Matematisk statistik CTH/GU

Examensarbeten om korrosion

Nedan följer några exempel på examensarbeten som kan utföras hos korrosionsgruppen inom matematisk statistik i samarbete med Volvo PV.

1) Undersöka om extremvärdesstatistik kan appliceras på filiformkorrosion hos ytbehandlad aluminium

Studien bör innefatta applicering av extremvärdesstatistik på uppmätta filiformkorrosionsangrepp. Denna studie innefattar även en reducerad faktoriell parameterstudie (23-1) på hur miljöbetingelserna påverkar utfallet m.a.p. filiformkorrosionsangrepp samt även en fältexponering som kan korreleras till parameterstudien för att på så sätt kunna få fram hur mycket de relevanta parametrarna påverkar utfallet jämfört med fält.

2) Applicering av extremvärdesstatistik på parameterstudie av galvanisk korrosion i aluminium

Studien innefattar en parameterstudie som utförts med skruvförband i aluminiumgjutgods. De parametrar som undersökts är ytbehandling på skruvar, två olika aluminiumlegeringar, två olika miljöbelastningar, med och utan låsvätska samt tre olika tider. Studien torde innefatta mätning i mikroskåp samt statistisk bearbetning (även faktoranalys med extremvärdesanalys).

3) Undersöka hur fältutfallet är på galvaniskt kopplat aluminium

Man har satt ut två olika aluminiumlegeringar, tre olika ytbehandlingar på skruvar samt exponering under ett, två och tre år på fält. Accelererade provningar har även utfört på samma material varvid korrelationsstudier kan utföras på materialet.

4) Korrelation mellan gropdjup och bortkorroderad volym i galvaniskt kopplad magnesium

Två olika magnesiumlegeringar har kopplats galvaniskt med två olika typer av fästelement, varav en utan ytbehandling (dvs stål) och en med tenn/zink ytbeläggning samt med och utan applikation med korrosionsskyddande aluminiumbricka under skruvskallarna. Dessa har utsatts för åldring med två olika salthalter två olika halter av koldioxid. Examensarbetet går ut på att mäta gropdjup som en funktion av avståndet från skruvskallarna och korrelera detta till de ingående parametrarna. Ett prov för varje permutation gjuts in i epoxygjutmassa och skiktas varefter man genom bildbehandling tar fram hur den radiella fördelningen av korrosionsangreppet är. Gropdjupsdata korreleras till dessa bildbehandlade data för att på så sätt ge en global modell för hur angreppen varierar med de ingående parametrarna.

5) Mätningar på fogade aluminium-stålförband

Studien innefattar gropdjupsmätningar i olika typer av aluminium plåt galvaniskt kopplat till olika typer av stålplåt. Dessa har fältprovats och provats i accelererad korrosionsprovning i 12, och 36 veckor. Studien går ut på att med gropdjupsmätningar avgöra hur lång tid på fält en accelererad provning motsvarar samt att beskriva hur olika kombinationer klarar sig gentemot varandra och hur tidsutvecklingen kan beskrivas. Gropdjupsmätningar är relevanta då garantin ofta är satt mot penetrationskorrosion.

6) Undersökningar av hur gropdjup varierar på korrosionsreferenspaneler på LPK-prov och accelererade tester (VICT)

På alla LPK-vagnar (långtidsProv Korrosion komplett bil) sätts det på korrosionsreferenspaneler av bara metallplattor i zink och stål. Dessa tas bort efter prov, betas och vägs varvid viktsförlust redovisas. De flesta korrosionsvagnar körs i 100% prov, en liten andel körs i 300% prov. Vidare körs vagnar under vintertid och sommartid. Gropdjupsmätningar skulle kunna utföras på dessa varvid man skulle kunna korrelera gropdjup till viktförlust, vinterkörning kontra sommarkörning, konsistens mellan olika provvagnar, utvärdering av nya korrosionsprov samt kunna avgöra om korrosionshastighet map gropdjupstillväxt är linjär mot tiden. Dessa resultat kan också korreleras till accelererade prov för att på så sätt kunna avgöra hur komplettbilsprov korrelerar till accelererade inomhusprov.

7) Undersökning gropdjupstillväxt på rostfritt stål som används i avgassystem

De avgassystem som tillverkas och sitter i dagens Volvobilar är i rostfritt stål. Denna rostfria kvalité korroderar genom gropfrätning. I framtida bilar kommer man alltmer att fokusera vikt varvid materialets tjocklek också fokuseras. För att kunna avgöra hur gropdjupstillväxten är kan material tas in från fält och mätas upp. Material som varit ute på fält olika lång tid kan införskaffas. Projektet bör innehålla uppmätning av gropdjup samt statistisk bearbetning av data. Vidare bör en minsta materialtjocklek beräknas för en given population och tid för penetration.

