Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

korrosion

Oprindelig forfatter VFB Seneste forfatter Redaktionen

Korrosion. Ved opklaring af havarier og korrosionsskader benytter man bl.a. metallografi. Der fremstilles et snit gennem den skadede metalpart, hvorpå snittet poleres. Vha. mikroskop vil man kunne identificere skadens art og omfang, og ved supplerende undersøgelse i en elektronmikrosonde kan man analysere korrosionsprodukterne.

Korrosion. Ved opklaring af havarier og korrosionsskader benytter man bl.a. metallografi. Der fremstilles et snit gennem den skadede metalpart, hvorpå snittet poleres. Vha. mikroskop vil man kunne identificere skadens art og omfang, og ved supplerende undersøgelse i en elektronmikrosonde kan man analysere korrosionsprodukterne.

korrosion, uønsket kemisk nedbrydning af metaller og legeringer. I videre forstand også anvendt om nedbrydning af glas, beton og geologiske bjergarter. Den korrosion, som fra et teknisk og økonomisk synspunkt har størst betydning, er rustdannelse på jern og stål. Korrosionsforebyggelse og reparation af jern- og stålkonstruktioner koster hvert år det danske samfund flere milliarder kr.

Ordet korrosion kommer af latin corrosio, af corrodere 'gnave i stykker', af kon- og rodere 'gnave'.

Tør luft

Den simpleste korrosionssituation er luftens angreb på metal ved stuetemperatur. Ilt reagerer heftigt med natrium, mindre kraftigt med magnesium, aluminium, jern og kobber og slet ikke med guld. Forskellen skyldes dels metallernes grundlæggende forskelle i affinitet til ilt, hvor natrium har størst, guld mindst affinitet; dels at metaller i vekslende omfang kan passivere, dvs. danne beskyttende dæklag af oxider, der hæmmer det videre korrosionsforløb. Særlig udtalt findes fænomenet på aluminium, der har stærk affinitet til ilt, men hurtigt danner et 0,02-1 μm tykt dæklag af Al2O3. Jern er ligeledes bestandigt i tør luft pga. usynlige dæklag af jernoxider.

Ved forhøjet temperatur angribes brugsmetaller stærkere. Kobber dækkes af et dobbeltlag af oxid, et indre, rødt lag, Cu2O, og et ydre, sort lag, CuO. Jern dækkes af tre lag, FeO (wüstit), Fe3O4 (magnetit) og Fe2O3 (hæmatit), der i praksis er ganske komplekse. Væksten af oxidlagene kan foregå ved diffusion af metalioner og elektroner gennem det allerede dannede oxid; på ydersiden aflejres det nye oxid. Man kan opnå en forbedret korrosionsstyrke ved at tilføje legeringselementer, der hæmmer ion- og elektrontransporten i oxidet. Omvendt synes svovlforbindelser, fx i atmosfæren fra kulforbrænding, at fremskynde korrosion af stål.

Annonce

Korrosion. Jernskrue fra hjørnebeslag på en vinduesramme. Skruen er især rustet i rammens nedre, fugtige del. Den får hvepsetalje og knækker ofte, når man forsøger at skifte den ud i forbindelse med reparation. Skruen er 4 cm lang.

Korrosion. Jernskrue fra hjørnebeslag på en vinduesramme. Skruen er især rustet i rammens nedre, fugtige del. Den får hvepsetalje og knækker ofte, når man forsøger at skifte den ud i forbindelse med reparation. Skruen er 4 cm lang.

