Corrosie, een allesomvattend en complex verschijnsel, heeft een aanzienlijke invloed op verschillende industrieën, wat resulteert in materiële degradatie, economische verliezen en veiligheidsrisico's. Dit fenomeen is te wijten aan de chemische reacties tussen materialen en hun omgeving. Hoewel corrosie historisch gezien vaak werd geassocieerd met de oxidatie van metalen, is het tegenwoordig een breder begrip geworden dat ook keramiek, polymeren, composieten, biomaterialen en nanomaterialen omvat. De International Standard Organization (ISO) definieert corrosie als een "fysisch-chemische reactie tussen een materiaal en zijn omgeving, die leidt tot veranderingen in de eigenschappen van het materiaal en vaak resulteert in een degradatie van de functionaliteit van het materiaal of het systeem waarvan het deel uitmaakt."

Corrosie is dus een onvermijdelijke interactie tussen een materiaal en zijn omgeving, waarbij de omgeving vele vormen kan aannemen, zoals gas, vloeistof of vaste stoffen. Deze interactie wordt beïnvloed door fysieke en chemische factoren, zoals temperatuur en de samenstelling van de stoffen waarmee het materiaal in contact komt. Vooral metalen zijn gevoelig voor corrosie omdat ze van nature de neiging hebben om terug te keren naar stabielere vormen zoals oxiden, hydroxiden, zouten of carbonaten. Dit proces wordt geregeld door de thermodynamica, in het bijzonder door de Wet van Entropie, die bepaalt dat metalen die geproduceerd en gevormd zijn in verfijnde vormen, de neiging hebben om terug te keren naar hun oorspronkelijke ertsstatus, bijvoorbeeld ijzer dat roest.

Hoewel het begrip corrosie al eeuwenlang bestaat, is het onderzoek naar dit onderwerp aanzienlijk toegenomen, vooral door de technologische vooruitgangen van de afgelopen decennia. Wetenschappelijke verenigingen zoals NACE International, de Europese Corrosie Federatie en de Japanse Corrosie Vereniging hebben bijgedragen aan het bevorderen van kennis en samenwerking op het gebied van corrosie, wat geleid heeft tot betere methoden voor de preventie en beheersing van corrosie.

Corrosie komt in verschillende vormen voor, die elk afhankelijk zijn van specifieke omgevingsomstandigheden, materiaaleigenschappen en blootstellingsomstandigheden. Een grondig begrip van deze verschillende vormen is essentieel voor het diagnosticeren van corrosieproblemen en het implementeren van effectieve preventie- of mitigatiestrategieën. De meest voorkomende vormen van corrosie zijn uniforme corrosie, putcorrosie, galvanische corrosie, spanningscorrosie en microbiologisch beïnvloede corrosie.

Uniforme corrosie, ook wel algemene corrosie genoemd, is de meest voorkomende vorm. Het vindt gelijkmatig plaats over het hele oppervlak van een materiaal. Deze vorm van corrosie is relatief voorspelbaar, aangezien het materiaal geleidelijk in dikte afneemt op een consistent tempo wanneer het wordt blootgesteld aan corrosieve omgevingen zoals lucht, water of chemische stoffen. Omdat de afname gelijkmatig is, kunnen preventieve maatregelen zoals coatings, inhibitoren of materiaalkeuze worden toegepast om de corrosie tegen te gaan. Uniforme corrosie wordt doorgaans beter beheerst omdat de afname in materiaal gemakkelijker kan worden gemeten en voorspeld.

Putcorrosie is een andere veelvoorkomende, maar potentieel gevaarlijkere vorm van corrosie. In tegenstelling tot uniforme corrosie is putcorrosie gelokaliseerd en veroorzaakt het de vorming van kleine gaatjes of putjes op het materiaaloppervlak. Deze putjes kunnen moeilijk te detecteren zijn, maar ze kunnen aanzienlijke schade veroorzaken, vooral in roestvrij staal en andere passieve metalen. Putcorrosie komt vaak voor in omgevingen die chloride-ionen bevatten, zoals zeewater, en kan snel doordringen in het materiaal, wat kan leiden tot structurele falen. Het gevaar van putcorrosie ligt in de geconcentreerde aard van de schade, die vaak sneller en ernstiger is dan het verlies van materiaal in geval van uniforme corrosie.

