Roest is geen corrosie!

© Frans Vos, zaakvoerder Materials Consult

In de media, in sommige vaktijdschriften en zelfs in sommige woordenboeken gebeurt het nog al te veel: Een woord een betekenis toedichten die het technisch gezien eigenlijk niet heeft. Zo worden de woorden “roest” en “corrosie” door sommige auteurs blijkbaar als synoniemen aanzien, maar zijn ze dat eigenlijk wel?

Corroded flangeCorrosie is het in oplossing gaan van een metaal, bv. in water. Dat mechanisme is enigszins vergelijkbaar met het oplossen van keukenzout in water. Als je keukenzout in een pot water doet in een hoeveelheid die onder de zogenaamde ‘oplosbaarheidslimiet’ van zout in water ligt, zal het zout ontbinden in zijn bouwstenen: natrium- en chloorionen. Als de zoutconcentratie onder de oplosbaarheidslimiet van zout in water blijft, zal je dus niet zien dat er zout in het water zit. Wat met keukenzout in water gebeurt, kan ook gebeuren met metalen: ze gaan in oplossing, waarbij voor staal bv. ijzeratomen ‘in oplossing gaan’, waardoor er ijzerionen in het water terecht komen. Dat laatste is “corrosie”. Echter, zolang de oplosbaarheidslimiet van die ijzerionen in water niet wordt overschreden, zie je daar niets van. Of met andere woorden: “Er is nog geen roest, maar al wel corrosie”, dus het verlies van metaal, dus het verlies van sterkte enz. Of nog anders: “Je kan perfect corrosie hebben, zonder dat je ook maar een plekje roest ziet."

Wat is roest dan wel? Roest ontstaat bij het overschrijden van de oplosbaarheidslimiet van de ijzerionen in het water. Even terugkeren naar de vergelijking met het keukenzout. Als je zout blijft toevoegen aan de pot water, zal o p een bepaald ogenblik de oplosbaarheidslimiet van het zout in water worden overschreden. Vanaf dat ogenblik zal al het zout dat je nog toevoegt ‘te veel’ zijn voor de oplossing en zal het ‘te veel’ niet meer in oplossing gaan, maar zichtbaar neerslaan op de bodem van de pot. Een andere analogie: als je een pot water hebt waarin de oplosbaarheidslimiet van het zout niet is overschreden, maar je begint het water te koken, zal op een bepaald ogenblik de oplosbaarheidslimiet wel worden overschreden: door het verlies van water stijgt de zoutconcentratie, wat bij overschrijding van de oplosbaarheidslimiet leidt tot het terug aan elkaar binden van natrium- en chloorionen, dus het neerslaan van zoutkristallen. Terug naar het staal: als de oplosbaarheidslimiet van de ijzerionen in het water wordt overschreden, zal de overmaat aan ijzerionen neerslaan door een verbinding aan te gaan met hydroxide-ionen of zuurstof. Deze chemische verbinding slaat dan neer op de plaats van corrosie of elders; die chemische verbinding tussen ijzerionen en hydroxide-ionen of zuurstof, dat is “roest”.

Als ik de voorgaande twee alinea’s samenvat, komt het dus op het volgende neer: roest is geen corrosie, maar is wel een mogelijk gevolg van corrosie.

Taal zou moeten worden gebruikt om mensen correct en duidelijk te informeren. Doordat sommigen ‘corrosie’ en ‘roest’ als synoniemen gebruiken, wordt er vanuit technisch standpunt grote onduidelijkheid gecreëerd. Jammer genoeg laten vele mensen in de industrie zich ook misleiden. Ook in de industrie wachten nog altijd veel te veel mensen ‘tot ze roest zien’ of ‘tot het roest’ alvorens in te grijpen. Maar dan is het in vele gevallen te laat. De corrosie, het verlies van metaal, is al lang daarvoor begonnen.


Deze blog werd eveneens gepubliceerd in het tijdschrift 'Oppervlaktetechnieken', onder de rubriek 'Mijn mening', juni (2020), 37-37.
'Oppervlaktetechnieken' is een uitgave van de Vereniging Industrieel Oppervlaktebehandelend Nederland.  

