Korrosion
Korrosionsskyddande beläggningar
Alla konstruktionsmetaller korroderar om de exponeras i en miljö de är känsliga för. Det enda undantaget är guld som inte angrips i någon naturlig miljö och som därför kan förekomma i naturen i ren form. För att skydda konstruktioner mot korrosion finns olika lösningar. Man kan enkelt indela de olika typerna av skydd i tre kategorier:
Barriärskikt
Barriärskikt skyddar underliggande material genom att, som namnet anger, bilda en barriär mot omgivningen. Det kan utgöras av organiska skikt, lack eller plastbeläggningar, eller metallskikt som har avsevärt lägre korrosionshastighet eller inte angrips alls i den aktuella miljön.
Viktigt för denna typ av beläggningar är att de är täta och har god vidhäftning till grundmaterialet så att underkorrosion försvåras. Utgörs beläggningen av ett metallskikt som är ädlare än basmetallen är detta särskilt viktigt. Angrepp i porer, sprickor eller andra skador kan försvåras genom galvanisk korrosion från metallbeläggningen.
Typiska exempel på barriärskikt är metallbeläggningar med olika typer av koppar, nickel eller krom samt anodisering av aluminium.
Katodiska skyddsskikt
Katodiska skyddsskikt skyddar underliggande material genom att, som namnet anger, ge det ett katodiskt skydd. Man uttrycker det ofta som att ”beläggningen offrar sig för grundmaterialet”. Det är då inte lika viktigt att skiktet är porfritt och oskadat då även obelagda ytor skyddas.
De i särklass vanligaste skyddsskikten av detta slag utgörs av metallbeläggningar med zink eller zinklegeringar samt organiska skikt med zink/aluminium-partiklar (flakes).
Passivitet
Passivitet innebär att det på metallytan bildas en passivfilm, vanligen oxid, som skyddar metallen från att korrodera. De flesta metaller gör detta om miljön är den rätta.
Vissa metaller som krom, aluminium och titan, som annars är att betrakta som oädla, bildar spontant passivfilm då de exponeras för syret i luft och är därför kända som tåliga mot korrosion i många miljöer. Exponeras de däremot för ämnen som bryter passivfilmen kan korrosion gå fort. Salthaltig miljö bryter passivfilmen på aluminium och klorider i kombination med starka syror passivfilmen hos krom och titan.
Passivering kan göras som ytbehandlingsoperation på de flesta metaller för att förstärka korrosionsbeständigheten. Detta görs ofta som slutbehandling efter metallbeläggning eller som enskild operation på gods av zink, aluminium eller magnesium.
Ett exempel på ytbehandling som utnyttjar alla tre typer av skydd är förzinkning.
Zinkskiktet utgör ett barriärskikt då korrosionshastigheten för zink i vanlig atmosfärisk miljö är 50 till 200 gånger långsammare än för stål.
Förekomsten av zink på ytan ger katodiskt skydd och det färdiga zinkskitet passiveras oftast för att fördröja starten av korrosion av zinkskitet.
Korrosionsprovning
Fältprovning har varit och är fortfarande den traditionella metoden att verifiera korrosionsegenskaperna hos nya material och beläggningar. Fältprovningsstationer är vanligen placerade på platser med aggressiv atmosfär som nära havskuster eller i industriområden men finns även på platser med ur korrosionssynpunkt mycket mild miljö.
Fältstationer i Sverige
I Sverige finns t.ex. fältstationer för marin miljö på Bohus Malmön vid västkusten (se vidstående bilder), för stadsmiljö i Stockholm och för lantmiljö i Enköping (Ryda).
Tidigare har en station för industriell miljö varit belägen vid Rönnskärsverken i Skelleftehamn men denna drivs ej längre. Swerea förfogar dock över fältstationer för industriell miljö i Singapore och Kina.
Generell verifiering
Fältstationerna kan vara användbara för mer generell verifiering av ett materials eller beläggningssystems korrosionsegenskaper i respektive miljö.
För en specifik produkt är det dock mer relevant att om möjligt utföra provningen under drift i dess egentliga applikation och i den/de miljö(er) som anses mest påfrestande.
Provning i driftsituationer kan dock ta längre tid än vad som kan tillåtas t.ex. innan lansering av en produkt. Att då prova kortare tid än produktens planerade livslängd och göra noggrann analys av påverkan för att kunna prediktera utfallet kan då vara en framkomlig väg för verifiering av produkten.
Resultat till livslängd
Vad som efterfrågats under alla år som accelererade korrosionsprovningsmetoder funnits är hur man översätter ett provningsresultat till livslängd i en viss driftsituation och miljö. Några sådana verktyg för generell användning finns inte.
