Alla korrosionsscenarion Flashcards
Korrosionsanalyserna är värda många poäng! Här är de alla samlade!
Kedjelänk (200118) (6p)
En kedjelänk har använts i havsmiljö under ett antal år. Den
är tillverkad i ett rostfritt stål som borde klara miljön. Länken har en diameter på 8 mm och det är rimligt att tro att den varit uppvärmd under någon del av tillverkningen för att stålet skall bli formbart. De mörka fläckarna på ytan är delvis smuts och inte kopplade till korrosionen. Däremot har det bildats ett hål i länken genom korrosion. Vid hög förstoring i elektronmikroskop kan man se hur ytan ser ut inne i hålet. I stort sett hela ytan ser ut som facetter som är lite över 100 mikrometer stora. Däremot syns det ingen tydlig korrosionsprodukt.
a) Vilken korrosionstyp har drabbat schackeln? Beskriv korrosionsmekanismen och hur den
drabbar rostfritt stål! (3.5p)
b) Hur kan man ändra materialets sammansättning för att undvika problemet? (1.5p)
c) Rent allmänt vilka legeringselement behöver ingå i rostfritt stål för att de skall klara korrosion i havsvatten? (1.5p)
a) Stålet har drabbats av korngränskorrosion. Vid uppvärmning av rostfritt stål kan det bildas kromkarbider längs med korngränserna. Eftersom krom är bundet i karbider, blir området runt korngränserna fattigt på krom. Detta hindrar bildandet av den skyddande passivfilmen, vilket gör korngränserna mer mottagliga för korrosion och hål i materialet kan då bildas.
b) Man kan dels ha en riktigt låg kolhalt (<0,02%) och dels legera med små halter av Nb och/eller Ti så att de bildas karbider av dessa ämnen istället.
c) Allt rostfritt stål innehåller minst 10-12% Cr. En tillsats av Ni ger bättre korrosionsegenskaper, 5-20% beroende på kvalitet. Med några procent Mo i materialet blir ökar motståndet mot kloridjoner vilket är nödvändigt i havsvatten.
Rostig kedja (210116) (9p)
En rostig kedja med relativt blank schackel har använts i
havsvatten under några år.
Schackeln som kan öppnas och stängas är tillverkad i ett rostfritt stål och har klarat sig relativt bra. Bortse från den korrosion som skett på schackeln. Kedjan är tillverkad i vanligt stål och var från början förzinkad, men allt Zn är nu borta. Det finns två länkar på kedjan som korroderat mer än de andra, den längst till vänster (i kontakt med schakeln) och den längst till höger (fäst i en stolpe). De har även visuellt blivit smalare.
a) Vilken korrosionstyp har drabbat länken längst till vänster?
Varför har länken närmast schackeln korroderat mer än de andra?
Beskriv korrosionsmekanismen! (3p)
b) Kedjan, som från början var längre, har suttit runt en stolpe i ungefär samma stål som kedjan. Den länk som korroderat mycket i höger ända av kedjan har varit i kontakt med stolpen och troligen rört sig lite med vågskvalpet. Rörelsen och krafterna har inte varit
tillräckligt stora för att mekaniskt nöta själva länken, men det finns minst två sätt som kontakten mellan stolpe och kedja kan ha påverkat korrosionen av kedjan.
Beskriv kort två sätt som stolpen kan ha accelererat korrosionen av kedjelänken i kontakt med stolpen! (3p)
c) En rostfri schackel kostar mer än en i förzinkat stål.
Varför är det bättre för användningen att ha en rostfri schackel ihop med kedjan? Vilken korrosionsmekanism vill man undvika? (2p)
d) Det finns två sätt att förzinka stål, galvanisering eller varmförzinkning.
Vilken skulle du rekommendera och varför? (1p)
a) Kopplingen till den rostfria schackeln har gett upphov till galvanisk korrosion med katodreaktion på schackeln och anodreaktion på länken. Var för sig har passiverat rostfritt stål högre korrosionspotential än vanligt stål eller zink. Även om jonledningsförmågan i saltvatten är relativt bra så blir den galvaniska effekten störst nära schackeln och längre bort blir det mest allmänkorrosion av kedjan. Schackeln har också en relativt liten yta så den kan inte ge någon snabb korrosion av en stor detalj som en hel kedja. Den galvaniska effekten kan också göra att Zn-skiktet försvinner snabbast på länken närmast schackeln.
b) Både Zn och Fe korroderar i miljön, men hastigheten begränsas av korrosionsprodukterna. Dessa är inte alls lika starka som metallen utan kan snabbt nötas bort mekanisk så ny metall friläggs och korrosionen av går snabbare. Rörelsen mellan kedja och stolpe kan dessutom ha gett stora skador på det tunna Zn-skiktet som skulle begränsa korrosionen av kedjan.
c) Schackeln är till för att öppnas genom att skruva ut den gängade stången. Hos vanligt stål skulle det snabbt bli spaltkorrosion i gängan så den blir svår att öppna.
d) Varmförzinkning kan ge väsentligt tjockare Zn-skikt vilket ger skiktet en längre livslängd och skulle därför rekommenderas.
