INLEIDING

Corrosie is een alomtegenwoordig natuurlijk proces. Bijna iedereen heeft ooit te maken gehad met het effect van corrosie op staal, in de vorm van roest. Corrosie heeft een enorme economische impact. Ongeveer een vijfde van de jaarlijkse staalproductie in de wereld is bedoeld voor de vervanging van stalen onderdelen die beschadigd zijn door corrosie. Hoewel het aanvankelijk meer kost, kan een correcte en doeltreffende bescherming tegen corrosie op lange termijn geld en middelen besparen. Voor bevestigingssystemen is dat des te belangrijk, omdat veiligheid hier op de eerste plaats komt. Een breuk door corrosie kan namelijk dramatische gevolgen hebben.

Hilti is zich bewust van zijn verantwoordelijkheden en voert daarom uitgebreide testen uit in het laboratorium en op het terrein om de corrosiebestendigheid van zijn producten te testen. Sommige langetermijntesten gingen van start in de jaren 1980 en lopen nog steeds. Dankzij zijn interne onderzoek en nauwe samenwerking met vermaarde universiteiten en laboratoria, kan Hilti de juiste oplossingen bieden met de beste corrosiebescherming voor de meest uiteenlopende omgevingen.

BASISPRINCIPES VAN CORROSIE

Corrosie is een fysisch-chemische interactie tussen een metaal en zijn omgeving, waarbij de eigenschappen van het metaal veranderen en de functionaliteit van het metaal, de omgeving of het technisch systeem waar zij deel van uitmaken, kan worden aangetast (zie ISO 8044:2010).

Technisch gezien is er enkel sprake van corrosie wanneer er zich in de eigenschappen van het metaal of het systeem een verandering voordoet die tot ongewenste gevolgen kan leiden. Dat kan gaan van gewone visuele aantasting tot de volledige uitval van technische systemen, met grote economische schade en gevaar voor personen tot gevolg.

Voor de metalen die het meest aangewend worden in de techniek, zoals koolstofstaal, roestvrij staal, zink, koper en aluminium, kunnen we het typische corrosieproces beschouwen als de thermodynamisch bevorderde omgekeerde reactie van het metaalwinningsproces.

Chemische reacties van ijzer tijdens de corrosie en het metaalwinningsproces 

Hieronder leggen we uit welke oplossingen voor corrosiebescherming Hilti toepast op zijn producten, wat hun typisch corrosiegedrag is en voor welke toepassingen ze geschikt zijn.

Corrosiebeschermende coatings die Hilti toepast op zijn producten

1 - CORROSIE EN CORROSIEBESCHERMING VAN KOOLSTOFSTAAL

Het ongelegeerde staal (zacht staal of koolstofstaal) waarvan de meeste van onze bevestiging- en installatieproducten vervaardigd zijn, moet steeds beschermd worden tegen corrosie. De corrosiesnelheid van koolstofstaal is meestal te hoog voor een veilig gebruik zonder corrosiebescherming (rond 20 micrometer per jaar (µm/a) in openlucht op het platteland en tot meer dan 100 µm/a in een kustklimaat). Het ontwerp van de producten kan niet uitgaan van een dergelijk snel materiaalverlies. Daarom biedt Hilti een brede waaier gepaste, kostenefficiënte oplossingen voor de corrosiebescherming van koolstofstaalproducten.

In alkaline omgevingen blijven ijzer en staal doorgaans wel stabiel. Dat verklaart waarom koolstofstalen wapeningsstaven reeds zeer goed beschermd zijn tegen corrosie in de alkaline omgeving van het beton.

Fosfateren:
Het staal wordt in een zure oplossing met metaal- (Zn, Fe) en fosfaatzouten gedompeld. De oplossing reageert met het staal en vormt een microkristallijne fosfaatlaag op het oppervlak. Het resultaat is een ruw oppervlak dat erg goed oliën kan vasthouden. De olie die wordt aangebracht om te beschermen tegen corrosie, hecht zich aan het oppervlak en biedt zo bescherming tijdens het transport. Bovendien komt dit de algemene corrosiebescherming ten goede. Dergelijke producten kunnen enkel in droge binnenomgevingen gebruikt worden. Hilti gebruikt fosfatering voor gipsplaatschroeven.

