Als u in de watersector werkt, heeft u wellicht wel eens van de term ‘ontzinking’ gehoord. Hoewel het voorkomen ervan vanuit wetenschappelijk oogpunt vanzelfsprekend lijkt, kan het effect ervan op koperen waterfittingen ernstig schadelijk zijn.
Ontzinking levert aanzienlijke problemen op voor zowel fabrikanten van koperen waterfittingen als eindgebruikers. Wat is het precies en wat kan er gedaan worden om de effecten ervan te verminderen?
Wat is ontzinking?
Ontzinking is een proces dat ervoor zorgt dat zinklegeringen, zoals messing, na verloop van tijd in water worden afgebroken. Messing bestaat voor ongeveer tweederde uit koper en voor een derde uit zink, samen met sporen van andere legeringselementen, zoals tin, ijzer en mangaan.
Tijdens het ontzinken wordt zink onbedoeld uit de messinglegering verwijderd door een corrosieve reactie op water of vocht.
Na een periode waarin in natte omstandigheden is gewerkt, kan er voldoende zink uit de messinglegering lekken, waardoor de integriteit van een messingcomponent wordt aangetast, waardoor een verzwakte honingraatachtige structuur overblijft die ongeschikt is voor het beoogde doel.
Zorgt ontzinking ervoor dat messing gaat roesten?
Hoewel het geen roest is zoals we het traditioneel begrijpen (alleen ijzer kan roesten), heeft ontzinking een soortgelijk corrosief effect op componenten van messinglegeringen, waardoor hun interne structuur wordt aangetast en de sterkte afneemt.
Het kan moeilijk zijn om ontzinkt messing te herkennen – in tegenstelling tot roest met zijn opvallende kleur en textuur. Ontzinkte messing onderdelen blijven aan de buitenkant, afgezien van kleine verkleuringen, vaak onveranderd en behouden doorgaans hun oorspronkelijke vorm en afmetingen.
Maar de verhoogde porositeit van de messinglegering en de dramatische vermindering van de mechanische sterkte van het onderdeel zullen vaak resulteren in catastrofaal falen.
Waarom veroorzaakt ontzinking messingcorrosie?
Deze reactiviteit van koper in water zal veel mensen verrassen; Messing fittingen zijn een populaire favoriet in de waterindustrie, dus waarom zou u ze gebruiken als ontzinking een probleem is?
De waarheid is dat, hoewel ontzinking een serieuze overweging is bij het kiezen van koperen waterfittingen, er bepaalde omgevingsfactoren een rol moeten spelen voordat dit kan gebeuren. Deze omvatten:
- Licht zuur water in het systeem
- Licht alkalisch water in het systeem
- Lage beluchting van het water
- Hogere watertemperaturen
- De effecten van edele metalen en de galvanische serie
Een goed voorbeeld hiervan zijn warmwatercilinders, waar koperen fittingen onderhevig kunnen zijn aan wisselende wateromstandigheden en temperaturen. Om deze reden moeten messing fittingen die worden gebruikt bij de constructie van warmwatercilinders zorgvuldig worden geselecteerd om het risico op ontzinking van vitale componenten te minimaliseren.
De galvanische serie en galvanische corrosie (het wetenschappelijke stukje)
De Galvanic Series is een artikel op zich, maar het is de moeite waard om de effecten ervan hier samen te vatten, omdat het enig inzicht biedt in hoe ontzinking plaatsvindt en waarom koperen waterfittingen hierdoor gaan corroderen.
Galvanische corrosie vindt plaats wanneer twee ongelijke metalen worden samengevoegd en ondergedompeld in een elektrolyt; in dit geval zijn de twee ongelijke metalen koper en zink (in de vorm van messing), en is de elektrolyt water. Deze galvanische reactie is hetzelfde principe dat ervoor zorgt dat batterijen of corrosiecellen werken.
Binnen een corrosiecel moet er een anode, een kathode, een metalen pad en een elektrolyt zijn. Het edelere metaal fungeert als kathode en het minder edele metaal als anode, waarbij de anode bij voorkeur corrodeert boven de kathode.
