Materialen in zoutwatertoepassingen

Verschillende zoutwaterbestendige materialen zijn geschikt voor gebruik in mariene omgevingen vanwege hun unieke eigenschappen en weerstand tegen corrosie. Dit artikel beschrijft de kenmerken, voordelen en mogelijke nadelen van roestvrij staal, gietijzer, messing en aluminium. Inzicht in deze factoren is cruciaal voor het kiezen van het ideale materiaal voor een bepaalde zoutwatertoepassing, aan de kust, boven water of onder water.

Inhoudsopgave

• Corrosie in zoutwateromgevingen
• Metalen in zoutwatertoepassingen
• PVC in zoutwatertoepassingen
• Rubbers in zoutwatertoepassingen
• Algemene materiaaltoepassingen
• FAQs

Corrosie in zoutwateromgevingen

Corrosie in een mariene omgeving is een belangrijk probleem vanwege de ruwe en zeer reactieve aard van zout water. Corrosie in mariene omgevingen wordt versneld door zout (natriumchloride), dat fungeert als een uitstekende elektrolyt die de stroom van elektrische stroom vergemakkelijkt en oxidatieprocessen versnelt.

In zoutwateromgevingen kunnen verschillende soorten corrosie optreden.

• Algemeen: Algemene corrosie treedt op wanneer het volledige oppervlak van een metaal gelijkmatig corrodeert.
• Galvanic: Galvanische corrosie treedt op wanneer twee of meer verschillende metalen in een corrosieve omgeving met elkaar in contact komen. Het actievere (anodische) metaal corrodeert versneld, terwijl het edele (kathodische) metaal wordt beschermd.
• Spleet: Spleetcorrosie is plaatselijke corrosie op stilstaande plaatsen, zoals onder pakkingen, sluitringen, isolatiemateriaal, koppen van bevestigingsmiddelen, oppervlakteafzettingen en spleten in gecorrodeerde metalen.
• Pitting: Putcorrosie is een vorm van zeer plaatselijke corrosie waarbij kleine gaatjes in het metaal ontstaan.
• Interkristallijn: Interkristallijne corrosie, een selectieve aanval op de korrelgrenzen van metaal, kan ook voorkomen onder bepaalde omstandigheden, zoals wanneer metaal voor een langere periode wordt blootgesteld aan corrosieve omstandigheden.

In elk geval kan het corrosieproces leiden tot materiaalverlies, waardoor de sterkte en integriteit van constructies, apparatuur of schepen in gevaar komt, wat mogelijk leidt tot defecten en ongelukken. De economische kosten van corrosie zijn hoog en vereisen aanzienlijke middelen voor de vervanging en reparatie van het aangetaste materiaal. Daarom is het van cruciaal belang om corrosie in zoutwateromgevingen te begrijpen en te beperken.

Leer hoe je corrosie kunt voorkomen in ons artikel over anti-corrosiemaatregelen voor kleppen.

Metalen in zoutwatertoepassingen

Dit hoofdstuk behandelt vier metalen die vaak worden aangetroffen in scheepvaarttoepassingen. De volgende tabel geeft een kort overzicht van en vergelijking tussen de metalen.

Tabel 1: Overzicht/vergelijkingstabel voor de geschiktheid van roestvrij staal, gietijzer, messing en aluminium in zoutwatertoepassingen

Soort metaal	Relatieve kosten	Relatieve weerstand tegen zout water	Relatieve sterkte en duurzaamheid	Primair voordeel	Primair nadeel
RVS	Hoog	Hoog	Hoog	Zeer goed bestand tegen corrosie en hoge temperaturen	Kostbaar en niet zo kneedbaar als andere metalen
Gietijzer	Medium:	Laag	Hoog	Hoge hittebestendigheid en duurzaamheid	Gevoelig voor roest
Messing:	Middelhoog	Hoog	Medium:	Zeer goed bestand tegen corrosie, goed voor warmwatersystemen	Niet zo sterk als staal, kan gevoelig zijn voor ontzinking
Aluminium	Laag	Medium:	Laag-Middelmatig	Lichtgewicht, goede thermische en elektrische geleidbaarheid	Lagere sterkte, kan corroderen in sterk alkalische of zure omgevingen

RVS

Roestvrij staal is een zeer geschikt materiaal voor gebruik in zoutwateromgevingen. De factoren van roestvrij staal die het essentieel maken in maritieme omgevingen zijn:

