Materiaalkunde
Les 1, hoofdstuk 17 : Bestendigheid tegen omgevingsinvloeden
Oxidatie bij hoge temperaturen :
- Platina (Oxide is niet stabiel)
- Oxide coating (SiO2, ZrO2)
- Legeren met 18-20 % Cr, Al, Ti, Si = zelf reparerende
Cr2O3, Al2O3,TiO2 of SiO2 laag
- Anodiseren (kleurbaar)
Ontvlambaarheid : LOI, UL94
,UV absorbers: mate van UV absorptie is evenredig met
- Dikte polymeer
- Concentratie
HALS (hindered amine light stabilisers):
- Voorkomen degradatie
- Lage concentraties voldoen door cyclisch proces
,
, Hoofdstuk 17 Durability: oxidation, corrosion, degradation
§17.1 Materiaalbestendigheid tegen invloeden uit de omgeving hangt niet alleen samen met de
materiaaleigenschappen en de eigenschappen van de omgeving. We hebben ook te maken met
eisen vanuit de gebruiksomgeving, verschillende mechanismen die een rol kunnen spelen,
beschermende maatregelen en ontwerpeisen (zie figuur 17.1). We proberen de
materiaalbestendigheid vergroten met behulp van ervaring, experimentele kennis en begrip van de
onderliggende mechanismen.
In dit hoofdstuk gaan we eerst in op oxidatie, ontvlambaarheid en foto-degradatie (§17.2-§17.4) en
daarna op corrosie door vloeistoffen (§17.5-§17.7). De grote tabellen in dit hoofdstuk zijn voor naslag
bedoeld.
§17.2 Van de meeste elementen is de oxide de meest stabiele toestand. Zo komen ze ook vaak in
ertsen voor. We raffineren ze tot de niet-geoxideerde vorm die we in toepassingen gebruiken.
Eenmaal in gebruik zullen ze echer spontaan tot hun meest stabiele vorm terugkeren, en dus
oxideren. Dit gaat sneller bij hogere temperaturen.
Definitie en meting: de mate van oxidatie kan worden gemeten door de gewichtstoename van een
1
proefstukje in de tijd te meten. In het algemeen is de massatoename evenredig met 𝑡 of 𝑡 2 . Als het
oxide vluchtig is, zal de massa lineair in de tijd afnemen (zie figuur 17.3).
Ontvlambaarheid: Polymeren branden makkelijk. De Limiting Oxygen Index (LOI) geeft aan bij welk
minimaal percentage zuurstof een polymeer blijft branden. Een alternatieve aanduiding is de UL94.
Beide testen vinden plaats volgens een gestandaardiseerde methode.
Foto-degradatie: polymeren en elastomeren kunnen onder invloed van licht of UV licht reageren met
zuurstof, waardoor ze aan sterkte, stijfheid en taaiheid verliezen. Dit kan woden tegengegaan door
additieven.
Kennen: - geoxideerde vorm is vaak meest stabiele vorm waarin een element
voorkomt, maar niet de vorm waarin een element toegepast wordt.
- methode om mate van oxidatie te meten
- begrip fotodegradatie
Kunnen: - figuur 17.3 gebruiken
§17.3 Als het oppervlak blootgesteld blijft aan zuurstof (door porositeit, breuken of afbladdering)
verloopt de massatoename door oxidatie lineair in de tijd (zei eq. 17.2). Wanneer een oxidelaag het
metaal afdekt, moeten elektronen en metaalionen door de oxidelaag diffunderen. Hierdoor gaat de
reactie steeds langzamer (zie eq. 17.3; NB: de kp in de differentiaalvergelijking en in de oplossing
verschillen een factor 2 van elkaar; zie powerpoint). De parabolische kinetische constante kp hangt af
van de mate van diffusie en heeft dus de overeenkomstige afhankelijkheid van zuurstofconcentratie
Co, de diffusiecoëfficiënt voor zuuurstof door de oxidelaag Do, activieringenergie Qd voor
zuurstofdiffusie door de oxidelaag en de (absolute) temperatuur T.
