Corrosie en het roesten van metaal

Een bruine spijker in een gereedschapskist, of groen uitgeslagen koperen munten; roest is er in vele vormen. In dit artikel vind je een uiteenzetting over het ontstaan en de gevolgen van roest bij verschillende materialen. Dit artikel omvat door Tosec bewerkbare metalen die zonder de juiste aanpak onderhevig kunnen zijn aan roestvorming, zoals staal, aluminium en RVS. Daarnaast komen een aantal andere metaalsoorten aan bod met eveneens interessante vormen van roest of oxidatie.

Wat is roest?

Roest is één van de meest bekende vormen van corrosie. Roest is aantasting van metaal doordat het reageert op een combinatie van water en zuurstof. In het geval van ijzer ontstaat er dan ijzeroxide. Daarom wordt roesten ook vaak oxideren genoemd. Roest wordt doorgaans als negatief effect op metaal ervaren, omdat het de sterkte en het volume van metaal beïnvloed. Daarnaast ontstaat er door de verbinding met zuurstof een ongewenste verkleuring van het metaal.

Wat is het verschil tussen corrosie en roest?

Corrosie is de overkoepelende benaming van het aantasten van materiaal, door reactie met hun omgeving. In het geval van ijzer ontstaat roest als gevolg van de aanraking met water en zuurstof (oxide, ook wel oxidatie). Met roesten wordt dus specifiek het oxideren van ijzer bedoeld, wat een vorm van corrosie is.

Hoe ontstaat roest?

In het geval van staal treedt oxidatie op wanneer staal of een ander materiaal met een legering van ijzer, wordt blootgesteld aan zuurstof en water. Na verloop van tijd zullen zuurstof en ijzer zich op atomair niveau gaan hechten. Hierdoor ontstaat een nieuwe verbinding genaamd ijzeroxide. Water versnelt het gehele proces doordat het een uitstekende katalysator is. Kleine watermoleculen dringen door in het metaal en vormen nog meer zuren, waardoor metaal nog meer wordt blootgesteld aan oxidevorming. In het geval van zeewater zal ijzer nog veel sneller roesten, vanwege het zout dat als geleider dient.

roestvorming

Welke verschijnselen zijn zichtbaar tijdens het roestproces?

IJzer
Kenmerkend voor het oxideren van ijzer is de bruinrode kleur die ontstaat. De roest drukt bestaande constructies uit elkaar doordat het volume groter is dan het ijzer zelf. Constructies worden daardoor zwakker, schilferen af en kunnen een constructie uiteindelijk wegvreten.

Roest ijzerRoesten van ijzer

Koper
Wanneer koper in aanraking komt met water en zuurstof (H2O), zal koper groen uitslaan. Hierbij ontstaat het mineraal Malachiet. Tevens kan koper zwart uitslaan (koperoxide). In sommige gevallen wordt het groen uitslaan van koper juist opgewekt. De corrosielaag, die in deze vorm Patina wordt genoemd, is onder andere herkenbaar op kunstobjecten, zoals het vrijheidsbeeld in New York. Tosec bewerkt overigens geen koper.

Roest koperOxideren van koper

Staal
Omdat staal een legering is van ijzer en koolstof, zijn de verschijnselen die optreden bij oxidatie vergelijkbaar met dat van ijzer. Het roesten van staal hoeft niet direct nadelig te zijn. Door het creëren van een oxidelaag om staal heen, wordt de binnenste structuur beschermt tegen zuurstof, wat het oxidatieproces sterk vertraagt. Dit type staal wordt ook wel Cortenstaal genoemd en kent vele toepassingen in constructies, offshore, kunst en als zeecontainers.

Roest staalRoest op een stalen constructie

Aluminium
Van aluminium is bekend dat het van nature corrosiebestendig is. Aluminium oxideert echter nog sneller dan ijzer. Het verschil zit in het feit dat roest een ijzerconstructie verzwakt. De oxide in aluminium vormt echter een geheel met het aluminium zelf, waardoor het een dichte, ondoordringbare witachtige structuur krijgt. Er is geen behandeling hiervoor nodig.