• Corrosiebestendigheid: De belangrijkste eigenschap van roestvrij staal is de opmerkelijke weerstand tegen corrosie, vooral roest. Dit komt voornamelijk door de aanwezigheid van minstens 10,5% chroom in de samenstelling, dat met zuurstof reageert om een dunne, onzichtbare laag chroomoxide op het oppervlak van het staal te vormen. Deze sterk hechtende en niet-reactieve laag beschermt het staal tegen corrosieve elementen, waaronder zout water.
• Zelfgenezing: Als de chroomoxidelaag beschadigd raakt, zal het blootliggende chroom in het staal reageren met zuurstof om de laag te herstellen, waardoor het een zelfherstellende eigenschap heeft die de meeste andere metalen niet hebben.
• Duurzaamheid: Roestvrij staal is duurzaam, met een hoge treksterkte en robuustheid. Hierdoor is het bestand tegen de zware omstandigheden van mariene omgevingen, inclusief de fysieke invloeden die in deze omgevingen kunnen voorkomen.
• Verschillende kwaliteiten: Verschillende maritieme roestvast staalsoorten zijn geoptimaliseerd voor verschillende omgevingen. Zo heeft roestvast staal 316, dat vaak marien roestvast staal 316 wordt genoemd, een toegevoegd element, molybdeen, dat de weerstand tegen de corrosieve effecten van zout en andere chemicaliën verbetert.
  • 304 vs 316 marien roestvast staal: Hoewel 304 en 316 roestvrij staal beide geschikt zijn voor toepassingen in zout water, is de corrosiesnelheid van 304 roestvrij staal veel hoger. Daarom is roestvrij staal 304 geen roestvrij staal voor gebruik op zee.
• Weinig onderhoud: Roestvrij staal is gemakkelijk schoon te maken en vereist minimaal onderhoud, waardoor het een kosteneffectieve optie is voor langdurig gebruik in zoutwateromgevingen.

Gietijzer

Gietijzer is om de volgende redenen een belangrijk materiaal voor producten die in zoutwateromgevingen worden gebruikt:

• Robuustheid en kosten: Gietijzer is robuust, zwaar en duurzaam. Het vereist minimaal onderhoud en is kosteneffectief te vervangen.
• IJzeroxidelaag: Wanneer gietijzer wordt blootgesteld aan lucht, vormt het van nature een dunne en duurzame laag ijzeroxide op het oppervlak. Deze beschermlaag beschermt het onderliggende materiaal tegen de corrosieve effecten van zout water, waardoor de levensduur wordt verlengd en de structurele integriteit behouden blijft.

Gietijzer wordt meestal aanbevolen voor toepassingen boven of vlakbij water. Het wordt niet aanbevolen voor onderwatertoepassingen omdat het bijzonder gevoelig is voor roest wanneer het gedurende langere tijd in direct contact komt met zout water.

Messing:

Messing is een legering van koper en zink. Het wordt gebruikt in verschillende toepassingen, zoals scheepsappendages, ontziltingssystemen en warmtewisselaars. Naval brass is een veelgebruikte messinglegering die wordt gebruikt in zoutwatertoepassingen. Het bestaat uit 59% koper, 40% zink en 1% tin met sporen van lood.

Ontzinking

Messing zal snel aanslag veroorzaken wanneer het wordt blootgesteld aan zout water, maar het kan nog steeds zijn structurele integriteit behouden. In sommige situaties kan het zink echter uit de legering worden verwijderd, waardoor alleen koper overblijft, wat de structurele integriteit aanzienlijk vermindert.

Als er rode vlekken, minerale vlekken of een witte substantie op het oppervlak van messing zitten, is de ontzinking begonnen en moet het messing onderdeel zo snel mogelijk worden vervangen. Ontzinking treedt op in vervuilde en zure omgevingen.

Als de messing onderdelen in contact kunnen komen met een omgeving die leidt tot ontzinking, zijn er verschillende methoden om dit proces te vertragen en te verzachten. Een veelgebruikte methode is om arseen toe te voegen aan de messinglegering van de marine bij de productie van het onderdeel. Maar alles wat gedaan wordt om messing te beschermen tegen ontzinking maakt het proces complexer en duurder. Daarom moet messing worden vermeden als ontzinking waarschijnlijk is en er eenvoudiger materiaalopties beschikbaar zijn.