 

Kabels, Popeye en Spinazie

Popeye, één van mijn helden uit ver vervlogen jeugdjaren; deze onverschrokken zeeman haalde zijn sterkte uit machtige armspieren, uit zijn liefde voor ‘zijn’ Olive Oyl en neefje Swee’Pea, en … uit het onvermijdelijke blik spinazie. De ideale combinatie voor allerlei spannende avonturen.

staalkabelPopeye’s armen werden soms opgevoerd alsof ze waren gemaakt van stalen kabels, waarmee Popeye enerzijds de gevaren te lijf ging en anderzijds liefdevol zijn Olive als een vederpluimpje ophief. Daar waar Popeye zijn sterkte haalde uit een combinatie van armsterkte, liefde en spinazie, wordt ook de sterkte van een staalkabel bepaald door een combinatie van diverse ingrediënten.

Om het verhaal van de staalkabel beter te begrijpen, moet eerst worden vermeld dat een staalkabel is opgebouwd uit verschillende kabelbundels. Kabelbundels kunnen op zich zijn opgebouwd uit kleinere kabelbundels. De kleinste kabelbundels zijn dan weer samengesteld uit staalvezels. Buiten de staalvezels en –bundels kunnen ook nog andere materialen in vezelvorm of als vulmateriaal in de kabel worden verwerkt. Enkele voorbeelden zijn te vinden in de figuur onderaan deze blog.

Wat zijn de belangrijkste eigenschappen van een kabel die samen zijn sterkte bepalen?

  • oude_treksteenTen eerste zijn er de staalvezels, die ieder op zich een bepaalde sterkte hebben. Vervolgens is er de doorsnede van de staalvezels; die doorsnede kan o.a. cirkelvormig, vierkant of driehoekig zijn. Deze doorsnedevorm zal bepalen hoeveel contactoppervlak er is tussen de vezels als zij in een bundel worden samengebracht; hoe meer contactoppervlak, hoe meer wrijving en dus hoe sterker de kabel.
  • Naast de sterkte en vorm van de individuele staalvezels is er vervolgens de kabelsamenstelling, i.e. hoeveel vezels zitten er in de basisbundels, hoeveel basisbundels zitten er in een grotere bundel en hoeveel grotere bundels zitten er in de kabel.
  • Niet alleen de samenstelling van de kabel in doorsnede is daarbij van belang, maar ook de wijze en onder welke hoek al de vezels en bundels in elkaar zijn vervlochten. Het is de totale vlechtconfiguratie die mee de sterkte van de kabel zal bepalen.
  • Ook de vulmaterialen en/of vezels van andere materialen zullen mee de sterkte van de kabel bepalen. Bepaalde types vezels zijn tegenwoordig even sterk of zelfs sterker dan staalvezels, zoals bepaalde aramide-gebaseerde vezels. Andere vezels en de vulmaterialen zijn dan weer zwakker, maar helpen vooral andere eigenschappen zoals soepelheid en taaiheid van de kabel te optimaliseren.
  • Vervolgens is er ook nog de smering van de kabel. Vele staalkabels zijn inderdaad volledig ingevet om de soepelheid te garanderen van de kabel op zich en bij zijn beweging over loopwielen, doorheen katrollen enz. Sterkte, taaiheid, soepelheid en smering zijn allemaal noodzakelijk om vermoeiing en slijtage van de staalkabel tegen te gaan en garanderen zo de veiligheid van vele constructies zoals kabelbruggen, stuurinrichtingen en de miljoenen liften die wereldwijd onze goederen en onszelf van beneden naar boven en omgekeerd doen gaan.

Voorgaande technische details en de kwaliteit van de kabelbevestiging bepalen samen de belangrijkste eigenschappen en de duurzaamheid van een staalkabel; allemaal samen zijn zij de armkracht en de ingrediënten van de spinazie. En de liefde … die komt van de vele ingenieurs die dagelijks staalvezels ontwikkelen en produceren, de samenstelling van staalkabels bepalen en hun smering optimaliseren met slechts één doel voor ogen: onze veiligheid.

 

staalkabel_doorsnedes

De bouwstenen van materialen

Materialen kan je vergelijken met de constructie van je huis.