Roest aluminiumOxidatie van aluminium

Edelmetalen zoals goud en zilver
Edelmetalen zullen veel minder snel oxideren dan de hierboven genoemde metalen. Toch zijn deze metalen wel vatbaar voor oxidatie. Zilver kan reageren met stoffen zoals zwavel en zal dan zwart uitslaan. Gouden juwelen bestaan voor een klein deel uit andere metalen zoals koper of nikkel om het te verstevigen. Deze metalen zijn gevoelig voor oxidatie en zorgen voor de verkleuring in goud.

Oxidatie zilverEen oxiderende zilveren munt kleurt zwart en dof

Nadelen van roest

Het roesten van ijzer en staal heeft een nadelig karakter voor het materiaal zelf. Roest kent een grotere volume dan het originele materiaal en zal gaan uitzetten en het originele materiaal langzaam uit elkaar drukken. Het vormt om deze reden een groot risico voor constructies zoals bruggen en kranen.

Edelmetalen die veelal gebruikt worden in sierraden en juwelen, zijn vaak van nature beter beschermd tegen corrosie. Puur goud en zilver zullen uit zichzelf niet oxideren door lucht of omgeving. Door aanraking met zwavel zal zilver echter zwart en dof worden. Goud zal, afhankelijk van het materiaal wat er in vermengd is, ook van kleur veranderen. Dit beïnvloedt de cosmetische waarde van deze edelmetalen aanzienlijk.

Het Oxidatieproces kent zowel economische als veiligheidsrisico’s. Een voorbeeld hiervan is het roesten van een brug, waardoor de constructie ernstig verzwakt. Dit vormt een veiligheidsrisico. Het roestende deel zal hersteld moeten worden, dit vormt het economische risico. Het sterkteverlies ontstaat doordat de bronnen van oxidatie, zoals oxide en zout, zwakker zijn dan het metaal zelf. Hierdoor brokkelen ze langzaam af waardoor het originele materiaal dunner wordt en er zelfs gaten kunnen ontstaan in het metaal.

Hoe is roest te voorkomen?

De meest gehanteerde manier om roest en corrosie te voorkomen is door het originele metaal te beschermen van invloeden van buitenaf. Er wordt een beschermende laag gecreëerd om het metaal heen. Dit gebeurt met de volgende technieken:

Coaten
Een beschermende verf of laklaag om het metaal heen. Het voordeel hiervan is dat je het metaal direct in de gewenste kleur kunt verven.

Verzinken
Een laag zink toevoegen over het metaal zelf. Onze pagina over verzinken geeft een uitgebreide beschrijving van dit proces.

Anodiseren
Dit gebeurt bij het corrosiebestendig maken van aluminium. Door een elektrolytisch proces wordt het aluminium omhuld door aluminiumoxide.

Roestvast staal
Legering van ijzer met chroom, nikkel en koolstof. Het chroom vormt een oxidelaag dat weerstand biedt tegen corrosie. Roestvast staal is niet altijd ongevoelig voor roest. Afhankelijk van de omgeving kunnen er daarom andere materialen zoals molybdeen worden toegevoegd.

Naast deze technieken helpen de volgende aandachtspunten ook bij het voorkomen van roest en corrosie:

  1. Gaten en spleten kunnen zorgen voor vochtophoping. Daarnaast beïnvloedt dit het corrosiebestendig maken van het materiaal. Denk hierbij ook aan de lasnaden.
  2. Isoleer verschillende metalen van elkaar. Corrosie kan ook optreden doordat metalen dit aan elkaar overgeven (contactcorrosie).
  3. Zorg voor goed onderhoud van het metaal. Water en vocht is een belangrijke veroorzaker van corrosie omdat het oxiderende materialen met zich mee kan brengen.
  4. Creëer zelf een luchtdichte laag om metalen. Door het bijvoorbeeld in te vetten met vaseline of olie, zoals ook vaak bij schaatsen en fietsenkettingen gedaan wordt.
  5. Het inzetten van luchtontvochtigers om materialen te beschermen tegen vocht en condens, belangrijke aanjagers van corrosie.