Naast deze vormen van corrosie zijn er ook meer geavanceerde methoden ontwikkeld om de processen te monitoren en beter te begrijpen. In industriële omgevingen is het gebruik van monitoringtechnieken voor corrosie essentieel geworden voor het voorspellen van materiaal falen, het optimaliseren van onderhoud en het verbeteren van operationele efficiëntie. Moderne technologieën, zoals sensoren die corrosie in real-time detecteren, spelen een cruciale rol bij het voorkomen van onvoorziene uitval van materialen en structuren, wat resulteert in besparingen op lange termijn en verbeterde veiligheid. De keuze van het juiste materiaal voor een specifiek gebruik is ook van groot belang. Het vermijden van materialen die gevoelig zijn voor bepaalde soorten corrosie, zoals putcorrosie, kan de levensduur van een product aanzienlijk verlengen.

Bij het beheer van corrosie moeten niet alleen preventieve maatregelen, maar ook onderhoudsstrategieën en regelmatige inspecties in overweging worden genomen. Het gebruik van beschermende coatings, het aanpassen van ontwerpen om spanningsconcentraties te verminderen, het kiezen van geschikte materialen en het implementeren van sacrificial anodes zijn enkele van de meest voorkomende strategieën om de corrosie van industriële systemen te beperken.

Het is belangrijk te begrijpen dat de effecten van corrosie verder gaan dan alleen de materiaalschade die zichtbaar is. De kosten van corrosie omvatten niet alleen het vervangen van versleten of beschadigde materialen, maar ook de veiligheidsrisico's en de potentiële schade aan het milieu die onopgemerkt corrosie kan veroorzaken. In kritieke toepassingen zoals bruggen, schepen, vliegtuigen en chemische fabrieken kunnen corrosieproblemen leiden tot catastrofale mislukkingen met ernstige gevolgen voor de veiligheid van mensen en het milieu.

Hoe Corrosie het Gebruik van Materialen in de Voedselindustrie Beïnvloedt

Passivatie bij hogere stroomdichtheden resulteerde in minder defecte passieve films, ongeacht het type elektrolyt. De acceptor dichtheden van gepassiveerde monsters vertoonden vergelijkbare trends in zure media zonder H2O2, maar deze trends keerden zich om in oplossingen die H2O2 bevatten, wat de gevoeligheid voor gelokaliseerde corrosie verhoogde. Alle gepassiveerde monsters vertoonden een positieve hysterese, wat wijst op een lage neiging tot herpassivatie. De aanwezigheid van H2O2 in het passiveringsbad verhoogde de gevoeligheid voor gelokaliseerde corrosie.

Roestvast staal (RVS) heeft een extreem dunne, stabiele en goed hechtende passieve oxidecoating (ongeveer 50 Å) op zijn oppervlak, die zorgt voor corrosiebescherming. Deze film kan zichzelf herstellen als hij wordt beschadigd door vocht of lucht. In de voedingssector wordt RVS veel gebruikt, met inbegrip van typen zoals S41000, S41600, S42000, S43000, S44000, S43100, S30200, S30400, S31000 en S31600. Deze staalsoorten worden vaak gebruikt voor verwerkingsapparatuur in de voedsel- en farmaceutische industrie, waar de kwaliteits- en hygiënenormen strikt zijn. Corrosie van RVS is een belangrijke zorg in de productie van voedsel en medicijnen, aangezien werkcondities vaak zure of alkalische media bevatten, wat schadelijk kan zijn voor de apparatuur.

RVS wordt gekozen vanwege zijn superieure corrosiebestendigheid. Echter, de voortdurende aanwezigheid van chloride-ionen en de zuurgraad van voedsel kunnen corrosie veroorzaken, wat het werkklimaat voor RVS in de voedselindustrie bijzonder zwaar maakt. Zelfs in de afwezigheid van haliden in oplossing, kan het mechanisme van corrosie in zure media bij extreem hoge temperaturen en lage pH-niveaus leiden tot het oplossen van de passieve beschermende film, wat vaak resulteert in gegeneraliseerde (uniforme) corrosie, waarbij de corrosie gelijkmatig over het oppervlak verspreid is. Dit fenomeen wordt verklaard door Pourbaix-diagrammen die aantonen dat Fe2O3 of Cr2O3 bij bepaalde pH-waarden niet thermodynamisch stabiel zijn, ongeacht de roestvaststalen kwaliteit.

