3. Korroosionesto: Estotekniikka

Korroosionestotekniikassa yritetään estää edellä kuvattujen korroosion tapahtumisen ehtojen täyttyminen. Tällöin tavoitellaan joko liukenemisreaktion pysäyttämistä kokonaan tai sen saattamista hallittuihin mittasuhteisiin. 

1. Materiaalin valinnalla pyritään välttämään elektrolyytin eli kosteuden ja sen sisältämien epäpuhtauksien kertyminen pinnoille, välttämään paikalliseroja synnyttäviä jännitystiloja eri käsittely- ja käyttövaiheissa sekä edistämään kappaleen "juohevuutta". 
2. Materiaalin valinnalla pyritään poistamaan potentiaalierot eri rakenneosien väliltä ja välttämään erilaisia metalleja samassa konstruktiossa. Täten saadaan korroosiota ajava voima (emf = sähkömotorinen voima) minimiinsä. 
3. Vedenkäsittelytekniikalla pyritään muuttamaan vedessä käytettäviin laitteistoihin kohdistuvaa korroosiovaikutusta. 
4. Erikoistekniikalla pyritään eristämään rakenteet toisistaan tai muuttamaan niiden potentiaalia (jännitetasoa) katodista suojausta hyväksikäyttäen. Voidaan yrittää myös kokonaan poistaa syövyttävä elektrolyytti ilman kuivauksen avulla tai inerteillä kaasuilla syrjäyttäen. 

 
Materiaalinvalinta korroosioneston kannalta

Korroosio voidaan rakenteissa ottaa huomioon useilla eri tavoilla, esimerkiksi

• lisäämällä ainesvahvuutta
• valitsemalla käyttöympäristöön sitä varmasti kestävä jalomateriaali 
• suojaamalla rakennemetalli pinnoitteilla tai vedenalaisissa rakenteissa sähköisillä suojaustoimenpiteillä katodisesti.

Materiaalin valinnassa ovat peruslähtökohtina yleensä konstruktion lujuus-, valmistus- ja käyttötekniikkaan liittyvät kysymykset, taloudellisuutta unohtamatta.
Voidaan myös tietoisesti valita syöpymisaltis materiaali.  Silloin syöpyminen otetaan huomioon syöpymisvaran muodossa, erityisesti kun korroosio on tasaista. Pintakäsittelyyn päädyttäessä taas on otettava huomioon sen edellyttämät hankinta-, suoritus- ja ylläpitokustannukset. 

Perusmateriaalina voivat teräksen kohdalla tulla kysymykseen ns. säänkestävät teräkset, jotka tosin syöpyvät, mutta aikaa myöten hallituissa käyttöolosuhteissa syöpyminen hidastuu riittävästi, jotta rakenne kestää. 
Toisaalta voidaan käyttää runsasseosteisia teräksiä, jolloin taas saatavuus, muokattavuus, hitsattavuus ja kustannustekijät ovat määrääviä. 

Kun materiaaleja tarkastellaan korroosioympäristön mukaan, ne voidaan asettaa tiettyyn jalous- eli paremmuusjärjestykseen. Tästä esimerkkinä esitetään kuva 1 eri rakennemetalleista merivesikäytössä.
 

Kuva 1. Rakennemetallien jännitesarja eli jalous merivedessä vetyelektrodiin (tasanne) verrattuna.
 
Tarkastelussa on metallien ohella otettava huomioon myös muut rakennemateriaalit, erityisesti lujitemuovit, joita voi käyttää korvaavana materiaalina. 

Materiaalia valittaessa tulee tarkastella ainakin seuraavia näkökohtia: 

1) Tavoitteiden ja olosuhteiden täsmällinen määrittely 

• toivottu kestoaika kyseisessä käyttökohteessa
• materiaaliin kohdistuvat kemialliset rasitukset
• materiaalin kestävyyteen vaikuttavat fysikaaliset tekijät (esim. virtausnopeus, lämpötila, eroosiovaara)
• epäpuhtaudet, joita rakennemateriaalista ei saa liueta tai irrota käsiteltävään tuotteeseen. 

2) Tietojen hankkiminen materiaalien kestävyydestä
 
Ellei pätevää materiaaliratkaisua ole ennestään tiedossa, on selvitykset hankittava tunnetuista tietolähteistä (kirjallisuus, asiantuntijat, tutkimukset, kokeet, haastattelut yms.). 
Ratkaisun tekeminen materiaalin ja suojauksen suhteen on eräänlainen kustannusten minimointitehtävä. 

