Korrosionstest af nittesamlinger på aluminium

Dokument: SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af nittesamlinger på aluminium SASAK Projekt 5 Mekanisk Sammenføjning Niels Kåre Bruun FORCE Instituttet, marts 2001

Sammenfatning Gængse typer nittesamlinger til samling af aluminium er undersøgt ved salttågetest og marin test. Det kan konstateres, at samlingernes levetid begrænses af spaltekorrosion og galvanisk korrosion. Den galvaniske korrosion på aluminium skyldes ledende og elektrolytisk kontakt til elektrokemisk set mere ædle metaller som f.eks. monel, kobber, rustfrit stål eller stål. En eller flere af følgende forebyggende foranstaltninger bør anvendes: - Den galvaniske korrosion i forbindelse med de nittede samlinger forebygges mest effektivt ved at vælge nitter af aluminium. Stiften børe ligeledes være af aluminium. - Grundmaterialet overfladebehandles med maling inden samling. Dette kan hindre galvanisk kontakt imellem metallerne samt spaltekorrosion på grundmaterialet. Monteringsskader af belægningen kan ødelægge effekten. Spaltekorrosion vil stadig kunne optræde på den ubehandlede nitte. - Smøring af grundmaterialets overflade med en zinkoxidholdig og syrefri vaselinefedt inden montering. Effekten begrænses af, at vaselinen kan vaskes ud med tiden - Anvendelse af elforzinkede nitter. Virkningen begrænses af at elforzinkningen opløses/korrodere, grundet galvanisk belastning fra de øvrige metaller. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 2 af 22

Indhold: 1 Introduktion... 3 2 Testede nittesamlinger... 4 3 Testmiljøer... 4 4 Testresultater... 5 5 Konklusion og diskussion... 21 1 Introduktion Ved mekanisk sammenføjning af aluminium anvendes flere forskellige samlingsprincipper. En hyppigt anvendt mekanisk befæstelse af aluminium er nittede samlinger. Ved nitning af aluminium gennembores kontaktfladerne imellem aluminiumfladerne, som skal sammenføjes. I dette hul anbringes en udkravet nitte med en stift. Nittens bund deformeres ved træk i stiften, hvorved nitten fastholder de to overflader. Derpå knækkes en del af stiften af. Metalsammensætningen af den udkravede nitte og stiften kan variere meget, således at stiften og foringen ikke behøver at være materialemæssigt identiske, hverken med hinanden eller med de sammenføjede aluminiumoverflader. Dette medfører risiko for galvanisk korrosion og reduceret levetid som følge. Derfor er en række gængse nittesamlinger udført som befæstelse af 2 stk. 1 mm aluminiumtyndplade i EN AW 5754 samt direkte på en 3 mm aluminiumplade i EN AW 5082. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 3 af 22

2 Testede nittesamlinger Følgende nitter er testet: Tabel 2.1: Testede nitter, sammensætning, overfladebehandling for nitte og stift. Nr. Nitte Standard Stift Standard 1 Rustfrit stål (RS) AISI 305 RS AISI 305 2 Monel BS 3073 NA 13, elforzinket RS TLP D SS 3 RS AISI 305 RS AISI 410 4 Aluminium (Alu) BS 1473 Al Mg 3,5 Stål BS 970 En 49 5 Alu BS 1473 Al Mg 3,5 Stål BS 970 En 49 6 Stål BS 1449 CS 3, elforzinket, gulpassiveret Stål BS 970 En 49 7 Monel BS 3073 NA 13, elforzinket Stål BS 970 En 49 8 Monel BS 3073 NA 13, elforzinket Stål BS 970 En 49 9 Monel BS 3073 NA 13, elforzinket Stål BS 970 En 49 10 Kobber BS 2873 C 101 Stål BS 970 En 49 11 Alu Al 99,5% Alu Al 99,5% 12 Alu SAE 5052 (2,5% Mg ) Alu SAE 5052 (2,5% Mg ) 13 Alu 3,5% Mg Alu 3,5% Mg 14 Alu SAE 5052 (2,5% Mg ) Alu SAE 7178 15 Alu BS 1473 Al Mg 3,5 Stål BS 970 En 49 3 Testmiljøer Nitterne er testet i følgende miljøer: 1. Salttågetest. 1000 timer i vort salttåge kammer, hvor vand med 3,5 % NaCl er sprøjtet ud over emnerne ved 40 C. 2. Marin test. 6 måneder på vort marine forsøgslaboratorium ved Kyndby ved cyklisk påsprøjtning af naturligt havvand 5 minutter i timen anbragt i en vinkel på 45 mod syd. Marin testen ligner mest de miljøer der optræder i Danmark ved kysten og på havet i de områder, som jævnligt oversprøjtes med havvand og derpå udtørrer. Derimod svarer miljøet i salttågekammeret til tropisk klima med konstante salttåger, hvilket ikke er repræsentativt for Danmark. Derimod udgør salttågetesten et accelereret testmiljø, som giver en indikation af, hvorledes nitterne vil klare sig på længere sigt uden, at det vides nøjagtig hvor stor accelerationsfaktoren er. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 4 af 22