Rostig cykel (220115) (6p)
På Rännvägen står en riktigt rostig cykel som ser ut att ha stått där länge. Korrosionsmekanismen är i grunden atmosfärisk korrosion som kan ha förvärrats av vägsalt. Lacken har antagligen också skadats eftersom delar av ramen är rostig. I den här frågan skall
vi titta närmare på ett par delar av cykeln.
a) Cylindern som förbinder ramen och styret har gjorts av stålrör med ett krom-nickel skikt som säkert glänste när cykeln var ny.
Beskriv principen för hur Cr-Ni-skiktet skall skydda stålröret mot korrosion och det angrepp som uppstår när skiktet skadas. (2 p)
b) Beskriv hur man åstadkommer ett Cr-Ni-skikt på en komponent i stål! (2 p)
c) Låt oss nu analysera cykelns fotstöd och en del av fälgen på bakhjulet. Bägge är tillverkade i aluminium men fälgen är nästan som ny medan fotstödet har korroderat väldigt mycket.
Vad kan man ha gjort med fälgen för att den skall få bättre korrosionsegenskaper? Beskriv kort och motivera! (2 p)
a) Krom-nickelskiktet passiveras och kommer då att ha en högre korrosionspotential än Fe. Skiktet ger därmed ett anodiskt skydd med ett katodiskt skikt. Så länge skiktet är intakt kommer varken skiktet eller stången att korrodera aktivt. Om det blir skador i skiktet kommer däremot Fe att bli anod och korrodera med en från början liten anodyta som ger ett relativt snabbt angrepp. Samtidigt är elektrolyten en tunn hinna fukt på ytan med begränsad jonledningsförmåga så den effektiva katodytan blir inte alltför stor.
I det här fallet har angreppet brett ut sig, antingen för att det funnits många defekter i skiktet, eller för att angreppet växer i gränsen mellan skikt Fe så att skiktet flagnar. Utbredningen har inte diskuterats i kursen.
b) Elektrolytisk metallbeläggning används för att skapa skikt av en metall på en annan. Den metall som skall beläggas stoppas ner i ett surt bad med joner av den metall man vill belägga med, t.ex. Cr3+. En potential kopplas in så att man får en katodreaktion med reduktion av metalljoner på metallens yta, t.ex. Cr3+ + 3e- ➔ Cr. Man behöver ha en jämn strömfördelning i över komponentens yta för att få ett jämnt skikt.
c) Aluminiums korrosionsegenskaper kan förbättras genom anodisering. Komponenten kopplas som anod i ett bad med svavelsyra så att det bildas ett tjockt skikt med hård aluminiumoxid. Skiktet ger dessutom bra nötningsegenskaper vilket kan vara bra när man skall trycka bromsklossar på fälgen i en miljö med mycket grus och sand. Aluminium kan passiveras, men aluminium som legerats med t.ex. Cu får inte jättebra korrosionsegenskaper. Därför kan olika aluminiumlegeringar ha olika korrosionsegenskaper – även utan anodisering.
Slängklämma (230114) (6p)
En slangklämma i rostfritt stål med 18% Cr och 8 % Ni används för att montera inluftsslangen på en motor. För att det inte skall läcka spänns klämman med ett relativt högt åtdragningsmoment. Efter en relativt kort tid i drift går slangklämman sönder som man ser på bilden. Runt brottet ser man rester av vad som verkar salt. När man undersöker haveriet ser man att brottytan ser ut som ett sprödbrott trots att det är ett material med hög duktilitet.
a) Det är troligt att slangklämman drabbats av en viss korrosionsmekanism, vilken? Motivera ordentligt! (2 p)
b) Ge två motiverade förslag på vad man kan göra för att kunna fortsätta använda en slangklämma i rostfritt stål i den här
miljön? (2 p)
c) Beskriv kort en annan korrosionsmekanism som det här stålet möjligen kan drabbas av i miljön och föreslå hur man kan ändra legeringens sammansättning för att undvika den mekanismen. (2 p)
a) Spänningskorrosion drabbar material i vissa miljöer där konstant last och miljö samverkar. Drabbar speciellt material på gränsen till att passiveras. Brottytorna ser ut som sprödbrott.
b) Här skall miljön vara oförändrad så man kan ändra last eller miljö.