Provningsmetoder har dock utvecklats under senare år från att ha varit kvalitativa till att bli mer kvantitativa och detta har i viss mån ändrat förutsättningarna för kvalificering av nya produkter.
Moderna system för styrning har resulterat i bättre reproducerbarhet vid korrosionsprovning och utveckling av bättre metoder för bedömning och karaktärisering av provningsresultatet har ökat förmågan att tolka resultatet mot exponering av detaljen i dess applikation. Det är dock av yttersta vikt att denna utvärdering görs av väl kvalificerad personal.
Någon generell ”översättningstabell” mellan exponeringstid i det accelererade testet mot drifttid i en produkts egentliga applikation finns fortfarande inte. Det är också viktigt att känna till att de olika provningsmetodernas påverkan på olika beläggningssystem kan variera avsevärt, i synnerhet om jämförelsen görs mellan olika typer av skyddsmekanismer (barriärskikt, katodiska skyddsskikt eller passivitet).
Ett system som klarar ett korrosionsprov bättre kan vara avsevärt sämre i sin verkliga applikation. Val av provningsmetod och tolkning av provningsresultat måste därför göras noggrant.
Råd för val av korrosionsprovningsmetod finns i: SS-ISO/TR16335:2013 – Vägledning för val av accelererad korrosionsprovning för produktkvalificering.
Olika provningsmetoder
Utveckling av metoder för accelererade korrosionsprov har bedrivits under lång tid. Huvudsakliga parametrar för att accelerera korrosionsförloppet har varit:
- Temperatur
- Fukt
- Salter
- Aggressiva gaser
- Strålning
En målsättning har givetvis varit att så snabbt som möjligt få ett provningsresultat. Tyvärr har det visat sig att det finns en motsättning mellan acceleration och relevans mot utfall vid exponering i naturliga miljöer. T.ex. kan tillförsel av aggressiva gaser medföra att pH i systemet sänks till en så låg nivå att helt andra kemiska reaktioner sker än de som är naturligt förekommande.
SS-ISO/TR16335 delar in de olika sätten att utföra korrosionsprov i olika kategorier enligt nedan:
Typ av prov *
- Kontinuerlig saltdimma
Exempel på standard**: ISO 9227; IEC 60068 - Provning med alternerande doppning i saltlösning följt av torkning eller intermittent besprutning med saltlösning
Exempel på standard**: ISO 11130 - Provning med cyklisk variation av luftfuktighet (torrt/fuktigt) som även omfattar sekvenser med besprutning med saltlösning
Exempel på standard**: ISO 11474; ISO 14993; ISO 11997-1; ISO 11997-2; ISO 16151; ISO 16701; ISO 20340; IEC 60068-2-52 - Provning med kontinuerlig exponering i atmosfärer med låga koncentrationer av korrosiva gaser och hög luftfuktighet även omfattande sekvenser med torkning och korta perioder med besprutning med saltlösning
Exempel på standard**: ISO 10062; IEC 60068-2-60 - Provning med kontinuerlig exponering i atmosfärer med högre koncentrationer av korrosiva gaser och hög luftfuktighet även omfattande sekvenser med torkning och korta perioder med besprutning med saltlösning
Exempel på standard**: ISO 21207 - Provning i hög luftfuktighet
Exempel på standard**: IEC 60068-2-78; IEC 60068-2-30; NT ELEC 025 (med kondenserande fukt)
* Endast en uppdelning i olika typer av prov, benämningarna utgör ingen gradering av provens svårighetsgrad
** Endast ISO- och IEC-normer anges i ISO-dokument, många andra provningsnormer från organisationer och företag används
Klimatprovning
Provning i klimatskåp kan göras med konstant luftfuktighet och temperatur eller cykliskt med kondenserande fukt. För vissa metoder görs även tillsats av korrosiva gaser (SO2, NOx, H2S, NH3, Cl2, etc).
Denna typ av prov är mer vanliga för komponenter i applikationer för el och elektronik där detaljerna exponeras inomhus eller skyddade utomhus. Avsikten är att simulera variationer i relativ luftfuktighet och temperatur samt vanligen även kondenserande fukt.
Provning för specifik miljö
För provning av komponenter som utsätts för någon mer specifik miljö kan tillsatser av ämnen som är besvärande ur korrosionssynpunkt göras, exempelvis:
- Svaveldioxid och kväveoxider för att efterlikna miljö som förorenas av förbränningsgaser från fossila bränslen
- Svavelväte för miljöer i närhet av petrokemisk, pappers- eller stålindustri, biogasanläggningar eller närhet till miljö med ruttnande organiskt material, vattensjuka oråden (kärr etc.) eller boskapshållning
- Kväveoxider för kontroll av porositet i ädelmetallskikt på kopparbasmaterial
Denna typ av prov kan användas för i stort sett alla metaller och olika typer av beläggningar för att undersöka inverkan av korrosionsbefrämjande ämnen.