Koper staat niet bijzonder hoog op de edele schaal, sterker nog, het zit er ongeveer tussenin. Zink is echter vrijwel het minst edele metaal, dus de kloof tussen koper en zink is aanzienlijk. Wanneer een onderdeel van een messinglegering wordt blootgesteld aan een elektrolyt en een metalen pad vormt, wordt het zinkelement de anode en corrodeert het bij voorkeur de koperkathode.
De galvanische reactie wordt versneld als de kathode groter is dan de anode. Dit vergroot het probleem van ontzinking in onderdelen van de warmwatercilinder van messing, aangezien de grote koperen cilinder, die als kathode fungeert, aanzienlijk groter is dan de kleine koperen fittingen die het zink bevatten, die de anoden vormen.
Voeg daarbij de verhoogde watertemperatuur in de cilinder en je hebt de perfecte omstandigheden gecreëerd voor het ontzinken van messing fittingen.
Waarom gebruikt de waterindustrie messing fittingen als ze door ontzinking gaan corroderen?
Ondanks de problemen die gepaard gaan met ontzinking, zijn er veel goede redenen om messing te gebruiken bij de vervaardiging van waterfittingen. Messing heeft:
- Eén van de beste bewerkingseigenschappen van alle metalen
- Uitstekende vervormbaarheid voor stempels
- Gunstige kosten per toepassing verhouding
- Een relatief eenvoudig productieproces voor legeringen
De sleutel tot de succesvolle servicetoepassing van messing is dat de componentontwerper de uiteindelijke toepassing van de fittingen volledig begrijpt.
Het elimineren van de effecten van ontzinking
Om de effecten van ontzinking op gespecialiseerde messing waterfittingen te elimineren, kunnen de legeringselementen van het messing tijdens de productie worden aangepast. Dit is een relatief goedkoop proces dat de weerstand van het messing tegen ontzinking aanzienlijk verbetert en de levensduur van de componenten verlengt bij gebruik in warme, natte omstandigheden zoals warmwatertanks.
De resulterende legering wordt ontzinkingsmessing genoemd. Het wordt vaak CZ132, DZR-messing of CW602N genoemd.
Er zijn twee manieren om DZR-messing te produceren:
- Gebruik een zinkgehalte van >15%. Dit voorkomt automatisch ontzinking, maar het lagere zinkgehalte kan de resulterende legering ongeschikt maken voor het beoogde onderdeel of de productievereisten.
- Als een hoger zinkgehalte (doorgaans 35%) nodig is om de eigenschappen van het messing te behouden, kunnen andere legeringselementen in zeer kleine hoeveelheden (doorgaans 0.2-2%) worden toegevoegd om ontzinking te voorkomen. Deze elementen worden vaak ontzinkingsremmers genoemd en omvatten arseen, nikkel, tin, fosfor en aluminium.
Een andere belangrijke factor bij het voorkomen van ontzinking van messing fittingen is de gekozen methode voor de vervaardiging van onderdelen. Als een smeedproces, zoals heetpersen, wordt gebruikt of een ander thermisch proces, zoals gloeien, wordt de weerstand van het onderdeel tegen ontzinking verder verbeterd.
Er moet echter ook zorgvuldig worden overwogen wat goed is voor het ontwerp van het onderdeel, de toepassing ervan en geschikte bewerkingsprocessen voor de productie van het onderdeel.
Er zijn veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij de productie van messinglegeringen, maar dit is een breed overzicht van het ontzinkingsproces en de principes voor het produceren van DZR-messingfittingen voor gebruik in de waterindustrie.
Concluderend: als de ontwerper van de componenten de toepassing begrijpt en de juiste messinglegering specificeert, moeten de resulterende messing fittingen een lange en probleemloze levensduur hebben.
Heeft u vragen over specialistische waterarmaturen? Neem contact met ons op en we helpen je graag verder.