Wanneer de beschermende film oplost, komt ijzer (Fe) in eerste instantie vrij uit het RVS in het voedsel. Chroom (Cr) heeft echter de neiging om de passieve laag te verrijken, vooral bij korte onderdompelingsperioden. Desondanks blijft de concentratie van legeringselementen in de oplossing binnen de drempels van de gespecificeerde afgiftegrenzen (SRL's). Langdurige blootstelling aan zure omstandigheden kan de passivatie van RVS wijzigen, wat leidt tot een samenstelling van de passieve film die verschilt van de van nature voorkomende lagen, waardoor de afgifte van metalen uiteindelijk afneemt. Lokale corrosieproblemen, zoals putcorrosie, kunnen worden veroorzaakt door de aanwezigheid van chloride-ionen in vloeistoffen die RVS bereiken, bijvoorbeeld bij het verwerken van vetrijke voedingsmiddelen zoals melk.

In dit geval is er zeer weinig metaalafgifte van het stalen oppervlak vanwege de extreem lage concentratie chloride-ionen in de procesvloeistof en het temperatuurbereik van 40°C tot 70°C. Dit heeft geen invloed op de kwaliteit van het eindproduct. De snelheid van corrosie kan echter zodanig toenemen dat de wanden van buizen of containers perforeren. Bovendien wordt het potentieel voor putcorrosie verminderd wanneer insluitsels (zoals sulfiden) of intermetallische deeltjes op het metaaloppervlak aanwezig zijn, aangezien deze de putcorrosie kunnen initiëren. Een hogere bedrijfstemperatuur, zoals vaak het geval is in veel voedselverwerkingsprocessen, verlaagt dit potentieel. Lage corrosiesnelheden zijn waargenomen in vloeistoffen die rijk zijn aan eiwitten, zoals melk, ongeacht het type RVS, inclusief austenitisch, duplex en ferritisch. Lokale (put)corrosie blijft echter een mogelijk probleem, al is de mate van metaalafgifte onder deze omstandigheden verwaarloosbaar voor de kwaliteit van het eindproduct.

Vanwege het lagere nikkelgehalte zijn duplex roestvaststalen legeringen betaalbaarder dan austenitische roestvaststalen, terwijl ze toch vergelijkbare corrosiebestendigheid en superieure mechanische sterkte bieden. Aan de andere kant heeft de microstructuur van duplex staal twee fasen, met ongeveer gelijke hoeveelheden austeniet en ferriet. De manier waarop deze fasen met elkaar omgaan, is essentieel om de corrosiebestendigheid van de legering te begrijpen en te voorspellen. De segregatie van elementen zoals stikstof (N), nikkel (Ni), chroom (Cr) en molybdeen (Mo) in de microstructuur beïnvloedt de weerstand tegen corrosie van duplex roestvaststaal, wat resulteert in verschillende niveaus van corrosiebestendigheid afhankelijk van de verdeling van deze elementen.

Aluminium wordt in de voedselverwerkingsindustrie vaak gebruikt vanwege zijn hoge sterkte-gewichtsverhouding, niet-magnetische eigenschappen, uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid, en weerstand tegen corrosieve omgevingen. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt in tanks voor het opslaan en verplaatsen van materialen zoals melk, bier, azijnzuur en alcohol. Aluminiumlegeringen worden ook gebruikt voor de productie van structurele steunmaterialen. Vanwege de sterke thermische geleidbaarheid (208,8 W/m K) is aluminium bijzonder geschikt voor gebruik in koelapparatuur, zoals platenvriezers voor voedsel. Zijn sterkte blijft behouden bij temperaturen tot ongeveer −250°C. Wanneer het echter boven de 150°C komt, verliest aluminium veel van zijn sterkte. Aluminiumlegeringen, zoals duralumin, zijn sterker dan puur aluminium, maar minder resistent tegen corrosie. Daarom wordt puur aluminium in sommige gevallen in aluminiumlegeringen gebruikt om direct contact met voedsel te vermijden.

Hoe beïnvloeden behandelingen en materiaaleigenschappen de corrosieweerstand in de luchtvaartindustrie?