Op de betonnen fundering bouw je een metselwerk van stenen die elkaar overlappen, verdiepingen scheid je van elkaar door betonnen en/of houten balken, het dak bestaat uit een prachtig houten spantwerk, bedekt met elkaar overlappende dakpannen. Je huis doorstaat weer en wind, niet alleen dankzij het beton, de bakstenen, het hout en de dakpannen op zich, maar ook dankzij de wijze waarop al die bouwmaterialen in elkaar gepuzzeld en aan elkaar bevestigd zijn: stalen wapening, mortel, bouten en moeren, nagels en schroeven houden alles bij elkaar.

Materialen zijn net hetzelfde. Alle materialen bestaan uit bouwstenen, ook wel 'atomen' genoemd. Die atomen kunnen op allerhande manieren worden gestapeld en de manier waarop ze zijn gestapeld bepaalt al voor een deel hoe sterk het materiaal zal zijn. Een mooi voorbeeld is de vergelijking van diamant en je grijze potloodstaafje (grafiet). Zowel diamant als je potloodstaafje zijn volledig opgebouwd uit koolstofatomen, maar toch is diamant het hardste materiaal ter wereld en is je potloodstaafje zo zacht als boter. Het verschil is de manier waarop de koolstofatomen zijn gestapeld, zie je in de figuur. Alle atomen in een diamant (links in de figuur) hangen sterk aan elkaar. In een grafietstaafje (rechts op de figuur) zijn de atomen gestapeld in lagen waarbinnen de atomen sterk aan elkaar hangen, maar tussen de lagen is de sterkte heel beperkt.

De meeste materialen bestaan echter uit veel meer dan een stapeling van atomen alleen. De meeste materialen bevatten verschillende soorten atomen en verschillende stapelingen van die atomen; die verschillende stapelingen worden dan 'fases' genoemd. Het best gekende voorbeeld is staal, dat in hoofdzaak bestaat uit ijzeratomen, maar je vindt er ook altijd koolstofatomen in terug. Afhankelijk van hoe die ijzeratomen en koolstofatomen (en eventuele andere atomen) zijn gestapeld, dus afhankelijk van de fases die je er in terugvindt, krijg je dan bv. gewoon constructiestaal of bepaalde types roestvast staal.

diamond graphite structureTenslotte kan je ook nog verschillende materialen combineren om zo een nieuw materiaal te maken. Een zeer gekend voorbeeld in wielerminnend Vlaanderen zijn koersfietsen. Het frame en vele andere onderdelen van de fietsen van onze toprenners zijn gemaakt van 'composieten'; dat zijn materialen die op zich uit verschillende andere materialen bestaan, zoals koolstof- of glasvezels die zijn gemengd en uitgehard samen met een plasticmateriaal. Om te eindigen waar we begonnen zijn: ook je huis bevat vele composietmaterialen: gewapend beton bestaat uit een stalen wapening, ingewerkt in beton; beton bestaat op zich uit een mengeling van stenen, zand en cement enz.

Al die stapelingen samen bepalen hoe sterk het materiaal zal zijn, dus ook hoe sterk je huis zal zijn.

Dat is wat Materials Consult wil zijn,

een stevige thuishaven voor zij die vragen hebben over materialen.                     

  

 

Olympische materialen

De hoogmis van de sport en de hoogmis van het sportmateriaal hebben elkaar weer ontmoet. Deze keer was PyeongChang in Zuid-Korea the place to be. Gedurende twee weken heeft het kruim van de wintersporters het beste van zichzelf gegeven op de Olympische winterspelen. Een feest van ware topprestaties!

Topprestaties leveren is in de eerste plaats maar mogelijk dankzij de inspanningen van de sporter zelf en haar/zijn team. In dat team zitten ook materiaaldeskundigen. Ook zij moeten topprestaties leveren en op het juiste ogenblik het topmateriaal aanleveren waar de prestaties van de atleten soms met een fractie van een seconde afhankelijk van zijn. Wat bijvoorbeeld met de sportkledij? Speelt dat werkelijk een rol bij het net niet of net wel behalen van de gouden medaille? Uit welk materiaal is dat gemaakt en kan het profiel van het oppervlak je naar de zege leiden? Hoe maak je bv. de ideale ijsschaats en verschillen ijsschaatsen voor snelschaatsen van die voor figuurschaatsen of ijshockey? De verschillen zijn inderdaad enorm. En dan is er het ijs zelf? Hoe komt het dat je er zo gemakkelijk op (uit)glijdt? En hoe wordt dat ijs omgevormd tot die supergladde piste? 