Zinkcoatings:
Zink is een uitstekende optie voor de corrosiebescherming van koolstofstaal. Om stalen onderdelen, van kleine schroeven tot meterslange kanalen, van een zinkcoating te voorzien, zijn er verschillende mogelijkheden. Zink corrodeert ruim tien keer trager dan staal, namelijk 0,5 µm/a in de stad of op het platteland en tot 5 µm/a in een kustklimaat. De corrosie blijft beperkt door de vorming van stabiele lagen corrosieproducten die carbonaten (uit de CO2 in de lucht) en chloriden (indien aanwezig in de atmosfeer) bevatten. Wanneer wegens omstandigheden de vorming van die onoplosbare corrosieproducten niet mogelijk is, zal de corrosiesnelheid sterk toenemen. Zink is in dat geval minder geschikt als beschermende coating. We bedoelen hier permanent vochtige omgevingen of blootstelling aan hoge concentraties industriële verontreiniging, zoals zwaveldioxide. In dergelijke omgevingen worden vooral oplosbare corrosieproducten gevormd, die kunnen wegspoelen met de neerslag. Zink vertraagt niet alleen de corrosie, maar biedt ook kathodische bescherming van het staal. Wanneer de zinkcoating gekrast geraakt, afschilfert of andere schade oploopt en het staal wordt blootgesteld, treedt een speciale vorm van galvanische corrosie op. Omdat zink een minder edel metaal is dan staal, corrodeert het eerst en beschermt het zo het blootgestelde stalen oppervlak. Zinkcoatings verdwijnen redelijk gelijkmatig bij atmosferische corrosie. Daarom zal een dubbel zo dikke coating een bepaalde toepassing doorgaans ook tweemaal zo lang beschermen tegen de verschijning van rode roest op het stalen substraat.

Levensduur van verzinkt staal voor verschillende omstandigheden.

• Elektrolytisch galvaniseren: Men stuurt elektrische stroom door een waterachtige oplossing met zinkionen, zodat er zinkmetaal neerslaat op het stalen substraat. Meestal worden de onderdelen eerst gereinigd en afgebeten. Na de zinkafzetting worden ze gepassiveerd. Dit is een uitstekende manier om kleine onderdelen met schroefdraad te beschermen, omdat er zich een homogene en dichte coating vormt. De specificaties variëren meestal van 5 tot 15 µm. Omdat de coatingdikte beperkt is, mogen elektrolytisch verzinkte onderdelen zonder verdere corrosiebescherming enkel in droge binnenomgevingen gebruikt worden. Aan de hand van elektrolytische galvanisering is het ook mogelijk om Zn-legeringen aan te brengen, zoals ZnNicoatings. Bij elektrolytisch galvaniseren is het mogelijk dat waterstof opgenomen wordt. Daarom worden de hogesterktebevestigingen van Hilti, zoals spijkers voor directe bevestiging, na de elektrolytische galvanisering gebakken (24 u bij een temperatuur rond 180ºC) om de waterstof te verwijderen en een betrouwbaar product te verkrijgen.

• Thermisch verzinken: Tijdens het proces worden de stalen onderdelen in een bad van gesmolten zink gedompeld. Met deze techniek is het ook mogelijk om grote onderdelen van meerdere meters lang te coaten. Kleine onderdelen, zoals bouten en ankerbouten, worden gecentrifugeerd na het thermisch verzinken, om het overtollige zink van de schroefdraden te verwijderen. De dikte bedraagt meestal 35 tot 100 micron, naargelang de dikte van het materiaal en de samenstelling van het staal. Het onderdompelen duurt meestal enkele minuten. Het gesmolten zink reageert met het stalen substraat en vormt een laag van ZnFe-legering met daarboven een dunnere, zuivere Zn-laag. De corrosieproducten van thermisch verzinkte onderdelen kunnen bruinachtig zijn, door het Fe in de zinkcoating. Dit betekent echter niet noodzakelijk dat het stalen substraat aan corrosie onderhevig is.

• Continu thermisch verzinken/Sendzimir verzinken: Tijdens dit proces wordt het plaatmetaal van spoelen continu door een bad van gesmolten zink getrokken, nadat het oppervlak werd gereinigd en onderworpen aan een speciaal uitgloeiproces (hittebehandeling). Het zinkbad bevat een kleine hoeveelheid Al. Het Al reageert met het stalen oppervlak en vormt een zogenaamde inhibitielaag van enkele nanometer dik, wat de vorming van ZnFe-fasen verhindert. De coating bestaat hoofdzakelijk uit puur zink. De dikte kan variëren van 10 tot 70 micron aan beide zijden en wordt geregeld door het overtollig zink weg te blazen met lucht. Met continu thermisch verzinken kunnen niet alleen zuivere Zn-coatings aangebracht worden, maar ook coatings van Zn-legeringen, zoals ZnAl en ZnAlMg. De meeste coatings bevatten ongeveer 2-4% Al en Mg en beschermen dubbel zo goed tegen corrosie dan een Zn-coating van hetzelfde gewicht.