Aluminium

Aluminium wordt in zoutwateromgevingen gebruikt vanwege zijn lichte gewicht en hoge sterkte. Bovendien is aluminium goed bestand tegen corrosie. Wanneer er een kleine hoeveelheid corrosie optreedt, vormt zich op natuurlijke wijze een dun laagje aluminiumoxide over het aangetaste oppervlak, waardoor verdere corrosie wordt beperkt. Zout water en zoute lucht kunnen echter in sommige omstandigheden sneller corroderen dan de beschermende laag zich kan ontwikkelen. Dit kan leiden tot putjes in het aluminium.

Bescherming tegen aluminiumcorrosie in zout water is vrij eenvoudig. Traditioneel is het schilderen van het aluminium oppervlak voldoende om het te beschermen. De verf moet echter snel worden onderhouden wanneer er barsten of andere gebreken optreden. Meer recentelijk is echter poedercoating ontwikkeld. Dit zorgt voor een harde beschermlaag over het aluminium, waardoor er na verloop van tijd minder onderhoud nodig is.

Aluminium mag niet direct worden gebruikt met edele metalen zoals koper. Dit contact kan gemakkelijk leiden tot galvanische corrosie.

Aluminiumlegeringen voor scheepvaarttoepassingen

De meest gebruikte aluminiumlegeringen in zoutwatertoepassingen zijn aluminium-silicium-, aluminium-magnesium- en aluminium-magnesium-siliciumlegeringen.

• Al-Si: Aluminium-siliciumlegeringen hebben een behoorlijke sterkte, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in motorblokken. Door elementen als koper en magnesium toe te voegen, kunnen deze legeringen ook dienen als lasvuller. Ze worden vaak gebruikt om lekvrije, vermoeiingsbestendige gietstukken en cruciale onderdelen voor maritiem gebruik te maken.
• Al-Mg: Aluminium-magnesiumlegeringen kunnen niet worden warmtebehandeld en zijn moeilijk te vormen, maar ze zijn zeer goed bestand tegen roest, dus ze zijn geweldig voor onderdelen die vaak in contact komen met zeewater.
• Al-Mg-Si: Aluminium-magnesium-siliciumlegering is populair om zijn esthetische en structurele kwaliteiten en is geweldig voor afwerking. Het wordt vaak gebruikt voor architecturale projecten binnen en buiten. Deze legeringen kunnen warmtebehandeld worden, hebben een behoorlijke sterkte, kunnen gemakkelijk gevormd worden en zijn zeer goed bestand tegen corrosie.

PVC in zoutwatertoepassingen

PVC en andere kunststoffen worden al lang erkend als geschikte materialen voor zoutwatertoepassingen vanwege hun unieke eigenschappen waardoor ze bestand zijn tegen de ruwe omgeving van zout water.

• Corrosiebestendigheid: PVC is bestand tegen corrosie door zout water, waardoor het een ideaal materiaal is voor gebruik in zout water. In tegenstelling tot metalen buizen die na verloop van tijd eroderen door blootstelling aan zout water, behouden PVC-buizen hun structuur en functionaliteit.
• Niet-geleidend: PVC geleidt geen elektriciteit. Dit is een essentiële eigenschap in zoutwatertoepassingen omdat zout water een goede geleider van elektriciteit is. Het gebruik van PVC vermindert dus het risico op elektrische ongelukken.
• Kosteneffectiviteit: PVC-onderdelen zijn over het algemeen goedkoper dan metalen onderdelen. Omdat het zo licht is, is het ook gemakkelijker en kosteneffectiever om te vervoeren en te installeren. Tot slot heeft PVC door zijn corrosiebestendigheid minder onderhoud nodig, waardoor de kosten op lange termijn lager uitvallen.

Het gebruik van PVC in zoutwatertoepassingen heeft nadelen:

• Gevoeligheid voor zonlicht: Langdurige blootstelling aan zonlicht kan ervoor zorgen dat PVC na verloop van tijd broos wordt en barst.
• Lage chemische weerstand: PVC heeft een relatief smalle chemische weerstand. Blootstelling aan organische oplosmiddelen kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat PVC zacht wordt en zijn vorm verliest.
• Temperatuur en druk: PVC heeft doorgaans lagere temperatuur- en drukwaarden dan metaal. Hij kan temperaturen tot 60 °C (140 °F) en drukken tot 13,8 bar (200 psi) aan.

