Teknologi for et bedre samfunn
Scandinavian Coating - 2015 Korrosjon av lakkert aluminium Astrid Bjørgum SINTEF Materialer og kjemi Korrosjon og tribologi Gøteborg 2015-05-20 Teknologi for et bedre samfunn 1 Nedbrytningsmekanismer for organiske belegg x Elektrokjemisk nedbrytning av organiske belegg Klimapåkjenning –"Wheathering" nedbrytning pga fuktighet og UV lys 1. 2. 3. 1. 2. 3. Katodisk avbinding Korrosjonskryp under belegget Filiformkorrosjon Blæredannelse Oppsprekking Kritting Teknologi for et bedre samfunn Korrosjon på lakkerte fasadematerialer i aluminium • • Filiformkorrosjon – FFK Initieres der bart metall eksponeres • • • • Bare kanter Kuttkanter Bend Andre skader I lakken Teknologi for et bedre samfunn 3 Filiformkorrosjon på aluminium i bygg • Fokus på bygg i Europa i mer enn 20 - 30 år • SINTEF/NTNU gjennomførte omfattende studier av FFK for 10 – 20 år siden Teknologi for et bedre samfunn 4 Filiformkorrosjon – FFK på lakkert/malt aluminium • Skjer i marin/industriell atmosfære – Grunne, trådaktige tæringsganger – Initieres fra skader i belegget – Kan gi blæring/avskalling, og derved mer alvorlig korrosjon • Omfanget på et bygg varierer – Om siden vender fra/mot sjøen – Om regn kan "vaske" overflaten rein – Lengden på fukteperioden • Direkte sollys → Mindre FFK • Overbygg → Mer FFK Forbehandling før lakkering er avgjørende for å unngå FFK! Teknologi for et bedre samfunn 5 Korrosjonsmekanisme for FFK Korrosjon av aluminium • Aluminium løses anodisk (oksideres) • 𝐴𝐴𝐴𝐴 → 𝐴𝐴𝐴𝐴 3+ + 3𝑒𝑒 − Oksygen spaltes katodisk på edle intermetalliske faser 𝑂𝑂2 + 2𝐻𝐻2 𝑂𝑂 + 4 𝑒𝑒 − → 4𝑂𝑂𝑂𝑂− og gir økt pH Filiformkorrosjon • Aluminium oksideres i spissen av trådfangrepene → • Forsuring på grunn av hydratisering • Den naturlige oksidfilmen på aluminium • • • 2𝐴𝐴𝐴𝐴 3+ + 3𝐻𝐻2 𝑂𝑂 → 𝐴𝐴𝐴𝐴(𝑂𝑂𝑂𝑂)3 +3𝐻𝐻+ Ustabil i surt (pH < 4) og alkalisk (pH > 9) miljø Oksidfilmen hydratiserer Lakksjiktet løsner (avbinding/disbonding) Teknologi for et bedre samfunn 6 FFK på et materiale avhenger av produksjonsprosessen Årsaken til FFK • "Termomekanisk” dannet overflatesjikt • Mekanisk prosessering • Varmebehandling • Overflatesjiktets struktur • Finkornet sammenlignet med den underliggende bulkfasen Grunnleggende forskningsarbeid ved NTNU/SINTEF • H. Leth-Olsen, “Filiform Corrosion of painted Aluminium Coil Materials”, Dr.Ing. Thesis, NTNU 1996:85, ISBN 82-7119-975-7. • A. Afseth, “Metallurgical Control of Filiform Corrosion of Aluminium Alloys”, Dr.Ing. Thesis, NTNU:119, ISBN 82-471-0495-4. • K. Nisancioglu, J.H. Nordlien, A. Afseth and G.M. Scamans, Materials Science Forum, Vols. 331337, 111-126 (2000) • J. H. Nordlien, J. Defrancq, W. Züst, M. Benmalek and R. Stuckart., Materials and Corrosion, 51, 473-480 (2000). • I. Lindseth, "Optical total reflectance, nearsurface microstructure, and topography of rolled aluminium materials", Dr.Ing.-avhandling NTNU 1999:105 Teknologi for et bedre samfunn 7 Prosessering fører til dannelse av et nanokrystallinsk sjikt i metalloverflaten Teknologi for et bedre samfunn 8 Forskningen på FFK har vist • Varmebehandling av aluminium kan gi • Finfordelte intermetalliske partikler • Samtidig stabiliserer små oksidpartikler den fine kornstrukturen • Dette forklarer dårlig korrosjonsbestandighet for overflatesjiktet • Valsa materialer kan ha et 1 µm tykt overflatesjikt • FFK kan unngås ved tilstrekkelig kjemisk/elektrokjemisk avvirkning eller omdanning av aluminium • Uavhengig av om et konversjonssjikt er lagt på før lakkering • Konverteringssjikt kan være nødvendig for å oppnå tilstrekkelig adhesjon • Maskinering/sliping anbefales ikke da mekanisk bearbeiding kan gi nye deformerte sjikt Teknologi for et bedre samfunn 9 FFK på legering 8006 Varmvalset (som mottatt) Etset Etset & glødet Uløst problem: • Årsak til FFK på etset & glødet overflate (ingen deformert overflatestruktur) Forbehandling før lakkering er avgjørende for om FFK utvikles • Avfetting • Etsing • Påføring av et konversjonssjikt som gir god adhesjon for lakk/maling – Kromatering er en effektiv metode 2𝐴𝐴𝐴𝐴 + 𝐶𝐶𝐶𝐶2 𝑂𝑂72− + 8𝐻𝐻 + → 2𝐴𝐴𝐴𝐴3+ + 2𝐶𝐶𝐶𝐶(𝑂𝑂𝑂𝑂)3 +𝐻𝐻2 𝑂𝑂 – Men, - Cr(VI) er giftig og kreftfremkallende – Alternative metoder • Anodisering • Nye, kromatfrie kjemikalier Teknologi for et