• Sherardiseren/diffusieverzinken: Sherardiseren is verzinken met een thermisch diffusieproces. De stalen onderdelen worden in een vat met Zn-poeder gelegd en vervolgens verhit tot meer dan 320 ºC. Het zink is niet vloeibaar en de coating komt tot stand door thermische diffusie van het Znpoeder in de stalen onderdelen. Een coatingdikte tot 45 micron is mogelijk. Deze coatings bestaan voornamelijk uit een ZnFe-legering die een uitstekende bescherming tegen corrosie biedt, te vergelijken met thermisch verzinken. Zelfs op complexe onderdelen met schroefdraad vormt dit proces een harde en uniforme coating.

Meerlagige coatings:
Wanneer de corrosiebescherming van de metalen coating onvoldoende is, kunnen de onderdelen verder beschermd worden met bijkomende coatings, meestal organische verf met of zonder metalen vlokken. Een goed voorbeeld hiervan is de meerlagige coating op bevestigingsmiddelen, die bestaat uit een elektrolytisch aangebrachte coating van Zn-legering en een bijkomende organische deklaag.

2 - CORROSIEGEDRAG VAN ROESTVRIJ STAAL (RVS)

Een legering van staal met minstens 10% chroom wordt roestvrij staal genoemd. Door het chroom vormt zich een stabiele, erg dunne (enkele nanometer) oxidelaag (passieve laag) op het oppervlak. Daarom zal roestvrij staal niet zo gemakkelijk corroderen als koolstofstaal wanneer het in contact komt met water.

Onder bepaalde omstandigheden kan de passieve laag echter stukgaan en kan er plaatselijke aantasting ontstaan, zoals putcorrosie. Putcorrosie is de meest voorkomende vorm van corrosie op roestvrij staal. Daarom is de levensduur minder voorspelbaar dan met zinkcoatings. In het algemeen moet voor een bepaalde toepassing een soort roestvrij staal gekozen worden die stabiel is en geen corrosie vertoont in de gegeven omstandigheden.

Een andere ernstige vorm van corrosie bij roestvrij staal is spanningscorrosie. Austenitisch roestvrij staal kan gevoelig zijn voor deze vorm van corrosie onder specifieke, uiterst agressieve omstandigheden, zoals overdekte zwembaden. In dergelijke gevallen moeten voor sommige toepassingen uiterst corrosiebestendige soorten roestvrij staal gebruikt worden, bv. soorten met meer dan 6% molybdeen.

Soorten roestvrij staal:
Er bestaan verschillende soorten roestvrij staal, de ene al stabieler dan de andere. De meest voorkomende soort is een legering met ongeveer 18% Cr en 10% Ni. Door van bepaalde elementen meer of minder hoeveelheid aan het staal toe te voegen, veranderen de corrosie-eigenschappen, de mechanische kenmerken en bepaalde verwerkingskenmerken, zoals de lasbaarheid. Met een sterk beperkte hoeveelheid nikkel is de legeringsfase niet langer zuiver austenitisch, maar een combinatie van austenitische en ferritische fasen (duplex roestvrij staal).

EEN GEPAST BEVESTIGINGSMIDDEL OF INSTALLATIESYSTEEM KIEZEN

Hilti biedt bevestigingsmiddelen en installatiesystemen in een brede waaier van gepaste, kostenefficiënte materialen. Toch kunnen de verschillen in corrosiegedrag, de complexiteit van de corrosiefactoren en de talrijke nationale en internationale normen en richtlijnen op het vlak van corrosie een ingewikkeld kluwen vormen. Het juiste materiaal kiezen voor een bepaalde toepassing kan dan ook een ware uitdaging zijn.

Om een eerste overzicht te geven van de prestaties van de verschillende producten, vermelden onze tabellen de geschiktheid en indien van toepassing ook de levensduur van de producten in bepaalde typische omgevingen.

In onderstaande tabel worden de omgevingsomstandigheden van de tabellen gedetailleerder beschreven. De onderliggende predominante corrosiviteitscategorieën en de klassen voor corrosiebestendigheid staan ook vermeld.

De juiste corrosiebescherming kiezen voor ankerbouten, kruitaangedreven bevestigingsmiddelen en schroeven
Opdat een bevestiging geschikt en betrouwbaar is en blijft tijdens de vooropgestelde levensduur, dienen alle invloedsfactoren gekend te zijn De volgende tabel is een richtlijn voor de meest voorkomende toepassingen van een bevestiging. De geschikte corrosiebescherming voor ieder bevestigingsateriaal is weergegeven, in funktie van de atmosferische omgeving.