Fugtig luft

Den samtidige tilstedeværelse af ilt og vanddamp forøger korrosionen. Mens en poleret jernoverflade er stabil i tør luft, vil den langsomt ødelægges, når den relative luftfugtighed overstiger 60-70 %, idet der dannes nedbrydningsprodukter, rust, af typen FeOOH. Angrebet forløber væsentlig hurtigere, hvis der tillige er klorioner til stede, fx fra regnvand i kystnære områder. Kobber danner ir under samtidig reaktion med vand og luftens kuldioxid. Ir virker beskyttende, medmindre luften også indeholder svovldioxid eller ammoniak, der kan medføre dannelse af opløselige komplekse kobberforbindelser. Aluminium er stort set bestandigt, men aflejringer af (svovlsyreholdig) sod og snavs kan føre til lokal gennemtæring af aluminiumtage. Bly danner tætte oxider og hydroxider, hvorved korrosionens videre forløb hæmmes stærkt. Blytage og -inddækninger er derfor stadig meget brugt.

Korrosion. Tegningen viser en skematisk fremstilling af de reaktioner, der fører til skruers ødelæggelse. Jern går i opløsning som jern(II)ioner i det anodiske område, som ligger ret utilgængeligt for ilt. Jern(II)ionerne diffunderer, og hvor den møder ilten i fugtlaget, omdannes den til jern(III)ioner, der udfældes som rust (her FeOOH, goethit). Elektronerne bevæger sig i metallet til det katodiske område, hvor de forbruges i fx de to viste reaktioner. Ofte vil dannelsen af OH- gøre det katodiske område svagt basisk og dermed hæmme nedbrydningen, hvor ilten har nem adgang. I overensstemmelse hermed er hovederne af skruerne kun svagt angrebne.

Korrosion. Tegningen viser en skematisk fremstilling af de reaktioner, der fører til skruers ødelæggelse. Jern går i opløsning som jern(II)ioner i det anodiske område, som ligger ret utilgængeligt for ilt. Jern(II)ionerne diffunderer, og hvor den møder ilten i fugtlaget, omdannes den til jern(III)ioner, der udfældes som rust (her FeOOH, goethit). Elektronerne bevæger sig i metallet til det katodiske område, hvor de forbruges i fx de to viste reaktioner. Ofte vil dannelsen af OH- gøre det katodiske område svagt basisk og dermed hæmme nedbrydningen, hvor ilten har nem adgang. I overensstemmelse hermed er hovederne af skruerne kun svagt angrebne.

Rustfri stål, som er kulstoffattige jernlegeringer med mere end 12 % chrom, har vist sig at være bestandige over for fugtig luft i de fleste miljøer. I aggressiv industriatmosfære eller i marint miljø bruges specielle molybdænlegerede austenitiske ståltyper med fx 18 % Cr, 8 % Ni, 2,5 % Mo. De rustfrie stål anvendes altid uden maling, de danner af sig selv passiverende chromoxidrige dæklag. Et alternativt (og billigere) konstruktionsmateriale er det lavtlegerede, rusttræge cortenstål, der heller ikke kræver overfladebehandling.

Fugtig jord

Metaller, som nedgraves, er udsat for en meget hård korrosionspåvirkning. I græsrodsdybde er der altid tilstrækkeligt med ilt og fugtighed til, at korrosionen kan forløbe, og processen forstærkes mærkbart af de i porevandet opløste salte, især af klorioner. Mens jern i gunstige tilfælde (pH 6-9) kan overtrække sig med en passiverende oxidfilm, vil klorioner nedbryde denne og til stadighed, næsten katalytisk, fremme omdannelsen af jern. Oldsager af jern, fx en gravfunden økse, kan have en central, endnu uomdannet jernkerne. Derpå følger metastabile klor- og hydroxylrige oxider (akaganeit, hibbingit), derpå stabile klorfrie jernoxider (goethit, magnetit) og yderst en skorpe af jord, imprægneret med jernoxider. Korrosionen har ofte nedbrudt genstanden uden at opløse den. De oprindelige strukturer (perlit, cementit etc.) er derfor bevaret i fossil form som oxider, og man kan identificere genstandens oprindelige overflade som grænsen mellem fossilstruktur og imprægneret jord.

