Thermisch gespoten aluminium als corrosie bescherming in Offshore
Als er één omgeving te bedenken is waar corrosie altijd een grote invloed heeft, dan is het wel in de offshore. Contructies in deze omgeving (bijvoorbeeld booreilanden) zijn vaak immens groot en veelal in staal uitgevoerd.
Staal
Staal is kunstmatig door de mens gefabriceerd uit ijzererts. Staal zal altijd van nature willen herstellen naar z’n oorspronkelijke natuurlijke vorm, ijzererts. Dit natuurlijke herstel proces, corroderen genoemd, zal continue doorgaan tot de natuurlijke vorm weer is hersteld.
Corrosie
Corrosie ontstaat als er aan de vier parameters voor een corrosie-cel, bestaande uit condities en elementen, wordt voldaan.
Er moet sprake zijn van:
• Anodisch materiaal
• Kathodisch materiaal
• Geleidende verbinding (tussen anode en kathode, nodig voor electronen transport)
• Een elektroliet (nodig voor ionen transport)
Door het productieproces van staal ontstaan drie van de vier parameters voor een corrosie-cel in het staal. Staal is geen perfect uniform en homogeen materiaal, en bestaat feitelijk daardoor uit ontelbare kathodes en anodes. Daarnaast is staal tevens een hele goede stroom geleider.
Plaats staal in een vochtige omgeving (lees elektroliet) en aan alle vier de parameters van een corrosie-cel is voldaan. De corrosievorming op zee wordt nog eens versneld door de hoge activiteit (beweging) in het zeewater alsook de aanwezige zouten. Deze zouten zetten zich af op de staal constructie en zorgen door het osmotische karakter van zout voor nog eens meer aantrekking van vocht op de staalconstructie.
Corrosie bescherming:
Voor het vertragen van corrosie zijn er diverse vormen van corrosie bescherming. Alle corrosie beschermende handelingen zijn er op gericht één of meer van de corrosie bepalende parameters van een corrosie-cel weg te nemen of te elimineren. Voorbeelden van corrosie bescherming:
• Specifieke ontwerp aanpassingen (in staal constructies)
• Corrosie remmers (vaak in gesloten vloeistof systemen zoals koelsystemen)
• Specifieke materiaal keuze (bijvoorbeeld gebruik van roestvast staal)
• Kathodische bescherming (plaatsen van opofferings anodes, bijvoorbeeld zink-anodes)
• Coatingsystemen
• Aanpassing omgevingsomstandigheden (klimaat regeling in gesloten ruimtes)
Roest vast staal, RVS (Stainless Steel)
RVS is een staalsoort die in een maritieme omgeving specifiek wordt gekozen vanwege de minimale anodische en kathodische eigenschappen. Het “roest vast” maken van staal verandert niet alleen de corrosiebestendigheid. De eigenschappen met betrekking tot sterkte, broosheid en hitte bestendigheid worden ook beïnvloed.
Er is een grote variéteit aan RVS-soorten op de markt met elk hun eigen specifiek eigenschappen:
• Austenitisch RVS
• Ferritisch RVS
• Martensitisch RVS
• Duplex RVS (Combinatie van austenitisch en ferritisch RVS)
Pijpleidingen
In de offshore zien we steeds vaker het gebruik van RVS en Duplex-RVS pijpleidingen. Vanwege de risicovolle vloeistoffen die door deze pijpleidingen lopen wordt meer en meer voor duurzaam RVS materiaal gekozen welke een langdurige corrosiebestendigheid verzekeren.
Echter toch worden eigenschappen als sterkte en broosheid nog beïnvloed door langdurig blootstelling (bijvoorbeeld >20 jaar) aan maritieme omgevingsomstandigheden. 
Coaten met aluminium
Aluminium is een uitstekend materiaal om RVS en Duplex RVS te beschermen tegen omgevingsomstandigheden. Een eenvoudige methode is het inpakken van RVS pijpleidingen in aluminium folie. Deze methode is echter minder geschikt in een maritieme omgeving vanwege de onderhoudsgevoeligheid. Een alternatief hiervoor is het thermisch spuiten van aluminium.
