehandeling. Maar gebleken is dat er een veel grotere markt bestaat, namelijk die van (reiniging van) RVS tanks. Het gaat hier dan vooral om RVS tanks in de scheepvaart, het wegtransport, railtransport en tankcontainers. Deze tanks bevatten vaak (licht) corrosieve stoffen, die geen probleem vormen voor kortdurend contact. Denk bijvoorbeeld aan sinaasappelsap of zwavelzuur. Toch hebben deze stoffen soms de tanks al geactiveerd. Na de reiniging wil de (nieuwe) klant zekerheid dat de tank integer en schoon is. Moet er gebeitst en gepassiveerd worden? Meestal is dit niet nodig. Met de Oxilyser kan bewezen worden dat de tank (een tijd) na de reiniging weer geheel gepassiveerd is en ‘fit for purpose’. Op deze wijze geeft de Oxilyer ook aan dat de kwaliteit van de tank goed is. Het is een kwaliteitsinstrument voor de integriteit van RVS transporttanks en van RVS opslagtanks. Steeds meer eindgebruikers, de chemische industrie, de voedingsmiddelen industrie, willen een kwaliteitscontrole met de Oxilyser. 