1.4 Kjemiske egenskaper og korrosjon

Den stille fienden

Du har sett det tusen ganger: den rødbrune skorpa på en gammel sykkel, hullet i en eksospotte, det skallete malingstrøket på et gjerde. Det er korrosjon -- materialers nedbrytning gjennom kjemiske og elektrokjemiske reaksjoner med omgivelsene. Det høres uskyldig ut, men globalt koster korrosjon anslagsvis 2,5 % av brutto nasjonalprodukt. For Norge alene betyr det over 100 milliarder kroner i året. Som fagperson er du på mange måter i krig mot rust.

For å skjønne fienden må du vite hva som skal til for at den oppstår. Det trengs fire ting samtidig: et metall som virker som anode, en elektrolytt (oftest vann med salter), oksygen, og en elektrisk forbindelse. Mangler én av dem, stopper korrosjonen.

Rusting av jern er egentlig et lite batteri. På anoden skjer oksidasjon, der jern gir fra seg elektroner: $\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-$. På katoden forbrukes elektronene i en reduksjon: $\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 4e^- \rightarrow 4\text{OH}^-$. Jernionene og hydroksidionene møtes, og resultatet blir rust. Hvor fort dette går, avhenger av temperatur (varmere er raskere), fuktighet, salter, pH og oksygentilgang. Det er nettopp disse faktorene du må kontrollere for å holde fienden i sjakk.

Korrosjon har mange ansikter

Korrosjon angriper ikke alltid på samme måte, og noen former er langt farligere enn andre fordi du ikke ser dem.

Den snilleste er jevn korrosjon, som fordeler seg likt over hele overflaten -- som rusting av ubeskyttet stål utendørs. Den er forutsigbar, og du kan rett og slett legge på litt ekstra godstykkelse for å kompensere. Verre er galvanisk korrosjon, som oppstår når to ulike metaller er i kontakt i en elektrolytt. Da ofrer det «uedle» metallet seg mens det edle beskyttes. Den galvaniske spenningsrekka går fra uedle metaller som magnesium, sink og aluminium, via stål og bly, til edle som kobber og rustfritt stål. En båteier lærte dette på den harde måten: han skrudde en messingsensor rett på aluminiumsskroget, og etter én sesong i sjøen var aluminiumet rundt sensoren tæret bort. Messing er edlere enn aluminium, og sjøvann var den perfekte elektrolytten.

De lumske formene er de lokale. Gropkorrosjon (pitting) lager dype, små groper -- farlig fordi skaden er skjult, vanlig på rustfritt stål i kloridmiljø. Spaltkorrosjon angriper i trange spalter der oksygen mangler, som under pakninger og i gjenger. Og spenningskorrosjon er den mest dramatiske: kombinasjonen av strekkspenning og korrosivt miljø kan gi et plutselig brudd uten forvarsel, noe som er kritisk i trykkbeholdere og rør.

Slik beskytter du metallet

Heldigvis har vi mange våpen mot korrosjon, og de deler seg i tre hovedgrupper.

Det enkleste er smart materialvalg: velg et metall som tåler miljøet i utgangspunktet, som rustfritt stål med sitt passive kromlag, aluminium med sitt naturlige oksidlag, kobber, eller rett og slett plast. Det andre våpenet er overflatebehandling. Maling og lakk skiller metallet fra omgivelsene, men må vedlikeholdes. Galvanisering, eller varmforsinking, dypper stålet i smeltet sink; sinken korroderer i stedet for stålet og er til og med selvhelende ved små skader. Eloksering legger et hardt, slitesterkt oksidlag på aluminium som til og med kan farges. Og pulverlakkering sprøyter på tørt pulver elektrostatisk som herdes i ovn til en tykk, jevn film.

Det tredje våpenet er katodisk beskyttelse, som er ren elektrokjemi. Med offeranoder fester du blokker av sink eller magnesium til konstruksjonen; disse er uedlere og ofrer seg i stedet for stålet, men må byttes med jevne mellomrom. Det brukes på skip, rørledninger og tanker. Alternativt bruker du påtrykt strøm, der en elektrisk kilde tvinger konstruksjonen til å bli katode. En stålbru over sjøvann får gjerne hele pakken: først sandblåsing til Sa 2.5-standard, så en sinkrik primer som gir katodisk beskyttelse, deretter et mellomstrøk av epoksy, og til slutt et UV-bestandig toppstrøk av polyuretan -- til sammen rundt 280 µm filmtykkelse.

Oppsummering

Korrosjon er en elektrokjemisk nedbrytning som krever fire ting samtidig: metall (anode), elektrolytt, oksygen og elektrisk forbindelse. Den foregår som et lite batteri med oksidasjon på anoden ($\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-$) og reduksjon på katoden, og koster samfunnet enorme summer hvert år.

Korrosjon kommer i flere former: jevn korrosjon er forutsigbar, mens galvanisk korrosjon, gropkorrosjon, spaltkorrosjon og spenningskorrosjon er mer lumske. Vi bekjemper den med tre strategier: riktig materialvalg, overflatebehandling (maling, galvanisering, eloksering, pulverlakk) og katodisk beskyttelse med offeranoder eller påtrykt strøm. God design som unngår vannlommer og kontakt mellom ulike metaller, gjør jobben enda lettere. Riktig korrosjonsbeskyttelse handler alltid om å lese miljøet -- fra mildt innendørs til ekstremt marint -- og velge tiltak deretter.