Thermisch spuiten (Thermal Spraying)
Thermisch spuiten is een techniek waarbij het toe te voegen materiaal (in dit geval aluminium) gesmolten of verhit wordt en met hoge snelheid wordt gespoten op een substraat. Het smelten van het aluminium kan op verschillende manieren gebeuren. Dit kan in een las-boog, een vlam of een plasma.
TSA (Thermal Sprayed Aluminium) wordt vaak aangebracht door middel van elektrisch draadspuiten. Twee tegengesteld elektrisch geladen aluminium draden worden samengevoegd waarbij een vlamboog ontlading plaats vindt. De hitte van deze vlamboog zorgt voor het smelten van het aluminium, wat vervolgens door perslucht met hoge snelheid wordt gespoten op het te behandelen substraat.
De kwaliteit van de TSA laag wordt door diverse parameters bepaald waaronder de temperatuur van de las-boog, de luchtdruk, de spuitafstand, de spuithoek en de temperatuur van het substraat. Kwaliteitscontrole van de coating richt zich op:
• Porositeit
• Oxide gehalte
• Macro- en microhardheid
• Hechting
• Oppervlakte ruwheid
• Laagdikte
Laagdikte
De laagdikte van een TSA-laag op RVS (of Duplex RVS) is één van de kwaliteitsindicatoren voor het voldoende gesloten zijn van de TSA-laag.
Alhoewel de TSA-laag een open structuur betreft kan bij een laagdikte van >250µm er van uit worden gegaan dat de laag voldoende gesloten is. Om meer zekerheid te hebben wordt naderhand nog een dunne “nevel” gespoten laklaag aangebracht om openstaande poriën in de TSA-laag te sluiten.
Laagdiktemeting
TSA op Duplex RVS
De laagdikte van een TSA-laag op Duplex RVS kan in theorie worden gemeten met een standaard magnetisch inductieve laagdiktemeter van bijvoorbeeld Fischer. De TSA-laag betreft een non-ferro laag , welke is aangebracht op een Ferro ondergrond. Echter, omdat de Duplex RVS bestaat uit ferritisch en austenitisch RVS, niet homogeen verdeeld, zal de laagdiktemeting niet stabiel blijken.
TSA op RVS
De laagdikte van een TSA-laag op RVS kan niet met een standaard wervelstroom laagdiktemeter worden gemeten. Immers RVS alsook de TSA-laag gedragen zich non-ferro.
Fischer Phascope® PMP10: Fasegevoelige wervelstroom
Fasegevoelige wervelstroom is geschikt voor meting van TSA op RVS (of duplex RVS). Het is een door Fischer ontworpen variant op de standaard wervelstroom methode.
Bij deze methodiek kan het elektrische signaal afkomstig van de meetsonde worden gezien als een vector met variabele amplitude en variabele fase hoek (afgekort fase). De laagdikte van een non-Ferro TSA-laag zorgt voor een resulteren amplitude alsook voor een resulterende fase. Fischer heeft in de Phascope® PMP10 de fase draaiing uit gezet in een ijk-lijn waardoor de laagdikte uitstekend kan worden bepaald.
Kalibratie
Een correctieve kalibratie van een Phascope® PMP10 moet worden uitgevoerd met werkelijke TSA-lagen. Doordat de meter z’n meetsignaal baseert op de geleidbaarheid van de TSA-laag, kan niet gekalibreerd worden met de bij laagdiktemeters gebruikelijke plastic folies. Met een juiste kalibratie kan in het meetbereik van 100µm tot 600µm accuraat worden gemeten.
Voor het doorlopen van een complete correctieve kalibratie (op bijvoorbeeld RVS), moeten de volgende materialen voor handen zijn:
• Substraat: Blank RVS
• Saturatie: TSA materiaal >1mm
• Standaard 1:TSA op RVS met een bekende laagdikte van +/- 100 µm
• Standaard 2:TSA op RVS met een bekende laagdikte van +/- 600 µm
• Eventueel een controle sample van +/- 250µm
Helmut Fischer Meettechniek BV
Fischer ondersteunt u in het oplossen van uw kwaliteitsvraagstukken. Wenst u meer informatie over de Phascope® PMP10, neem dan contact op met Helmut Fischer Meettechniek BV, Tarasconweg 10, 5627GB Eindhoven. Telefoon: 040-2482255. n