I visse tilfælde kan oldsager af jern overleve i forbavsende god tilstand. Det gælder især de 1500-1800 år gamle mosefund (Viemose, Illerup, Nydam mfl.), hvor lanser, sværd og knive kun har mistet få gram i vægt. Forklaringen synes at være, at det svagt basiske, helt vandmættede, ilt- og saltfattige miljø har opretholdt en stabil og beskyttende oxidfilm.

Genstande af kobber og bronze tæres, alt andet lige, langsommere end jerngenstande. Bronzen dækkes af kobberoxider, -karbonater og -sulfater. I sulfidrigt, anaerobt miljø i visse moser kan der dannes tætte lag af kobber(I)sulfid, Cu2S. Genstande af guld og guldlegeringer angribes ikke af jorden.

Støbejern omdannes langsomt i jorden, men det tætte, mikroskopiske netværk af grafit holder sammen på det, så det har længere tjenestetid end stål. Støbejernsrør til vand- og gasrør blev normalt asfalteret både ud- og indvendig før nedlægningen.

Korrosion. I Delhi i Indien står en 7 m høj jernsøjle, der har vakt betydelig opmærksomhed ved at holde sig fri for rust trods sin høje alder, ca. 1600 år. Forklaringen synes at være, at søjlen består af rent smedejern (rent metal er mere korrosionsbestandigt end urent), at klimaet er tørt og varmt (søjlen er altid så varm, at kondensvand ikke sætter sig på den, og regnvand fordamper hurtigt), og at den lokale regn er salt- og svovlfri, så det passiverende dæklag ikke nedbrydes. Berøring af søjlen bliver anset for lykkebringende; adgang til søjlen er dog fra 1996 forhindret af et jerngitter omkring den.

Korrosion. I Delhi i Indien står en 7 m høj jernsøjle, der har vakt betydelig opmærksomhed ved at holde sig fri for rust trods sin høje alder, ca. 1600 år. Forklaringen synes at være, at søjlen består af rent smedejern (rent metal er mere korrosionsbestandigt end urent), at klimaet er tørt og varmt (søjlen er altid så varm, at kondensvand ikke sætter sig på den, og regnvand fordamper hurtigt), og at den lokale regn er salt- og svovlfri, så det passiverende dæklag ikke nedbrydes. Berøring af søjlen bliver anset for lykkebringende; adgang til søjlen er dog fra 1996 forhindret af et jerngitter omkring den.

Nedgravede ståltanke tæres indefra af kondensvand og udefra af jordens vand og salte. Armeringsjern i beton er, rigtigt ilagt, beskyttet mod korrosion af betonens alkaliske miljø. Hvor jernene forløber for tæt på overfladen, hvor der er knebet på betonens cementindhold, eller hvor vibreringen har været utilstrækkelig, er der risiko for indtrængning af vand mættet med kuldioxid og salte. Derved ruster jernet, og rustdannelsen sprænger betonens overflade af, så angrebet kan fortsætte.

Korrosion i vand

I et lukket system, fx et radiatorsystem med cirkulerende vand, sker der lige efter vandpåfyldning et angreb på stålrørenes inderside. Derefter går angrebet i stå, fordi den i vandet opløste ilt er brugt op. Brugsvand indeholder derimod altid en del ilt, fordi vandværkerne leverer vandet luftmættet af hensyn til dets smag og sundhedsmæssige tilstand. Hårdheden har stor indflydelse på vandets korrosivitet, idet det er hårdheden, der sammen med vandets pH er bestemmende for, om der udfældes et beskyttende kalklag på rørenes inderside. I størstedelen af Danmark er vandet så hårdt, at rør af varmforzinket stål er egnede, men hvis der er mere end ca. 100 ppm klorid i vandet, må man ty til kobberrør.

Køleanlæg fremstilles oftest af ikke-jernlegeringer, fx titan i pladevarmevekslere, kobber i bilkølere og kobber-nikkel, monelmetal og rustfrit stål i den kemiske industri.