Om man vill dra åt med en viss kraft kan man öka dimensionerna för att minska dragspänningen. Man kan byta till ett rostfritt stål som klarar spänningskorrosion bättre. Den givna Ni-halten är bland de mest känsliga så högre eller lägre Ni-halter blir mindre känsligt.
Duplexa rostfria stål är speciellt bra när last och kombineras med en korrosiv miljö.
c) Stålet innehåller inget Mo och är därmed känsligt för gropfrätning i den här miljön. Med fukt under slangklämman skulle det också kunna uppstå spaltkorrosion.
Rännvägen (240405) (6p)
Institutionen har bl.a. lokaler på Rännvägen. Fasaden är klädd med stålplåt som man målat för att skydda den mot korrosion.
a) Beskriv grunderna i atmosfärisk korrosion! Vad är det för faktorer som gör att olika metaller kan korrodera snabbt utomhus i Göteborg? Du behöver inte gå in på vilka faktorer som påverkar vilken metall. (2 p)
b) Vid en renovering monterade man tre nya konstruktioner på fasaden:
- Solskydd i aluminium
- Skärmtak med stöd i rostfritt stål
- Trappräcke i varmförzinkat stål
Vad är det som gör att var och en av dessa konstruktioner kan få en rimlig livslängd utan att målas? (3 p)
c) En av konstruktionerna får en förhoppningsvis lång men likafullt begränsad livslängd, vilken och varför? Vad är det som bestämmer livslängden ur konstruktionens synpunkt, alltså inte
miljöfaktorer? (1 p)
a) En elektrolyt bildas vi 100% RH på rena metaller. I närvaro av salter och smuts bildas elektrolyt vid lägre RH så angreppet kan pågå under längre tid. Vanliga föroreningar med stor inverkan är Cl - , SO2 och Nox.
b) Både aluminium och rostfritt stål klarar sig genom att metallerna passiveras. På aluminiumkonstruktioner utomhus är skyddet ofta förstärkt genom anodisering. Zink är oädlare än Fe men korroderar relativt långsamt i utomhusmiljöer.
c) Zinkskiktet förbrukas genom ett långsamt angrepp. Livslängden påverkas i hög grad av skiktets tjocklek.
Elskåp (240826) (6p)
Långt ner på en kraftledningsstolpe på landsbygden sitter ett elskåp. Skåpet är gjort av förzinkad omålad stålplåt. Nedan skall du svara på hur korrosionen påverkas av några olika faktorer. Utgå från att det ibland finns en fuktfilm på skåpet som gör att det korroderar, men
att zinkskiktet gör att korrosionen går långsamt. Detta är alltså inte en fråga om atmosfärisk korrosion.
a) Skåpet är skruvat ihop av lösa plåtar. Man har använt sig av skruv i rostfritt stål. Hur blir korrosionen i närheten av skruven på dels kort och dels lång sikt?
b) Skåpet är monterat på stolpen med hjälp av några beslag som också är gjorda av förzinkat omålat stål. Beslagen har skruvats ihop med hjälp av skruv i obehandlat stål. Hur blir korrosionen i närheten av skruven på dels kort och dels lång sikt?
c) Traktens odågor har sprayat text på skåpet med vanlig spraylack.
Hur påverkar graffitin korrosionen av skåpet. Bortse från eventuella reaktioner mellan färgen och skåpet.
a) Passiverat rostfritt stål har högre korrosionspotential än Zn => skruvarna blir små katoder. Jontransport i den tunna fuktfilmen begränsar angreppet på Zn till små områden nära skruvarna. När Zn-skiktet närmast skruvarna är borta kommer frilagt Fe att vara anodiskt relativt skruvarna => Fe anod, dvs plåten rostar runt skruvarna. Långt från skruvarna fås allmänkorrosion av Zn.
b) Fe är ädlare än Zn. Inledningsvis kan skruvarna vara skyddade av Zn-skiktet som blir anodiskt. Eftersom skyddet bara verkar över korta avstånd pga. den begränsade jonledningen kommer allmänkorrosion av skruvarna snart att uppstå.
c) Färgen begränsar syres tillträde så att korrosionen bromsas/upphör under färgen.