8) Modellering av korrosion

Atmosfärisk elektrokemisk korrosion förutsätter att en cell kan byggas upp där följande kopplade processer ingår: Ett anodförlopp (oxidation= elektronavlämning, vilket innebär att en metall går i lösning) och ett katodförlopp (reduktion=elektronupptagning; vanligen mha atmosfärisk syrgas i närvaro av vatten) En elektroniskt ledande fastfas-förbindning av anod och katodytor (i anslutning till anoden alltid metallen, på katodsidan vanligen samma eller en annan metall). En elektrolytfilm (vanligen ytfukt) som medelst elektrisk transport via jonledning förbinder anoden och katoden. Ovanstående processer är nödvändiga och tillräckliga för att skapa den slutna ledningskrets som utgör en korrosionscell. Katodprocessen sker alltid på ''ädlare'' delar av ytan än anodprocessen (Ädlare= lägre elektronaktivitet/ högre relativ potential). Lokala anoder och katoder kan distribueras på olika mikroskopiska delar av samma metall (egenkorrosion/ allmänkorrosion) eller upprättas mellan metaller av olika elektrodpotential i förbindning (bimetallisk korrosion= galvanisk korrosion). Anodförloppet är en aktiverad process, vars nettohastighet i praktiken vanligen styrs av katodprocessens syrgasreduktion (vars hastighet ofta är kontrollerad av transporten av syrgas till ytan) eller begränsas av resistansen i elektrolyten mellan anod- och katodytor. Elektrolytresistansen styrs av fuktfilmens tjocklek, däri upplösta salter samt det effektiva avståndet mellan anod och katod. Den vidare utvecklingen av metallupplösningen kan ta olika vägar. I ena ytterlighetsfallet transporteras upplösta metalljoner bort i den våta filmen utan att påverka den fortsatta upplösningen. I det andra ytterlighetsfallet bildar upplösta metalljoner tillsammans med vatten eller hydroxidjoner (som producerats vid närliggande katoder) ett mer eller mindre impermeabelt skikt som snabbt passiverar den fortsatta upplösningen. I praktiken föreligger oftast korrosionsfall där upplösningen aktiveras och upprätthålls av komplexbildande joner i elektrolyten (oftast klorid eller sulfat). De upplösta komplexen övergår vanligen i mer eller mindre svårlösliga korrosionsprodukter då de möter de alkaliska produkterna från katod-processen (hydroxidjoner). Dessa utfällningar kan ge negativ "feed-back" på korrosions-processen genom att hämma elektrisk jonledning och masstransport vid såväl anoden som katoden. Vid fältmässiga förhållanden styrs dessa nyckelparametrar också av naturliga variationer i fuktighet och tillförsel av aggresiva komponenter, ofta med följd att korrosionsprodukterna genomgår irreversibla omlagringar. I frånvaro av bimetallisk korrosion hämmar den basiska miljön som skapas av katodytorna runt varje lokal anod effektivt tillväxten av nya närliggande anoder så länge tillräcklig strömtäthet upprätthålls i cellen. På metallytan finns dock ett närmast oädligt antal alternativa potentiella lokala anoder eller katoder. Då strömmen i en pågående cell hämmas av skäl som angetts ovan finns en kritisk strömtäthetsgräns där andra lokala anod/katodkonstellationer är mer sannolika. Nya celler uppstår, tillväxer och kulminerar i ett dynamisk återkopplat förlopp, som styrs av det för tillfället mest termodynamiskt gynnsamma och sannolika. Det finns åtskilliga praktiska korrosionsfall som på grund av dessa återkopplingsmekanismer antar mycket karaktäristiska utseenden. Mest iögonenfallande är kanske fenomenet filiformkorrosion, där korrosionen propagerar likt ringlande ormar under en lack- eller oxidfilm. Trots att de delförlopp som styr sådana processer är väl kända kvalitativt, finns få försök till modelleringar. Vid upprättandet av en sådan modell kan vi utgå från fallet med bimetallisk korrosionen där vi har en given initial katodyta med konstant strömtäthet till följd av syrgasreduktion (masstransport-bestämd). Vidare antages A: En närliggande oädel metallyta där en initial slumpmässig distribution av energitillstånd ansätts; B: En anodaktiveringsfaktor orskad av närvaron av tex kloridjoner, C: Ett samband där resistensen i elektrolyten är en funktion av dess tjocklek, operativa längd och innehåll av ledande joner, D: Funktioner som beskriver diffusionsstyrd masstransport av joner från anod och katod, samt E: En ytblockeringsfunktion till följd av utfällning av korrosionsprodukter (utfallet styrs av D). I de flesta fallen finns fysiskt kända samband och materialkonstanter. \emph{Kontaktpersoner:}\\[\smallskipamount] Holger Rootzén, 031-772\,3578, rootzen@math.chalmers.se\\ Jacques de Mar\'{e}, tel. 031-772\,3555, demare@math.chalmers.se\\ Malte Isaksson, 031-59\,15\,18, PVKU.MALTEI@MEMO.VOLVO.SE %Korrosionslaboratoriet, Volvo PV,

Kontaktpersoner

Holger Rootzén, 031-772 3578, rootzen@math.chalmers.se Jacques de Mar\'{e}, tel. 031-772 3555, demare@math.chalmers.se Malte Isaksson, 031-59 15 18, PVKU.MALTEI@MEMO.VOLVO.SE
Last modified: Thu Feb 18 12:02:50 MET 1999