Scandinavian Coating - 2015 Korrosjon av lakkert aluminium Astrid Bjørgum SINTEF Materialer og kjemi Korrosjon og tribologi Gøteborg 2015-05-20 1
Nedbrytningsmekanismer for organiske belegg Elektrokjemisk nedbrytning av organiske belegg 1. Katodisk avbinding 2. Korrosjonskryp under belegget 3. Filiformkorrosjon Klimapåkjenning "Wheathering" nedbrytning pga fuktighet og UV lys 1. Blæredannelse 2. Oppsprekking 3. Kritting x
Korrosjon på lakkerte fasadematerialer i aluminium Filiformkorrosjon FFK Initieres der bart metall eksponeres Bare kanter Kuttkanter Bend Andre skader I lakken 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 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! 5
Korrosjonsmekanisme for FFK Korrosjon av aluminium Aluminium løses anodisk (oksideres) AAAA AAAA 3+ + 3ee Oksygen spaltes katodisk på edle intermetalliske faser OO 2 + 2HH 2 OO + 4 ee 4OOOO og gir økt ph Filiformkorrosjon Aluminium oksideres i spissen av trådfangrepene Forsuring på grunn av hydratisering 2AAAA 3+ + 3HH 2 OO AAAA(OOOO) 3 +3HH + Den naturlige oksidfilmen på aluminium Ustabil i surt (ph < 4) og alkalisk (ph > 9) miljø Oksidfilmen hydratiserer Lakksjiktet løsner (avbinding/disbonding) 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. 331-337, 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 7
Prosessering fører til dannelse av et nanokrystallinsk sjikt i metalloverflaten 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 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 + CCCC 2 OO 7 2 + 8HH + 2AAAA 3+ + 2CCCC(OOOO) 3 +HH 2 OO Men, - Cr(VI) er giftig og kreftfremkallende Alternative metoder Anodisering Nye, kromatfrie kjemikalier 11
Kromatert aluminium 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
Hvorfor er kromatering en effektiv forbehandling? Cr 2 O 3 er stabilt mellom ph 4 and 15 Passiverer både matriks og intermetalliske faser Cr 2 O 3 is hydrofobisk Barriere mot vann Gir gode våtadhesjonsegenskaper "Self healing" effekt Rester av seksverdig krom i oksidsjiktet Kan beskytte substratet i tilfeller sjiktet skades
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
Ti/Zr baserte konverteringsprosesser Ti-Zr conversion coating Al korroderer anodisk Katodereaksjonen gir økt ph rundt intermetalliske faser ZrO 2 or TiO 2 utfelles der ph er høg Tynt oksidsjikt på intermetalliske faser α-al(fe,mn)si Al matrix TEM tverrsnitt av Ti/Zr forbehandlet AA6060
Ti/Zr fordeler og ulemper Fordeler Miljøvennlig sammenlignet med kromatering - Cr(VI) Akseptable korrosjons- og adhesjonsegenskaper for lakkert aluminium er dokumentert Ulemper Ikke like god korrosjonsbeskyttelse som kromatering Kun egnet som forbehandling før lakkering og maling Ingen korrosjonsbeskyttelse alene
Cr(III) baserte konverteringsprosesser Kjemikalier som benyttes Trivalent kromsulfat: Cr 2 (SO 4 ) 3 Heksafluorzirkonat (ZrF 6 2- ) Som for Ti/Zr prosessen Gir tilsvarende effekt
Struktur av Cr(III) behandlet overflate Relativt homogent overflatesjikt Tykkest over intermetalliske faser Cr, Zr og O i konverteringssjiktet
Fordeler ved Cr(III) behandling Miljøvennlig Gode korrosjons- og adhesjonsegenskaper Kan gi god beskyttelse alene (uten lakk/maling)
SINTEF's anbefaling for valg av forbehandling for lakkert Al Alternativer til kromatering ved eksponering i ulike miljø Korrosjonsklasser i hht ISO 12944 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 Kromatering Cr (VI) Referanser AC anodisering Ti/Zr basert prosess Cr(III) basert prosess Pulverlakker Polyester primid Hyper-bestandig fluorpolymer Høg-glans akryl FFK testing: EN 3665 Adhesjon: Modifisert kiletest Karakterisering av modifiserte overflater: Elektrokjemisk FE-SEM TEM
FFK egenskaper Generelt utmerkede FFK egenskaper for lakkerte prøver Unntak: Deoksiderte referanseprøver med polyesterlakk Prøver påført Ti/Zr fluorpolymerlakk FFC (mm) 8 7 6 5 4 3 Polyester primide Acrylate Fluoropolymer Dette skyldes trolig 2 Dårlig adhesjon mellom lakk og Ti/Zr behandlet overflate 1 Lav overflateenergi 0 Deox Chromium VI Anodizing Ti/Zr Chromium III
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 24
Forventet korrosjonsklasse for pulverlakkert aluminium Info hentet fra Norsk Pulverlakkteknisk Forening: "Om pulverlakk" http://www.nplf.no/om-nplf/ 25
Takk for oppmerksomheten! -- 26