In vorige artikelen hebben we gezien hoe corrosie de levensduur van een constructie kan beïnvloeden en hoe deze evolueert met de omgevingsomstandigheden (corrosion basics #1, algemeenheden). We hebben ook een overzicht gemaakt van de belangrijkste soorten corrosie (Corrosion Basics #2, Main Types of Corrosion). In dit derde artikel richten wij ons ditmaal op oplossingen voor corrosiebescherming.

Het ongelegeerde staal waaruit de meeste van onze bevestigings- en ondersteuningssystemen zijn vervaardigd, vereist corrosiebescherming. In de meeste omgevingen is de corrosiesnelheid van koolstofstaal (doorgaans ongeveer 20 µm/jaar in een landelijke buitenomgeving en oplopend tot meer dan 100 µm/jaar in kustomgevingen) over het algemeen te hoog voor toepassingen in de open lucht. Met dit materiaalverlies wordt in de ontwerpfase meestal geen rekening gehouden. Daarom bieden wij een breed gamma staalproducten die aangepast zijn om corrosie te bestrijden.

1-FOSFATEREN :

Het staal wordt ondergedompeld in een zure oplossing met metaalfosfaatzouten (Zn, Fe). De oplossing reageert met het oppervlak van het staal en vormt een microkristallijne fosfaatlaag op het oppervlak. Dit resulteert in een ruw oppervlak met uitstekende olieretentie-eigenschappen. De voor corrosiebescherming aangebrachte olie blijft op het oppervlak en biedt bescherming tijdens het vervoer en verhoogt enigszins de totale corrosiebescherming. Deze producten kunnen alleen worden gebruikt in droge binnenomgevingen. Dit is de beschermingsmethode die wordt gebruikt voor onze enkelvoudige gipsplaatschroeven.

2-COATINGS VAN ZINK :

Zink is een uitstekende keuze voor corrosiebescherming van staal. De corrosiesnelheid van zink is meer dan tien keer lager dan die van staal, met ongeveer 0,5 µm/jaar in landelijke/stedelijke omgevingen en oplopend tot 5 µm/jaar in kustomgevingen. Behalve een lagere corrosiesnelheid biedt zink ook een kathodische (of opofferende) bescherming van het onderliggende staal. Wanneer de zinklaag wordt aangetast en het staal wordt blootgesteld, vindt galvanische corrosie plaats. Zink, dat een minder edel metaal is dan staal, corrodeert bij voorkeur, waardoor het blootgestelde oppervlak van het staal beschermd blijft. Bij "atmosferische" corrosie worden de zinklagen gelijkmatig verbruikt. Verdubbeling van de dikte van de coating verdubbelt ook de tijd tot rode roest op het stalen substraat verschijnt.
 
De geschiktheid van zinkcoatings is beperkt onder omstandigheden van permanente vochtigheid of in aanwezigheid van hoge concentraties industriële verontreinigingen zoals zwaveldioxide. Zink is niet bestand tegen het alkalische milieu en wordt snel aangetast door oplossingen met een PH >10. Op de bouwplaats moet bijvoorbeeld het morsen van bouwmateriaal zoals cement of vers beton worden vermeden.

Levensduur van zink (Zn) en zink-magnesium (ZM) coatings in verschillende omgevingen

• Elektrolytisch verzinken : Elektrolytisch verzinken is een eenvoudig en economisch concurrerend proces waarbij zink door middel van elektrolyse op een onderdeel wordt afgezet: een elektrische stroom vloeit door een waterige oplossing die zinkionen bevat en het te beschermen stalen onderdeel. Hierdoor ontstaat een zinkafzetting op het stalen substraat. Voorafgaand aan deze stap worden de onderdelen meestal gereinigd en gebeitst. Dit is een uitstekende manier om kleine onderdelen met schroefdraad te beschermen vanwege de vorming van dichte, homogene coatings. De dikte van de coating varieert gewoonlijk van 5 tot 15 µm. Vanwege de beperkingen van de bereikbare laagdikte mogen elektrolytisch verzinkte onderdelen zonder verdere corrosiebescherming alleen worden gebruikt in droge omstandigheden binnenshuis.