Rakenteen suunnittelu korroosioneston kannalta

On sanottu, että korroosionesto alkaa piirustuslaudan ääressä. Kun otetaan huomioon, että piirustuslaudalla tehdään muutakin suunnittelutyötä kuin vain rakennepiirustuksia, pitää väite täysin paikkansa. Korroosionestomielessä näet oikean ratkaisun tulee olla teknisesti ja taloudellisesti harkittu ainakin seuraavilta näkökannoilta: 

1. On tehty kaikki voitava syövyttävien olosuhteiden ja epäedullisen sijoituksen välttämiseksi. 
2. On suoritettu oikea materiaalin ja suojaustavan valinta.
3. On pyritty välttämään korroosioteknisesti epäedulliset rakenteet ja muodot. 
4. On huolehdittu, että mahdollinen myöhempi pinnoitus sekä pinnoitteen uusiminen on helppo suorittaa.

Edullisen rakenteen luominen edellyttää, että tehdään kaikki voitava korroosiota edistävien olosuhteiden välttämiseksi ja että toisaalta tehdään mahdolliseksi suorittaa pinnoitus oikein ja huoltaa korroosionestopinnoitteita. Huomautettakoon tässä yhteydessä, että korroosionestomaalin hinta on konepajoilla suoritetun korroosionestomaalauksen kustannuksista vain n. 20 %.

Kuva 2. Esimerkkejä vääristä, kosteutta ja likaa tai pyörteisyyttä aiheuttavista rakenneratkaisuista (vas.) ja korroosionestomielessä suositeltavimmista ratkaisuista.

 
Rakenteen suunnittelussa on otettava huomioon seuraavia seikkoja. 

1. Vältetään vaarallisten galvaanisten parien syntyminen.
   Kun eri jalousasteen (vrt. kuva 1) omaavia metalleja yhdistetään samaan konstruktioon, tullaan tilanteeseen, jossa epäjalompi osapuoli, käytännössä teräs, syöpyy. Näin ollen suurten potentiaalierojen syntyminen voidaan välttää valitsemalla materiaalit jännitesarjasta läheltä toisiaan. Ellei tätä voida käytännössä toteuttaa, tehdään tietoisesti ratkaisu, jossa vaara on otettu huomioon esimerkiksi 
• pitämällä epäjalomman metallin pinta suurena jalompaan nähden (käytännössä ei teräsniittejä kuparilevyihin, vaan kupariniitit teräslevyihin, mieluiten kuitenkin teräsniitit teräslevyihin) 
• eristämällä tarvittaessa metallit toisistaan, jos se on mahdollista rakennetta heikentämättä 
• pinnoittamalla epäjalompi metalli joko toisella metallilla tai eristävällä pinnoitteella, kuten korroosionestomaalilla. 
2. Vältetään tarpeeton kosteuden, kosteutta pitävän lian tms. kertyminen rakenteisiin. Klassisia esimerkkejä rakenteista on kuvassa 2: vasemmanpuoleiset ovat vääriä, oikeanpuoleiset suositeltavia ratkaisuja. 
3. Vähennetään rakenteeseen käyttöolosuhteissa aiheutuvia mekaanisia rasituksia, jotka voivat johtaa syöpymiseen (jännityskorroosio, eroosiokorroosio, kavitaatio).
   Syöpymisestä voi aiheutua lovivaikutusta, joka johtaa jännitysmurtumiin, vaikka keskimääräinen syöpyminen olisikin vähäistä. Pistekorroosiovaaraa lisää erityisesti kloridien mukanaolo korroosioympäristössä. Sille alttiita ovat ruostumattomat teräkset piilokorroosion tai jännityskorroosion muodossa. 
4. Otetaan huomioon sellaiset rasitusmuodot, jotka esiintyvät sekundaarisesti, esimerkiksi vain valmistuksessa, mutta jotka voivat johtaa syöpymiseen. Tällaisia ovat esim. hitsauksen tai lämpökäsittelyn aiheuttama raerajakorroosio austeniittisissa ruostumattomissa ja haponkestävissä teräksissä. Tästä syystä on siirrytty matalahiilisiin ruostumattomiin teräksiin, C alle 0,05 % (jopa C = 0,03 %). 
5. Käytetään rakenteita, jotka estävät veden pääsyn ahtaisiin rakoihin piilokorroosiota aiheuttamaan. (Kuva 2.) 
6. Rakenneosien väliin on jätettävä riittävä tila toisaalta hitsauksen suoritusta varten, toisaalta pinnan puhdistusta varten. Samalla tarvitaan luonnollisesti luoksepäästävyyttä itse suojapinnoitusta tehtäessä. Putkimaisten rakenteiden väliin tulisi jättää 500 mm. 

 
Särmien pyöristys edistää juohevuutta ja parantaa pinnoitteen onnistumista. Tunnettua on, että maali pyrkii vetäytymään särmien kohdalla, jolloin aikaansaatava pinnoite helposti jää liiankin ohueksi.
Hitsauksessa ja pinnan puhdistuksessa on edullista, jos nurkkakohta jätetään avoimeksi silloin, kun sen ei ole muista syistä tarpeen olla umpinainen. Kuvassa 3 on esimerkki.