Vele vragen dus. Gelukkig zijn er op internet heel wat educatieve films ter zake te vinden, waarvan we er hier graag enkele met jullie delen. Of hoe de materiaalkunde Olympsiche atleten mee tot onze helden maakt.

 

De ene schaats is de andere niet

 

Waarom en hoe glijdt de schaats over het ijs?

 

Wat doet zout bij het maken van een vlakke ijspiste?

De files op pensioen

chatillon car graveyard abandoned cars cemetery belgium 4

Tot op heden zijn ze vooral gekend vanuit de wereld van gas en water, maar wist u dat ze ook verantwoordelijk zijn voor transport van chemicaliën, aardolie, bescherming van de kabels van uw digitaal telefonie- en internet signaal, voor de post- en onderdelenbedeling in vele grote bedrijven en dat ook vele miljarden mensen er al hebben doorgereden? Ze worden ook wel de 5de transportmodaliteit genoemd, pijpleidingen in alle maten en gewichten en uit vele verschillende materialen. Staal- en polymeerleidingen voor transport van gas, water, allerhande chemicaliën en kokers met berichten, beton voor rioleringstelsels en tunnels of geherwaardeerde bakstenen gewelven, het zijn allemaal voorbeelden van hoe pijpleidingen helpen ons dagelijks leven eenvoudiger te maken.

Lange Wapper, file op de E313, het toenemende aantal vrachtwagens op onze wegen, een verouderde spoorinfrastructuur, aswolken, … het wordt moeilijker en moeilijker om allerhande producten en onszelf tijdig  op bestemming te krijgen. Allerhande alternatieven worden naar voor geschoven: monstertrucks, meer gebruik van trein- en waterwegen, verplichten van carpooling voor mensen die permanent op kantoor verblijven, rekeningrijden enz. Er is echter één oplossing die nooit het voetlicht haalt, en toch is ze heel eenvoudig.

tunnelconstructie

De wereld zou er goed aan doen om veel meer pijpleidingen te gebruiken. In vele landen is ons aardoppervlak ruimschoots verzadigd, dus hoog tijd om van ons 2-dimensionaal verkeer(d)denken voluit voor de 3-dimensionele boven- en/of ondergrond te gaan. Bovengronds is daarbij echter een minder geschikte oplossing als we ons klimaat, onze groene achtertuin en zoveel mogelijk natuur willen bewaren. Ondergrondse transportnetten blijken in die zin een veel adequatere oplossing te bieden, al zijn de ingenieursuitdagingen daar niet minder dan in het bovengrondse alternatief. Evacuatie en opslag van verbrandingsgassen uit tunnels, ontwikkeling van elektromagnetische transportsystemen om verbrandingsgassen uit tunnels te weren, stabiliteit en corrosieresistentie van de ondergrondse structuren, het geometrisch exact sturen van de boringen en graafwerken, het zijn slechts enkele van de vele technische uitdagingen. Buisleidingen, de 5de transportmodaliteit, zijn echter ontegensprekelijk een waardig alternatief voor de 2-dimensionale problemen die aan het aardoppervlak duidelijk niet opgelost geraken.

Vele technici, economisten en wetenschappers uit diverse sectoren hebben inmiddels aangetoond dat buisleidingen de sleutel zijn tot een duurzamer, sneller en groen alternatief voor onze huidige verkeersindigestie. Binnen Nederland en België hebben zij zich gegroepeerd in de “Buisleiding Industrie Gilde (BIG)”, die een verhoogd gebruik van buisleidingen vooropstellen en de daarbij horende maatschappelijke en technische discussies ten volle wensen aan te gaan. Meer informatie over de BIG kan je vinden op www.bigleidingen.eu.

Wat betreft de technische kant zullen we je de volgende maanden ook regelmatig vergasten op een blog  in verband met het gebruik van materialen in onze ondergrond. En voor zij die op zoek zijn naar een job met toekomst … in de pijpleidingsector valt er duidelijk toekomst te rapen. Het onderstaande filmpje wil dat aan iedereen duidelijk maken.

 

Over Materials Consult

Materials Consult bvba
Malendriesstraat 70
3370 Boutersem
KBO/BTW (BE)0878.593.930

Search