4 Testresultater Foto 1. Samling nr. 1. 3 mm alu-plade af EN AW 5082. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat af salttågetest. Nederst ses afrenset overflade efter salttågetest. Foto 2. Samling nr. 1. 1 mm alu-plade af EN AW 5754. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat af salttågetest. Nederst ses afrenset overflade efter salttågetest. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 5 af 22

Foto 3. Samling nr. 2. 3 mm alu-plade af EN AW 5082. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat af salttågetest. Nederst ses afrenset overflade efter salttågetest. Foto 4. Samling nr. 2. 1 mm alu-plade af EN AW 5754. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat af salttågetest. Nederst ses afrenset overflade efter salttågetest. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 6 af 22

Foto 9. Samling nr. 5. 3 mm alu-plade af EN AW 5082. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat af salttågetest. Nederst ses afrenset overflade efter salttågetest. Foto 10. Samling nr. 5. 1 mm alu-plade af EN AW 5754. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 9 af 22

Foto 11. Samling nr. 6. 3 mm alu-plade af EN AW 5082. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat Foto 12. Samling nr. 6. 1 mm alu-plade af EN AW 5754. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 10 af 22

Foto 29. Samling nr. 15. 3 mm alu-plade af EN AW 5082. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat Foto 30. Samling nr. 15. 1 mm alu-plade af EN AW 5754. Ø.tv. ses resultat af marin test. Ø.th. ses resultat I tabel 4.1 ses samlet vurderinger af de enkelte samlingers korrosionsforhold efter testperiodens afslutning. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 19 af 22

Tabel 4.1: Testede nitter, sammensætning, overfladebehandling for nitte og stift. Sam ling. Nitte/Stift Test Korrosion nitte/stift Korrosion EN AW 5754 1. RS/RS Salttåge IAB GK GK Korrosion EN AW 5082 Skøn af anvendelse i marint atmosfærisk miljø Foto 1, 2 Marin IAB IAB IAB Samlingen ikke egnet. 2. Monel/RS Salttåge Zn væk GK Bet. GK Foto 3, 4 Marin Zn delvis væk IAB IAB Samlingen ikke egnet. 3. RS/RS Salttåge IAB Bet. GK Bet. GK Foto 5,6 Marin IAB IAB SK Samlingen ikke egnet. 4. Alu/Stål Salttåge IAB / RR IAB IAB Foto 7, 8 Marin IAB / RR IAB IAB 5. Alu/Stål Salttåge IAB / RR IAB IAB Foto 9, 10 Marin IAB / RR IAB IAB 6. Stål/Stål Salttåge Zn væk / RR SK GK Samlingen egnet. Risiko for rødrust afsmitning. Samlingen egnet. Risiko for rødrust afsmitning. Foto 11, 12 Marin RR / RR IAB IAB Samlingen ikke egnet. 7. Monel/Stål Salttåge Zn væk / RR SK+GK SK+GK Samlingen ikke egnet ved længere tids marin Foto 13, 14 Marin IAB IAB IAB eksponering. 8. Monel/Stål Salttåge Zn væk / RR GK GK Foto 15, 16 Marin IAB IAB SK Samlingen ikke egnet. 9. Monel/Stål Salttåge Zn væk / RR SP+GK SP+GK Foto 17, 18 Marin IAB IAB SK Samlingen ikke egnet. 10. Kobber/Stål Salttåge Patineret Bet. GK Bet. GK Foto 19, 20 Marin Patineret SK SK Samlingen ikke egnet. 11. Alu/Alu Salttåge IAB SP SP Samlingen betinget egnet. Risiko for spaltekorrosion. Foto 21, 22 Marin IAB IAB IAB 12. Alu/Alu Salttåge IAB Ubet. SK Ubet. SK Samlingen egnet. Risiko for mindre spaltekorrosion. Foto 23, 24 Marin IAB IAB IAB 13. Alu/Alu Salttåge IAB Ubet. SK Ubet. SK Samlingen egnet. Risiko for mindre spaltekorrosion. Foto 25, 26 Marin IAB IAB IAB 14. Alu/Alu Salttåge IAB Ubet. SK IAB Samlingen egnet. Risiko for mindre spaltekorrosion. Foto 27, 28 Marin IAB IAB IAB 15. Alu/Stål Salttåge IAB / RR IAB Ubet. SK Samlingen egnet. Risiko for mindre spaltekorrosion. Foto 29, 30 Marin IAB / RR IAB Ubet. SK RR = Rød Rust, GK = Galvanisk Korrosion, SK = Spalte Korrosion, (U)Bet. = (U)Betydelig. SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 20 af 22