Corrosie vormt een van de grootste uitdagingen binnen de luchtvaartindustrie, vooral wanneer het gaat om structurele verbindingen en legeringen die aan extreme omstandigheden worden blootgesteld. Onderzoek toont aan dat behandelingen gericht op corrosiebestrijding een directe invloed hebben op de vermoeiingsbestendigheid van structurele verbindingen, waarbij methoden zoals versterkend slijpen de corrosieweerstand van specifieke legeringen aanzienlijk kunnen verbeteren. Bijvoorbeeld, CSS-42L legeringen, verwerkt via versterkend slijpen, vertonen een verbeterde weerstand tegen corrosieve aantasting, wat essentieel is voor toepassingen in veeleisende omgevingen.

Daarnaast speelt de productiemethode een cruciale rol in de corrosieprestaties van hoogentropie- en aluminiumlegeringen. Spark plasma sintering gecombineerd met strikte controle over procesdruk en temperatuur leidt tot legeringen met betere corrosieweerstand, zoals bij AlCoCrFeNi2.1. De invloed van nabehandelingen, zoals warmtebehandelingen, is eveneens onmiskenbaar: postheat treatments veranderen niet alleen de metallurgische eigenschappen maar verbeteren ook de mechanische eigenschappen en het corrosiegedrag, zoals is aangetoond bij wire arc additief vervaardigde Inconel 625.

De textuur en microstructuur van materialen, bijvoorbeeld bij geëxtrudeerde Mg-Al-In legeringen, zijn bepalend voor het corrosiegedrag. Studies tonen aan dat de kristallijne oriëntatie en de aanwezigheid van microstructuurkenmerken direct bijdragen aan het ontstaan en de progressie van corrosie. Nanostructurale coatings, gebaseerd op systemen zoals (Ti,Y,Al)N met een hoog yttriumgehalte, bieden bovendien een veelbelovende aanpak om de oppervlaktebescherming te versterken en zo de corrosieweerstand verder te verbeteren.

De complexiteit van corrosieprocessen in de luchtvaart wordt versterkt door de aanwezigheid van heterogene verbindingen en lassen, waarbij interfaces tussen verschillende materialen, zoals tungsten heavy alloy en superlegeringen, kritisch zijn voor de algehele corrosieweerstand. Specifieke parameters tijdens het lassen en bewerkingsprocessen, zoals rotatiesnelheid bij wrijvingroerprocessen, beïnvloeden zowel mechanische als corrosieve eigenschappen van composieten en legeringen zoals AZ31/Al2O3 nanocomposieten.

Verder blijkt uit onderzoek dat additieve fabricagetechnieken niet alleen mechanische voordelen bieden maar ook de corrosieweerstand beïnvloeden. Parameteroptimalisatie tijdens het printen van nitinol voor biomedische toepassingen draagt bijvoorbeeld bij aan de integriteit en duurzaamheid van het materiaal.

De temperatuur en duur van nabehandelingen, evenals cryogene vervormingen, hebben een grote impact op de microstructuur en corrosie-eigenschappen van aluminiumlegeringen zoals 7A85. Ook blijkt dat filiform corrosie in magnesiumlegeringen sterk afhankelijk is van de verdeling van elementen als zirconium, wat het belang van elementaire homogeniteit onderstreept.

Het begrijpen van de onderliggende mechanismen van corrosie en de wisselwerking tussen mechanische belasting, materiaalstructuur en oppervlaktebehandelingen is onontbeerlijk voor het ontwikkelen van duurzame oplossingen. In de praktijk betekent dit dat het ontwerpen van corrosiebestendige materialen en verbindingen moet steunen op een integrale benadering waarin procesparameters, materiaalsamenstellingen, en nabehandelingscondities zorgvuldig worden afgestemd op de specifieke eisen van de luchtvaartomgeving.

Belangrijk is tevens om aandacht te besteden aan de continue monitoring en in-situ observaties van corrosieprogressie, waarbij nanoscopische technieken nieuwe inzichten bieden in de initiatie en voortgang van corrosie op microschaal. Deze kennis is essentieel om tijdig interventies te kunnen plannen en de levensduur van kritische componenten te verlengen.

Endtext

Hoe Boondocking je RV-avontuur kan Verrijken
Hoe de coronacrisis zich ontwikkelde: een pandemie die de wereld verraste
Hoe de pers en nationale veiligheid elkaar beïnvloeden in tijden van crisis
Hoe Kritiek op Wetenschap de Waarheid Beïnvloedt en Wat We Moeten Begrijpen
Hoe werkt een event-driven architectuur binnen AWS Lambda en waarom is het zo krachtig?