• Thermisch verzinken : De stalen onderdelen worden ondergedompeld in een bad van gesmolten zink. Deze techniek wordt gebruikt om grote onderdelen met grote lengte te coaten. Kleinere onderdelen zoals bouten en pennen worden na het thermisch verzinken gecentrifugeerd om overtollig zink van de schroefdraad te verwijderen. Coatingdiktes variëren van 35 tot 100 micron en zijn afhankelijk van de materiaaldikte en staalsamenstelling. De onderdompeltijd is gewoonlijk enkele minuten. Het gesmolten zink reageert met het substraat en vormt een laag ZnFe-legering en een dunnere laag zuiver zink bovenop (zie onderstaande figuur). Thermisch verzinken kan een oplossing zijn voor bepaalde soorten buitenomgevingen, maar dit hangt rechtstreeks af van de dikte van de zinklaag en de blootstellingsomstandigheden.

Microscopische doorsnede van een thermisch verzinkt staal

• Continu thermisch verzinken (/ Sendzimir verzinken): Rollen plaatstaal worden continu afgerold in een gesmolten zinkbad nadat het oppervlak is gereinigd en speciaal gegloeid. Kleine hoeveelheden aluminium in het zinkbad reageren met het staaloppervlak om een remmende laag van enkele nanometers dik te vormen, die de vorming van een ZnFe-fase verhindert. De coating bestaat hoofdzakelijk uit zuiver zink en varieert in dikte van 10 tot 70 micron aan beide zijden van de plaat. Bekledingen van zinklegeringen zoals Zink-Magnesium (ZM) kunnen worden geproduceerd door continu thermisch verzinken. In het algemeen bestaat dit type coating uit 2 tot 4% aluminium en magnesium en het vermogen om tegen corrosie te beschermen is ongeveer tweemaal zo groot als dat van een zuivere zinkcoating voor dezelfde hoeveelheid coating.

• Sherardisatie / thermische diffusie: Sherardiseren is een methode van zinkcoating die gebruik maakt van een thermisch diffusieproces. Stalen onderdelen worden in een vat met Zn-poeder geplaatst en verhit tot temperaturen boven 320°C. Het zink is niet gesmolten en de coating wordt gevormd door thermische diffusie van het Zn-poeder in de stalen onderdelen. De laagdikte kan oplopen tot 45 μm. Deze coatings bestaan hoofdzakelijk uit een ZnFe-legering, die een zeer goede corrosiebescherming biedt die te vergelijken is met thermisch verzinken voor dezelfde dikte. Zelfs op complexe onderdelen met schroefdraad levert dit proces harde, uniforme coatings op.

3-LAAGS COATING (DUPLEX COATING) :

Wanneer de corrosiebescherming door de metalen coating niet voldoende is, kunnen de onderdelen worden beschermd door aanvullende coatings, hoofdzakelijk organische verf met of zonder metaalschilfers. 
Een voorbeeld is de meerlaagse coating op bevestigingsmiddelen, bestaande uit een gegalvaniseerde* coating van een Zn-legering en een aanvullende organische toplaag (zie onderstaande figuur).
*Elektrolyse is een proces waarbij chemische reacties worden opgewekt met behulp van een elektrische stroom.

Illustratie van meerlaagse coating op bevestigingsmiddelen en connectoren

4-ROESTVRIJ STAAL:

Roestvrij staal is een staal waaraan chroomatomen zijn toegevoegd (ten minste 10% van de samenstelling) en dat als opmerkelijke eigenschap heeft weinig gevoelig te zijn voor corrosie. Voor meer informatie over roestvrij staal kunt u terecht in ons artikel Corrosion Basics #4, Focus op Roestvrij Staal.

5 CLASSIFICATIE VAN BEHANDELINGEN:

Ter indicatie is het mogelijk een classificatie op te stellen van alle genoemde anticorrosieoplossingen door rekening te houden met hun weerstand tegen zoutnevel* (uitgedrukt in uren) volgens de norm NF E 25-032 :

Classificatie van verschillende behandelingen met betrekking tot hun weerstand tegen zoutnevel (Norm NF E 25-032)

*De zoutneveltest bestaat uit het verstuiven van een zoutoplossing (gedistilleerd water met natriumchloride) in een gesloten kamer bij een temperatuur van 35°C en een druk van 1 bar. Tijdens de test wordt gekeken of er rode roest verschijnt op het geteste element.