5 Konklusion og diskussion Det kan konstateres, at i det gennemførte forsøg begrænses samlingernes levetid af spaltekorrosion og galvanisk korrosion, hvor spaltekorrosionen er forløberen for egentlig galvanisk korrosion. Den galvaniske korrosion på aluminium skyldes ledende og elektrolytisk kontakt til elektrokemisk set mere ædle metaller som f.eks. monel, kobber, rustfrit stål eller stål. Den galvaniske korrosion vil skjule begyndende spaltekorrosion, fordi denne korrosionsform oftest giver den mest udtalte nedbrydning af samlingen og området omkring samlingen. Spaltekorrosionen opstår i spalten imellem nittens udkravede del og grundmaterialet grundet vandindtrængning og efterfølgende lokal dannelse af et saltsurt miljø, som bevirker korrosion under den udkravede del og på anlægsfladen mod grundmaterialet. Ved brug af nittede aluminiumsamlinger i marin atmosfæriske miljøer bør risikoen for galvanisk korrosion og spaltekorrosion derfor ikke være tilstede, da disse vil begrænse aluminiumsamlingens levetid. Testen viser, at den galvaniske korrosion i forbindelse med de nittede samlinger forebygges ved at vælge nitter af aluminium. Stiften børe ligeledes være af aluminium. I marin testen viste det sig, at de elforzinkede nitter af monel og stål havde en god effekt, men i salttågekammeret viste det sig, at de ikke fungerer optimalt. Dette indikerer, at elforzinkningen kun på kort sigt kan beskytte mod galvanisk korrosion på grundmateriale af aluminium. En eller flere af følgende forebyggende foranstaltninger bør således anvendes anvendelse af nittede samlinger i marine miljøer: - Den galvaniske korrosion i forbindelse med de nittede samlinger forebygges mest effektivt ved at vælge nitter af aluminium. Stiften børe ligeledes være af aluminium. - Anvendelse af elforzinkede nitter. Virkningen begrænses af at elforzinkningen opløses/korrodere, grundet galvanisk belastning fra de øvrige metaller. - Grundmaterialet overfladebehandles med maling inden samling. Dette kan hindre galvanisk kontakt imellem metallerne samt spaltekorrosion på grundmaterialet. Monteringsskader af belægningen kan ødelægge effekten. Spaltekorrosion vil stadig kunne optræde på den ubehandlede nitte. - Smøring af grundmaterialets overflade med en zinkoxidholdig og syrefri vaselinefedt inden montering. Effekten begrænses af, at vaselinen kan vaskes ud med tiden SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 21 af 22

Litteraturliste [1] Johnson, Torsten og Aronsson, Cecilia Korrosionshärdigheten hos fästelement. Slutrapport KI Rapport 1995:7 SASAK-RAP-ME-AKS-FI-0010-00 Korrosionstest af gængse nittesamlinger Side 22 af 22