Pintakäsittelytekniikka korroosionestomuotona

Kuva 3. Avoin nurkkarakenne, jollaista käytettäessä hitsattavuus paranee, puhdistus helpottuu, maalattavuus paranee ja tarkastus helpottuu. Tulos: vältytään paikallisilta piilokorroosiovaurioilta. 

 
Kuten alkuosassa tuli esille, voidaan rakennemetallin korroosioalttiutta eli sen omaksumaa korroosiopotentiaalia muuttaa pinnoittamalla. Metallipinnoitteet tehdään sähkösaostamalla, kuumaupottamalla tai metalliruiskutuksena.  Kullakin menetelmällä on tiettyjä pinnoituksen onnistumisen ehtoja. Tärkein yhteinen tekijä on kuitenkin pinnoitettavan rakenteen puhdistettavuus ja luoksepäästävyys puhdistuksen ja pinnoituksen yhteydessä. 

Pinnan ruostumisaste ja puhdistusaste
Ennen itse pinnoitusta pinnat on puhdistettava rasvoista, liasta ja korroosiotuotteista. Pintojen tila ennen puhdistusta määritellään teräspinnan ruostumisasteina. Nämä on lähemmin määritelty standardissa SFS.ISO 8501-1:1988, jonka pohjana on ruotsalainen standardi SIS 05 59 00 värivalokuvineen. 

Pintojen puhdistus määritellään standardien avulla teräspinnan puhdistusasteina. Puhuttaessa teräsharjauksesta käytetään lyhennettä St ja aste ilmaistaan lukuarvolla 2 tai 3 (puhtain). Hiekkapuhalluksesta käytetään lyhennettä Sa, asteet 2, 2 1/2 tai 3. Nykyterminologia luopuu hiekkapuhallussanasta, koska puhdistusväliaine ei enää aina ole hiekkaa. Uusi termi on suihkupuhdistus. 

Maalausjärjestelmät ja maalien tuhoutuminen
Valittujen maaliyhdistelmien avulla saavutettavan suojauksen kestävyyttä käyttöympäristössään kuvataan maalausarvoilla. Arvosteltaessa esimerkiksi takuuajan kuluttua pinnoitteen tilaa, voidaan käyttää vertailuasteikkoa Ri 0 – Ri 5, jolloin maalausarvo 10 (Ri 0) vastaa täysin vahingoittumatonta pintaa ja maalausarvo 5 (Ri 5) pinnan tuhoutumista 40/50-prosenttisesti.

Huoltomaalaus katsotaan aiheelliseksi arvolla 7 (Ri 3), ja maalausarvoon 5 syöpynyt pinta tulisi tehdä kokonaan uudismaalauksena.
Suojausarvot on lähemmin määritelty standardissa SFS 3762, joka on kansilehtistandardi ruotsalaisesta standardista SIS 18 51 11, joka sisältää vertailukuvastot. 

Pinnoitettaessa orgaanisilla aineilla, kuten maaleilla, muoveilla tai kumeilla, on suojausmekanismina eristys korroosiota aiheuttavasta ympäristöstä. Täten pinnoitteen säilyminen eheänä on suojauksen toimivuuden perusehto. Pinnoite saadaan tiiviiksi lisäämällä pinnoitepaksuutta ja kolmas tärkeä tekijä on sen tarttuvuus itse suojattavaan metalliin. 

• esikäsittely on puutteellinen
• maalausolosuhteet ovat sopimattomat
• maali on likaantunut jo ennen kuivumistaan, kuivunut liian nopeasti tms.
• maalikerros on liian ohut tai bakteerin tuhoama
• maalikerros on jäänyt huokoiseksi
• levyjen reunat ovat pyöristämättä, jolloin suojakerros jää maalin vetäytyessä kuivumisreaktioiden takia liian ohueksi. 

Koskaan ei voida välttää kaikkia virheitä, tahallisia tai tahattomia. Niinpä käytännössä parhaat tulokset onkin saatu nimenomaan vedenalaisissa rakenteissa yhdistelmätekniikalla maalaus + katodinen suojaus. Tällöin katodinen suojausvaikutus kohdistuu juuri maalin vauriokohtiin ja antaa tarvittavan lisäsuojan. Suojareaktiot muodostavat kuitenkin alkalisia korroosiotuotteita, joten maalien on oltava alkaleja kestäviä. Alkydimaalit eivät siten sovellu tällaiseen käyttöön. Riittävän katodisen suojavaikutuksen muodostuminen edellyttää anodien oikeaa sijoittelua. 

Maalausjärjestelmät ja kerrospaksuudet tulisi valita lopullisen käytön eli rasitusluokan mukaan. Tällöin suunnittelijalla on kokemusperäisen tiedon ohella apunaan standardit.