bedre samfunn 11 Kromatert aluminium Teknologi for et bedre samfunn 12 Fordeler og ulemper med kromatering Fordeler • God korrosjonsbeskyttelse • Gode adhesjonsegenskaper • Elektrisk ledende – Kan være et krav i elektronikkindustrien pga jording • Enkel og robust prosess • Gulfargen – enkel kvalitetssikringsmetode Ulemper • HMS/miljø – Seksverdig krom er både giftig og kreftfremkallende • Tillates ikke i bil og elektronikkindustrien innenfor EU/EØS Teknologi for et bedre samfunn Hvorfor er kromatering en effektiv forbehandling? • Cr2O3 er stabilt mellom pH 4 and 15 • Passiverer både matriks og intermetalliske faser • Cr2O3 is hydrofobisk – Barriere mot vann – Gir gode våtadhesjonsegenskaper • "Self healing" effekt – Rester av seksverdig krom i oksidsjiktet – Kan beskytte substratet i tilfeller sjiktet skades Teknologi for et bedre samfunn Alternative forbehandlingsprosesser er utviklet • • • • • • • • Cr(III) basert Ti/Zr Silaner Permanganat Molybdat Fosfatering Cerat .... • Mest anvendte av disse prosessene – Cr(III) – Ti/Zr • Anodisering kan være et annet alternativ Teknologi for et bedre samfunn Ti/Zr baserte konverteringsprosesser Ti-Zr conversion coating • Al korroderer anodisk • Katodereaksjonen gir økt pH rundt intermetalliske faser • ZrO2 or TiO2 utfelles der pH er høg α-Al(Fe,Mn)Si • Tynt oksidsjikt på intermetalliske faser Al matrix TEM tverrsnitt av Ti/Zr forbehandlet AA6060 Teknologi for et bedre samfunn Ti/Zr – fordeler og ulemper Fordeler Ulemper • Miljøvennlig sammenlignet med kromatering - Cr(VI) • Akseptable korrosjons- og adhesjonsegenskaper for lakkert aluminium er dokumentert • Ikke like god korrosjonsbeskyttelse som kromatering • Kun egnet som forbehandling før lakkering og maling • Ingen korrosjonsbeskyttelse alene Teknologi for et bedre samfunn Cr(III) baserte konverteringsprosesser Kjemikalier som benyttes • Trivalent kromsulfat: Cr2(SO4)3 • Heksafluorzirkonat (ZrF62-) – Som for Ti/Zr prosessen – Gir tilsvarende effekt Teknologi for et bedre samfunn Struktur av Cr(III) behandlet overflate • Relativt homogent overflatesjikt • Tykkest over intermetalliske faser • Cr, Zr og O i konverteringssjiktet Teknologi for et bedre samfunn Fordeler ved Cr(III) behandling • Miljøvennlig • Gode korrosjons- og adhesjonsegenskaper • Kan gi god beskyttelse alene (uten lakk/maling) Teknologi for et bedre samfunn SINTEF's anbefaling for valg av forbehandling for lakkert Al • • Alternativer til kromatering ved eksponering i ulike miljø Korrosjonsklasser i hht ISO 12944 Teknologi for et bedre samfunn 21 Forskningsprosjektet "Light Matal Surface Science" – Undersøkelse av FFK på pulverlakkert Al Substrat: • EN AW-6060-T6 • EN AW-6082-T6 Effekt av kromatfri forbehandling • Som deoksidert Referanser • Kromatering – Cr (VI) • AC anodisering • Ti/Zr basert prosess • Cr(III) basert prosess • FFK testing: EN 3665 • Adhesjon: Modifisert kiletest • Karakterisering av modifiserte overflater: – Elektrokjemisk – FE-SEM – TEM Pulverlakker • Polyester primid • Hyper-bestandig fluorpolymer • Høg-glans akryl Teknologi for et bedre samfunn FFK egenskaper • Generelt utmerkede FFK egenskaper for lakkerte prøver Unntak: – Deoksiderte referanseprøver med polyesterlakk – Prøver påført Ti/Zr fluorpolymerlakk – Dette skyldes trolig • Dårlig adhesjon mellom lakk og Ti/Zr behandlet overflate • Lav overflateenergi 8 Polyester primide 7 Acrylate Fluoropolymer 6 5 FFC (mm) • 4 3 2 1 0 Deox Chromium VI Anodizing Ti/Zr Chromium III Teknologi for et bedre samfunn Konklusjon Gode FFK-egenskaper for lakkert/malt aluminium • Avhenger av avvirkning/omdanning av et deformert overflatesjikt på aluminium • Kan oppnås for kromatfrie forbehandlingsprosesser Kvaliteten på det organiske belegget er viktigere ved bruk av kromatfrie forbehandlingsprosesser enn ved kromatering • Gode adhesjonsegenskaper er avgjørende • Konversjonssjikt må til for å passivere/hindre katodereaksjonen på intermetalliske faser Teknologi for et bedre samfunn 24 Forventet korrosjonsklasse for pulverlakkert aluminium Info hentet fra Norsk Pulverlakkteknisk Forening: "Om pulverlakk" http://www.nplf.no/om-nplf/ Teknologi for et bedre samfunn 25 Takk for oppmerksomheten! -- Teknologi for et bedre samfunn 26
© Copyright 2024