Rubbers in zoutwatertoepassingen

Voor systeemonderdelen die een afdichting nodig hebben (bijv. kleppen) moet het afdichtingsmateriaal ook geschikt zijn voor een zoutwateromgeving. De drie belangrijkste gebruikte materialen zijn EPDM, neopreenrubber en PTFE. Neem de volgende factoren in overweging bij het maken van een keuze:

• Prijs: Als het budget van grote invloed is op de materiaalkeuze, zijn EPDM- en neopreenrubberafdichtingen doorgaans goedkoper dan PTFE-afdichtingen.
• Bestand tegen zout water: Alle drie de materialen zijn goed bestand tegen zout water. Er is geen significant verschil tussen hen.
• Weerstand tegen de omgeving: EPDM is beter bestand tegen ozon, verwering en UV-straling dan de andere twee materialen. Dit maakt hem bijzonder geschikt voor buitentoepassingen in zout water.
• Chemische weerstand: PTFE is beter bestand tegen chemicaliën dan de andere twee materialen. Lees onze gids over chemische weerstand voor meer informatie.
• Temperatuurbereik: De drie materialen hebben gemiddeld de volgende temperatuurbereiken:
  • PTFE: -20 °C tot 180 °C (-4 °F tot 356 °F)
  • EPDM: -50 °C tot 120 °C (-60 °F tot 250 °F)
  • Neopreen: -40 °C tot 120 °C (-40 °F tot 250 °F)
• Drukwaarden: De drie materialen hebben de volgende drukwaarden:
  • PTFE: 20 bar (290 psi)
  • EPDM: 10 bar (145 psi)
  • Neoprene: 15 bar (217 psi)
• Let op: Temperatuurbereiken en drukwaarden kunnen aanzienlijk veranderen afhankelijk van de specifieke structuur van de afdichting. Gebruik de bovenstaande informatie daarom als een algemene richtlijn, maar neem altijd contact op met de fabrikant van een product voor specifieke waarden.

Koolwaterstoftoepassingen

EPDM en neopreen zijn ongeschikt voor toepassingen met olie, benzine en andere koolwaterstoffen. Alleen PTFE is zeer goed bestand tegen deze media.

Algemene materiaaltoepassingen

Gebruik de volgende voorbeeldtoepassingen als richtlijn om te begrijpen welke materialen je moet kiezen voor systeemcomponenten, zoals kleppen en fittingen:

• RVS: Roestvrijstalen kleppen en fittingen kunnen worden gebruikt in een groot aantal zoutwatertoepassingen dankzij hun corrosiebestendigheid. In de maritieme industrie regelen ze de vloeistofstroom in schepen, onderzeeërs en offshore boorplatforms. In ontziltingsinstallaties beheren ze de toevoer van zeewater en het resulterende zoete water.
• Gietijzer: Gietijzeren kleppen en fittingen zijn minder corrosiebestendig dan roestvrij staal. Ze worden gebruikt waar sterkte vereist is en blootstelling aan zout water niet constant is. Ze worden aangetroffen in zoutwaterkoelsystemen, ballastsystemen in schepen en bepaalde onderdelen van offshore platforms.
• Messing: Messing kleppen en fittingen zijn bestand tegen zout water en worden gebruikt in sanitaire systemen voor de scheepvaart. Ze komen vaak voor in de koel- en verwarmingssystemen van boten, schepen en zoutwaterzuiveringsinstallaties.
• Aluminium: Aluminium afsluiters en fittingen worden vaak gebruikt in zeeschepen, vooral als het gewicht een probleem is. Ze kunnen worden gebruikt in bepaalde hydraulische systemen van lichtgewicht boten of in zoutwateraquaria.
• PVC: PVC afsluiters en fittingen zijn zeer zoutwaterbestendig en worden vaak gebruikt in maritieme toepassingen waar corrosiebestendigheid essentieel is, maar metalen onderdelen niet nodig zijn. Ze worden veel gebruikt in zeewaterleidingsystemen, ontziltingsinstallaties en aquacultuurbedrijven om de waterstroom te regelen.

FAQs

Roest roestvast staal in zout water?

Roestvast staal is zeer goed bestand tegen corrosie door zout water, maar zal uiteindelijk gaan roesten en corroderen als het langere tijd rechtstreeks aan zout water wordt blootgesteld.

Is messing bestand tegen zout water?

Messing is niet bestand tegen zout water. Het zal op zijn minst aanslag veroorzaken en op zijn hoogst ontzinking, wat de structurele integriteit ruïneert. Marine messing is een meer resistente optie.