Det är dock viktigt att beakta att är den miljö man vill efterlikna mer komplex kan synergism mellan olika ämnen bidra till stora variationer i aggressivitet.
Kesternich-provet
En speciell provning av denna typ är det s.k. Kesternich-provet som togs fram av Volkswagens korrosionslaboratorium. Det är avsett att simulerar surt regn eller industriell atmosfär för att utvärdera den relativa korrosionshärdigheten hos beläggningen och substrat.
Komponenter eller paneler exponeras i en speciellt utformad kammare och exponeras under dygnscykler, 8 h vid förhöjd temperatur och fukt som surgjorts SO2 och 16 h med skåpet öppet.
Testet har varit vanligt, och då i synnerhet som krav på komponenter till Volkswagen, men kritiserats då den höga svaveldioxidhalte gjort att angreppet mer varit fråga om frätande syra än atmosfärisk korrosion i industrimiljö.
Tillämpliga normer
ISO 10062
Corrosion test in artificial atmosphere at very low concentration of polluting gas(es)
SS-EN ISO 10062
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär vid mycket låga halter av gasformig(a) förorening(ar)
SS-EN ISO 6988
Svaveldioxidprovning med allmän kondensation av fukt (Kesternich)
DIN 50018
Testing in a saturated atmosphere in the presence of sulphur dioxide
NSS – Neutral saltdimsprovning
NSS är en artificiell provningsmetod för att bestämma korrosionshärdigheten hos ytbeläggningar och metaller. Det är troligen den äldsta och vanligast tillämpade metoden för accelererad korrosionsprovning världen över.
Provets process
Detaljerna utsätts under provningen för nedfall av en bestämd mängd saltdimma av 5% saltlösning. Provet löper kontinuerligt under en bestämd tid och vid konstant temperatur (35°C). Metoden är effektiv när det gäller att detektera avvikelser som sprickor och porer i barriärskikt, i synnerhet om skiktet utgörs av en metall ädlare än basmaterialet. Korrosionsprodukter kommer då att ”blöda ut” och missfärga ytan på provet.
Användingsområde
Metoden används företrädesvis för processkontroll när kravet fastställts baserat på prov i drift eller mer kvalificerade prov och bedömningar.
Provningsmetoden bör endast användas för jämförelse mellan produkter med likartad funktion och exponering och med material och beläggningar av samma typ.
Resultat
För beläggningar som utgör ett katodiskt skydd blir metoden mer ett mått på hur fort skiktet bryts ned eller skyddseffekten hämmas så att det katodiska skyddet ej upprätthålls.
Vid provning av lackerade produkter är det främst ett prov av skiktets vidhäftning och systemets förmåga att förhindra utbredning av korrosion vid skador i lackskiktet.
Provningsresultat har sällan god korrelation mot en komponents exponering i drift.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 9227
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär – Saltdimsprovning
ASTM B117
Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus
Volvo STD 423-0010
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär – saltdimsprovning
AASS – Sur saltdimsprovning
AASS är en provningsmetod för korrosionshärdighet som utförs på samma sätt som NSS men där saltlösningen som objekten besprutas med har surgjorts med ättiksyra ner till pH 3,1 – 3,3. Metoden lämpar sig för processkontroll vid provning av beläggningar med dekorativt nickel plus krom.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 9227
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär – Saltdimsprovning
Volvo STD 423-0010
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär – saltdimsprovning
CASS – Kopparaccelererad sur saltdimsprovning
CASS är en provningsmetod för korrosionshärdighet som utförs på samma sätt som NSS men där saltlösningen surgjorts som i AASS och dessutom har en tillsats av kopparklorid. Förekomsten av koppar gör provet mer aggressivt då den kemiskt aktiva ädlare metall driver på korrosionen.
Metoden
Metoden används liksom AASS för processkontroll för provning av beläggningar med dekorativt nickel plus krom men även för provning av anodiseringsskikt på aluminium, metalliserade plastprodukter samt t.ex. för korrosionshärdigheten på lättmetallfälgar till personbilar.
Liksom för ovan beskrivna metoder för saltdimsprovning bör påpekas att provningsresultaten sällan god korrelation mot en komponents exponering i drift. Metoden bör endast används för processkontroll.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 9227
Korrosionsprovning i artificiell atmosfär – Saltdimsprovning
ASTM B368
Test method for copper-accelerated acetic acid-salt spray (fog) testing (CASS Test)
SCAB
Det s.k. Scab-testet är en metod där testföremålet exponeras utomhus samt besprutas med saltlösning med regelbundna intervall. Det utvecklades ursprungligen i samarbete med Volvo i syfte att simulera den miljöpåkänning som detaljer exponerade kustnära utsätts för.