Aluminiummessing, mangannikkelbronze, titan, rustfrit stål og aluminium-magnesium-legeringer (Al-7Mg) har god bestandighed mod havvand, men jern og stål har det ikke.

Galvanisk korrosion

I talrige konstruktioner er forskellige legeringer i kontakt med hinanden, fx kan der sidde rødgodsventiler på en forsyningsledning af stål, og et skibs propeller kan sidde på en stålaksel. Derved er der skabt en risiko for galvanisk korrosion, da der er etableret et galvanisk element. Dersom elektrolytten har tilstrækkelig elektrisk ledningsevne, går der en strøm fra det ædle til det uædle metal, og det uædle metal, der er anode i elementet, vil gå i opløsning i elektrolytten. I de ovenfor anførte eksempler er stålrøret og skibsakslen anodiske og udsatte for tæring.

Galvanisk korrosion optræder på mikroskopisk niveau i flerfasede legeringer. I gråt støbejern omdannes den anodiske ferritfase til oxider, mens den katodiske fase, grafitten, bevares. I jernmeteoritter angribes den nikkelfattige kamacit først, senere den nikkelrige tænit og til sidst jernsulfid (troilit), chromit og grafit. Fænomenet kaldes ofte selektiv korrosion.

Vanddråben

En dråbe vand på en jernplade kan tjene som model for iltens rolle i korrosionsforløbet. Der kan i begyndelsen identificeres en ringformet zone, hvor ilt og vand danner hydroxylioner (katoden), og en central zone, hvor jern går i opløsning (anoden). De af jernatomet frigjorte elektroner (Fe → Fe2++2e) bevæger sig i metallet til randzonens grænseflade, hvor de forbruges i iltreaktionen (O2+2H2O+4e → 4OH-). Ved diffusion af Fe2+ til de iltrigere dele af dråben iltes ionen til Fe3+, og denne fældes af hydroxylionerne som tungtopløseligt FeOOH, "rust". Dette medfører, at ilten får endnu sværere ved at nå den centrale del af dråben, så de to processer adskilles ret skarpt. Der sker grubetæring af jernet i midten, hvor iltkoncentrationen er mindst. Enhver lokal afskærmning for ilt kan frembringe denne såkaldte iltkoncentrationscelle. En skrue, der fastholder et beslag på en fugtig vinduesramme, tæres således stærkest 1 cm under overfladen, hvor adgangen til ilt er hæmmet.

Begroning af skibsplader med fx rurer medfører pga. dyrenes iltforbrug en risiko for grubetæring under fastvoksningsstedet. Også mikroskopiske organismer og bakterier kan medvirke til forøgede korrosionsangreb, den såkaldt mikrobielle korrosion.

Spændingskorrosion

Spændingskorrosion er en form for korrosion, hvor mekaniske spændinger i et nærmere bestemt miljø kan udløse kritiske revner uden påviseligt materialetab. De almindeligst forekommende kombinationer er messing i ammoniakvand (eller ammoniakholdig atmosfære), austenitisk rustfrit stål i kloridholdige væsker (fx havvand), blødt stål i varm koncentreret lud (alkali) og otte karat guldlegeringer udsat for håndens kloridholdige sved. Hvis de mekaniske spændinger kun er restspændinger fra fremstillingen, vil de kunne fjernes ved afspændingsglødning.

Korrosionsudmattelse

Korrosionsudmattelse skyldes en samtidig påvirkning af vekslende dynamiske belastninger og korrosion, som fører til hurtigere ødelæggelse end de to påvirkninger hver for sig. Fænomenet har tiltrukket sig en del opmærksomhed i forbindelse med boreplatforme, der samtidig er udsat for havvandets klorider og bølgernes og vindens påvirkning.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Vagn Fabritius Buchwald: korrosion i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 18. juni 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=110267