Technisch Infoblad #20
Beschadigingen zijn voor bijna alle vormen van corrosiebescherming een zwakke schakel. In de alledaagse praktijk blijkt dat nadat de materialen keurig zijn voorzien van het conserveringssysteem,
er nog diverse handelingen gebeuren die kleine schades opleveren. Denk daarbij aan contact met heftrucklepels, laden op vrachtwagens die tijdens vervoer bewegen en montage van voorwerpen op
de projectlocatie. Kleine krassen en schrammen geven aanleiding tot start van roest/corrosie. Ook scherpe randen zijn vaak het startpunt van ijzerroest. Bij thermisch verzinken is dit helemaal anders: schades zoals hierboven beschreven noch de scherpe randen zullen aanleiding geven voor roestvorming. In dit Infoblad leggen we uit waarom dat zo is.
KATHODISCHE BESCHERMING
Alle metalen hebben een zogenaamde normaalpotentiaal, die de neiging tot oxideren — en daarbij tot het afgeven van positieve ionen — karakteriseert. Met andere woorden: elk metaal heeft een bepaalde elektrochemische spanning. Omdat deze spanning bij de verschillende metalen afwijkend is van elkaar, kan het in een elektrochemische spanningsreeks worden weergegeven (zie afbeelding 1).
In deze tabel staan edele metalen (goud, zilver) met hun positieve potentiaal bovenaan en de relatief onedele metalen magnesium, aluminium en zink met hun negatieve potentiaal onderaan. Deze tabel maakt duidelijk dat zink, elektrochemisch gezien, onedeler is dan ijzer. Deze eigenschap van zink komt echter op een zeer positieve manier aan het licht. Als namelijk de zinklaag op stalen voorwerpen zodanig beschadigd raakt dat de zinklaag plaatselijk tot op het staal weg is, dan wordt er in aanwezigheid van regen/vocht (= een elektrolyt) een galvanisch element gevormd (zie afbeelding 2).
Er gaat zogezegd een stroom lopen tussen de verschillende metalen. De materiaalcombinatie ijzer-zink, zoals bij thermisch verzinkt staal, veroorzaakt bij een oppervlaktebeschadiging de vorming van kathodische en anodische gebieden. Zink wordt daarbij, onder normale atmosferische omstandigheden, anodisch en staal kathodisch. Vanwege de verschillende potentialen geeft het negatieve zink als anode voortdurend elektronen af, die de edelere kathode (het staal) oppakt. Hierdoor zal het zink langzaam in oplossing gaan en aan de zijde van het staal gebeurt niets. Juist dat voorkomt de roestvorming. Net deze elektrochemische reactie leidt ertoe dat roest geen kans heeft bij krassen of schrammen. Dus als de zinklaag beschadigingen vertoont, zorgt het zink in de omgeving van de kras voor corrosiebescherming, in principe een gratis extra.
Er is een echter uitzondering. Zoals vermeld, zal er onder normale omstandigheden sprake zijn van een kathodische bescherming van het staal door het anodische zink. In zeer zeldzame en bijzondere omstandigheden kan echter het staal als anode gaan functioneren. Dat vindt bijvoorbeeld plaats in die gevallen waar er sprake is van een hogere temperatuur (b.v. bij het verpompen van thermische olie, stoomleidingen, warmwaterleidingen).
Kortom: zijn de omstandigheden anders dan normaal, dan kan er sprake zijn van een omslag van polariteit. Staal “offert” zich in dat geval op en niet het zink.
EFFECT VAN KATHODISCHE BESCHERMING
Net als met alle gratis voordelen hangt hier een beperking aan vast. Afhankelijk van de omgevingsomstandigheden, de vochtigheid en de geleidbaarheid van het elektrolyt, is de werking van deze zogenaamde kathodische bescherming zeer verschillend. In de praktijk is het bereik zelden meer dan ca. 2-3 mm. De lengte van de kras maakt in zo’n geval niet uit, maar de breedte ervan mag de genoemde waarde beter niet overschrijden. In theorie zou het mogelijk moeten zijn om 2-3 cm te kunnen behalen met kathodische bescherming. Dan moet er echter wel een goed geleidbare elektrolyt zijn van wel enkele mm dikte. In de praktijk is hier doorgaans geen sprake van.
Een bruine verkleuring van de beschadigde plek wijst weliswaar op een van tijd tot tijd geremde elektrochemische reactie (bijvoorbeeld door een te kleine hoeveelheid elektrolyt), desondanks is dit verschijnsel relatief onbelangrijk. Grotere beschadigingen moeten op conventionele wijze worden hersteld (zie ook Technisch Infoblad 2: Procedure voor het bijwerken).
WAAROM IS AFRONDING VAN RANDEN TE OVERWEGEN?
Corrosietechnisch zijn (scherpe) randen gevoeliger voor corrosie dan de vlakke delen van een constructie. Dit geldt met name voor verfsystemen. Oorzaak hiervan is een fysisch effect: door hun oppervlaktespanning trekken vloeistoffen zich altijd van de rand van het onderdeel terug, om zoveel mogelijk de druppelvorm aan te kunnen nemen. Het gevolg is dat een verflaag na droging op de randen van onderdelen altijd dunner is dan op de aangrenzende vlakken. Omdat de effectiviteit van een verflaag in principe juist van de beschikbare laagdikte afhangt, kan hieruit gemakkelijk een probleem ontstaan. Bij verfsystemen is het afronden of afschuinen van scherpe randen daarom zeer belangrijk en noodzakelijk. Dit is ook vastgelegd in internationale normen. In geval van thermisch verzinken worden legeringslagen gevormd, die vanaf het gehele oppervlak worden gevormd. Bij randen waaiert deze zink-ijzerlegeringslaag uit. Daarbij wordt de gevormde tussenruimte door metallisch zink
opgevuld. Het effect hiervan is dat de zinklagen op hoeken en randen niet dunner zijn dan op gladde vlakken (zie afbeelding 3 en 4) maar eigenlijk juist een beetje dikker. Het afronden van de randen, voorafgaande aan het thermisch verzinken, kan zodoende wel leiden tot een fraaier eindresultaat. In geval van thermisch verzinkte objecten die ook een esthetisch doel hebben, is het afronden van de scherpe randen aan te bevelen. Het teveel aan vloeibaar zink vloeit gemakkelijker weg dan bij een scherpe rand het geval is.
EN ISO 14713 deel 1
Zinken deklagen - Richtlijnen en aanbevelingen voor de bescherming van ijzer en staal in constructies tegen corrosie - Deel 1: Algemene ontwerpbeginselen en corrosieweerstand
EN ISO 14713 deel 2
Zinken deklagen - Richtlijnen en aanbevelingen voor de bescherming van ijzer en staal in constructies tegen corrosie - Deel 2: Thermisch verzinken
EN ISO 12944-3
Verven en vernissen - Bescherming van staalconstructies tegen corrosie door middel van beschermende verfsystemen - Deel 3: Ontwerpcriteria
TECHNISCH INFOBLAD 2
Procedure voor het bijwerken
TECHNISCH INFOBLAD 10
Corrosieweerstand van thermisch verzinkt staal
TECHNISCH INFOBLAD 12
Mechanische eigenschappen van thermisch verzinkt staal