Metoden
Metoden har använts för provning av lacksystem, metallbeläggningar och ytomvandlingsskikt på stål och aluminium men har idag i stort sett ersatts av modernare metoder av typen CCT.
Trots att det är fråga om utomhusexponering är det ej lämpat för kvalificering av komponenter utan bör endast användas för jämförelse mellan produkter med likartad funktion och exponering och med material och beläggningar av samma typ.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 11474
Accelererad utomhusprovning genom intermittent besprutning med saltlösning (Scab-provning)
Cyklisk korrosionsprovning (CCT Cyclic Corrosion Test)
Denna typ av provning har under senare år utvecklats av många organisationer och företag. Proven består av cykler med saltdimma, kondenserande fukt respektive lägre relativ luftfuktighet, olika temperaturer samt i vissa fall även UV-bestrålning. Denna typ av provning anses ha bättre korrelation mellan provningsresultat och exponering i verklig drift.
Man bör dock även för denna typ av provning vara försiktig med att använda den för jämförelse av korrosionshärdighet hos detaljer med olika funktion eller med annan typ av kombination av grundmaterial och korrosionsskyddande beläggning. Metoderna är vanlig för provning av lackssystem samt för katodiska skyddsskikt som zink och zinklegeringar samt beläggningar med ”flakes”.
Nordtestet
Nordtestet ett exempel på denna typ av cyklisk klimatprovning för att bestämma olika ytbeläggningars korrosionshärdighet. Metoden används bland annat för certifiering av byggskruv. Godkännande ger möjlighet att märka fästelement med erhållen korrosionsklass (C3 alt. C4).
Tillämpliga normer
SS-ISO 14993
Korrosion hos metaller och legeringar – Accelererad provning innefattande cyklisk exponering i saltdimma, torr atmosfär och fuktig atmosfär
SS-EN ISO 11997-1
Bestämning av korrosionsskyddsförmåga under cykliskt varierande betingelser – Del 1: Våt (saltdimma)/torr/fuktig atmosfär
SS-EN ISO 11997-2
Bestämning av korrosionsskyddsförmåga under cykliskt varierande betingelser – Del 2: Våt (saltdimma)/torr/fuktig atmosfär samt UV-ljus
SS-EN ISO 16151
Accelererad cyklisk provning innefattande exponering i surgjord saltdimma, torr och fuktig atmosfär
SS-EN ISO 16701
Accelererad korrosionsprovning genom exponering under kontrollerade förhållanden avseende fuktcykling och intermittent besprutning med saltlösning
SS-ISO 21207
Accelererad korrosionsprovning genom omväxlande exponering för korrosiva gaser, neutral saltdimma och upptorkning
VDA 621-415
Cyclic corrosion testing of materials and components in automotive construction
VDA 233-102
Cyclic corrosion testing of materials and components in automotive construction
ACT – Accelerated Corrosion Test
ACT är en typ av cyklisk klimatprovning för att bestämma olika ytbeläggningars korrosionshärdighet. Metoden har utvecklats i samarbete med fordonsindustrin i Sverige för att efterlikna verkliga korrosionsförlopp på ett mer naturtroget sätt än vad tidigare metoder gjort. Provobjekten utsätts för en testcykel som skall simulera nederbörd samt variationer i relativ luftfuktighet och temperatur. Dessa metoder används idag i stor utsträckning av den Svenska fordonsindustrin och har på senare tid i stort sett ersatt saltdimsprovning för komponentprovning.
Tillämpliga normer
ISO Standard ännu ej fastställd
ACT
Volvo STD 423-0014 Accelererad korrosionsprovning
VCC VCS 1027,149 Accelererad korrosionsprovning
ACT II
VCS STD 1027,1449 Accelerated corrosion test, version II – ACT II
Dip Test
Diptestet är en växeldopptest utvecklad för korrosionsprovning av rostfria eller aluminiumdetaljer samt för korrosionsprovning av lackerade komponenter.
Sammansättningen av den lösning i vilken provet doppas kan variera beroende på vad de aktuella detaljerna utsätts för, exempelvis ”skvalpzonen” i marina miljöer, avisningslösningar, sura saltmiljöer etc.
En specifik metod finns även för kontroll av bordsbestick.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 11130
Korrosion hos metaller och legeringar – Provning genom omväxlande doppning i saltlösning
SS-EN ISO 8442-2
Krav på bestick av rostfritt stål och silverpläterade bestick
