Korrosion är en komplex och mångfacetterad process som kan drabba alla typer av material, särskilt metaller. Det är en kemisk reaktion där materialet bryts ner genom en interaktion med sin omgivning, oftast på grund av närvaro av vatten, syre eller andra kemiska föreningar. Att förstå de olika typerna av korrosion och dess orsaker är avgörande för att kunna förhindra eller minska effekterna av denna skadliga process.

En av de mest väldokumenterade och vanliga formerna av korrosion är spaltkorrosion, som uppstår i trånga utrymmen där en stillastående lösning fångas, som exempelvis i fogar, mellan plattor eller under tätningar. Dessa trånga utrymmen skapar mikro-miljöer där syrebrist eller ansamling av korrosiva ämnen främjar nedbrytning av materialet. Spaltkorrosion uppträder oftast i miljöer som är rika på klorider och kan snabbt leda till materialfel om inte åtgärder vidtas. Ett vanligt exempel är rostfritt stål, som är känsligt för denna typ av korrosion om de korrosiva betingelserna är de rätta.

En annan typ av korrosion är galvanisk korrosion, som inträffar när två olika metaller kommer i kontakt med varandra i närvaro av en elektrolyt, till exempel vatten. Den mer reaktiva metallen, anoden, kommer att korrodera snabbare, medan den mindre reaktiva metallen, katoden, skyddas. Denna typ av korrosion är vanlig i marina miljöer eller i system där flera metaller används tillsammans. Förebyggande åtgärder inkluderar användning av isolerande material, beläggningar eller val av metaller med liknande elektrokemiska potentialer.

Intergranulär korrosion är ett annat allvarligt problem, särskilt i rostfria stål som har blivit felaktigt värmebehandlade eller svetsade. Denna typ av korrosion påverkar korngränserna i metallen, vilket gör att dessa områden blir känsligare för nedbrytning, medan resten av materialet förblir opåverkat. Detta leder till en försvagning av strukturen och kan så småningom orsaka ett totalt misslyckande av materialet. Genom korrekt materialval och värmebehandling kan denna typ av korrosion minimeras.

Spänningskorrosionssprickning (SCC) är en annan form av korrosion som kan vara särskilt farlig. Den uppstår när ett material utsätts för dragspänning i en korrosiv miljö. Kombinationen av mekanisk spänning och korrosion leder till bildandet av sprickor som över tid sprider sig och kan orsaka plötsliga och katastrofala misslyckanden. SCC är särskilt farlig eftersom den kan inträffa utan synliga tecken på korrosion, vilket gör det svårt att förutse och förhindra. Strategier för att förhindra SCC inkluderar att kontrollera spänningsnivåer, använda korrosionshämmande ämnen och välja korrosionsresistenta material.

Erosionkorrosion, en annan form av korrosion, uppstår när mekanisk nötning kombineras med kemisk nedbrytning. Detta fenomen är vanligt i miljöer där vätskor rör sig snabbt, såsom i rörledningar, pumpar och turbinblad. Den konstanta flödet av slipande partiklar eller vätskor avlägsnar skyddande filmer eller beläggningar från ytan och exponerar materialet för accelererad korrosion. Att minska flödeshastigheten, använda erosionresistenta material och applicera skyddande beläggningar är effektiva sätt att motverka denna form av korrosion.

Korrosionsutmattning inträffar när ett material utsätts för cykliska belastningar i en korrosiv miljö. Den repetitiva mekaniska belastningen, i kombination med den korrosiva attacken, försvagar materialet över tid och leder till initiering och tillväxt av trötthetsbrott. Denna typ av korrosion är särskilt relevant för industrier som flyg-, bil- och marina sektorer där material utsätts för både stress och korrosiva element. Ett korrekt designarbete, materialval och användning av skyddande beläggningar är viktiga för att minska korrosionsutmattning.

Mikrobiellt påverkad korrosion (MIC) orsakas av mikroorganismer som bakterier, svampar eller alger, vilka kan accelerera korrosionsprocessen, antingen direkt eller indirekt. MIC är vanligt i rörledningar, vattensystem och offshore-strukturer där biofilmer bildas på materialets yta. En av de mest kända mikroorganismerna som orsakar MIC är sulfat-reducerande bakterier (SRB), som producerar vätesulfid och på så sätt kan orsaka snabb korrosion.

För att motverka och förebygga dessa olika typer av korrosion är det viktigt att genomföra regelbundna inspektioner, använda korrekt beläggning och stabiliserade legeringar, samt att justera legeringssammansättningen och genomföra rätt svetsprocedurer och värmebehandling. Rätt materialval och användning av katodisk skyddsteknik kan också spela en avgörande roll i att minska riskerna.

För att förstå och motverka korrosion effektivt måste man tänka på hela systemet där materialet används. Förebyggande åtgärder och långsiktig underhåll av utrustning och strukturer är avgörande för att säkerställa materialens hållbarhet och funktionalitet under lång tid. Det är inte bara det omedelbara skyddet som spelar roll, utan också ett kontinuerligt arbete med att hantera och minimera de faktorer som kan bidra till korrosionsprocessen.

Hur ytbehandlingar förbättrar korrosionsmotstånd i flygindustrin

Titanlegeringen Ti552 uppvisar ett enhetligt korrosionsbeteende vid olika glödgningstemperaturer i en 3,5 viktprocent NaCl-lösning, trots att korrosionsmotståndet varierar beroende på temperatur. Elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) och potentiodynamisk polarisering indikerar att den glödgade Ti552-legeringen har en hög polarisationsimpedans (106 Ω⋅cm2) och en låg korrosionsströmtäthet (10−6 A/cm2). Detta tyder på utvecklingen av ett tätt och hållbart oxidlager. Vid en glödgningstemperatur på 800 °C uppnås det högsta korrosionsmotståndet, vilket stämmer överens med den lägsta korrosionshastigheten som observerats vid både elektrokemiska och statiska nedsänkningstester.

För att förlänga livslängden och förbättra prestandan hos skärverktyg har intresset för beläggningar som CrAlTiN–Si nanostrukturerad beläggningar vuxit. Jiménez et al. utförde en noggrant undersökning av de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos dessa beläggningar. Studien visade att tillsatsen av silikon påtagligt påverkar de kemiska sammansättningarna, mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna hos beläggningarna. Genom att tillsätta olika koncentrationer av silikon (från 0 till 1,0 at.%) bildades en FCC-löslig fas inom beläggningarna, vilket ledde till en minskning av gitterparametrarna. Vid en högre silikonkoncentration (1,9 at.%) upptäcktes en unik nanokompositstruktur, bestående av en amorf fas av SiNx och en FCC-löslig lösning av CrAlTiSiN. Detta resulterade i ökad hårdhet och slitstyrka hos beläggningen.

För att ytterligare förbättra prestanda i kritiska applikationer, såsom i flygindustrin, används avancerade ytbehandlingstekniker som shot peening, laserslipning och plasmaelektrolytisk oxidation (PEO). Shot peening innebär att metalliska ytor behandlas med höghastighets abrasiva partiklar, vilket skapar kompressiva spänningar i ytlager och därmed förbättrar både mekaniska och korrosionsresistenta egenskaper. Denna behandling minskar dessutom risken för spänningskorrosionssprickor och korrosionsutmattning. En annan viktig ytbehandling är laserslipning, en precisionsmetod där metallens yta värms upp, smälts och stelnar för att förändra mikrostrukturen och därmed förbättra slitstyrka och korrosionsresistens.

PEO, som producerar ett keramiskt oxidskikt genom elektrolytisk urladdning, används för att förbättra korrosionsmotståndet och hållbarheten för flygkomponenter som utsätts för extrema förhållanden. En annan banbrytande ytbehandling är användningen av nanopartiklar i ytbehandlingsbeläggningar. Dessa beläggningar är särskilt lovande eftersom de kan minska ytfel och förbättra ythårdheten, vilket ger ett utmärkt skydd mot korrosion. Nanopartiklar kan också modifieras för att tillföra ytterligare funktioner som själv-helande eller antifouling-egenskaper.

Ytbehandlingarna som beskrivs ovan erbjuder flygindustrin unika fördelar i relation till hållbarhet och prestanda. Genom att förstå de fysikaliska och kemiska processerna bakom dessa behandlingar kan ingenjörer optimera val av ytbehandling beroende på de specifika kraven för en viss applikation. Det är också viktigt att beakta att valet av material, såsom titanlegeringar och nanostrukturerade beläggningar, direkt påverkar komponenternas livslängd och motståndskraft mot korrosion. Eftersom korrosion är en av de största riskerna för flygindustrins komponenter, har utvecklingen av effektiva ytbehandlingar en avgörande roll för att säkerställa långsiktig drift och säkerhet.

Hur Archimedes löste Hieron’s problem och upptäckte principer om flytbarhet
Hur hybriddrift kan optimera bränsleförbrukning och funktioner i moderna fordon
Hur kan olika PCC-teknologier påverka elproduktionskostnader och framtida CO2-användning?