Kennen: - eq. 17.2 en omstandigheden waarvoor deze van toepassing is
- eq. 17.3, verklaring van dit verband en figuur 17.4
- eq. 17.6
Kunnen: - vraagstukken zoals ex. 17.1, ex. 17.2 en ex. 17.3. NB: eq. 17.4 en 17.6 zullen
niet worden gegeven. Door deze te begrijpen hoeven ze niet uit het
hoofd geleerd te worden.
§17.4 Bij hoge temperaturen is overmatige oxidatie vaak ongewenst. De oxide van platina is minder
stabiel dan het element zelf. Platina zal dus niet oxideren. Andere materialen dienen te worden
Les 1, hoofdstuk 17 : Bestendigheid tegen omgevingsinvloeden
Oxidatie bij hoge temperaturen :
- Platina (Oxide is niet stabiel)
- Oxide coating (SiO2, ZrO2)
- Legeren met 18-20 % Cr, Al, Ti, Si = zelf reparerende
Cr2O3, Al2O3,TiO2 of SiO2 laag
- Anodiseren (kleurbaar)
Ontvlambaarheid : LOI, UL94
,UV absorbers: mate van UV absorptie is evenredig met
- Dikte polymeer
- Concentratie
HALS (hindered amine light stabilisers):
- Voorkomen degradatie
- Lage concentraties voldoen door cyclisch proces
,
, Hoofdstuk 17 Durability: oxidation, corrosion, degradation
§17.1 Materiaalbestendigheid tegen invloeden uit de omgeving hangt niet alleen samen met de
materiaaleigenschappen en de eigenschappen van de omgeving. We hebben ook te maken met
eisen vanuit de gebruiksomgeving, verschillende mechanismen die een rol kunnen spelen,
beschermende maatregelen en ontwerpeisen (zie figuur 17.1). We proberen de
materiaalbestendigheid vergroten met behulp van ervaring, experimentele kennis en begrip van de
onderliggende mechanismen.
In dit hoofdstuk gaan we eerst in op oxidatie, ontvlambaarheid en foto-degradatie (§17.2-§17.4) en
daarna op corrosie door vloeistoffen (§17.5-§17.7). De grote tabellen in dit hoofdstuk zijn voor naslag
bedoeld.
§17.2 Van de meeste elementen is de oxide de meest stabiele toestand. Zo komen ze ook vaak in
ertsen voor. We raffineren ze tot de niet-geoxideerde vorm die we in toepassingen gebruiken.
Eenmaal in gebruik zullen ze echer spontaan tot hun meest stabiele vorm terugkeren, en dus
oxideren. Dit gaat sneller bij hogere temperaturen.
Definitie en meting: de mate van oxidatie kan worden gemeten door de gewichtstoename van een
1
proefstukje in de tijd te meten. In het algemeen is de massatoename evenredig met 𝑡 of 𝑡 2 . Als het
oxide vluchtig is, zal de massa lineair in de tijd afnemen (zie figuur 17.3).
Ontvlambaarheid: Polymeren branden makkelijk. De Limiting Oxygen Index (LOI) geeft aan bij welk
minimaal percentage zuurstof een polymeer blijft branden. Een alternatieve aanduiding is de UL94.
Beide testen vinden plaats volgens een gestandaardiseerde methode.
Foto-degradatie: polymeren en elastomeren kunnen onder invloed van licht of UV licht reageren met
zuurstof, waardoor ze aan sterkte, stijfheid en taaiheid verliezen. Dit kan woden tegengegaan door
additieven.
Kennen: - geoxideerde vorm is vaak meest stabiele vorm waarin een element
voorkomt, maar niet de vorm waarin een element toegepast wordt.
- methode om mate van oxidatie te meten
- begrip fotodegradatie
Kunnen: - figuur 17.3 gebruiken
§17.3 Als het oppervlak blootgesteld blijft aan zuurstof (door porositeit, breuken of afbladdering)
verloopt de massatoename door oxidatie lineair in de tijd (zei eq. 17.2). Wanneer een oxidelaag het
metaal afdekt, moeten elektronen en metaalionen door de oxidelaag diffunderen. Hierdoor gaat de
reactie steeds langzamer (zie eq. 17.3; NB: de kp in de differentiaalvergelijking en in de oplossing
verschillen een factor 2 van elkaar; zie powerpoint). De parabolische kinetische constante kp hangt af
van de mate van diffusie en heeft dus de overeenkomstige afhankelijkheid van zuurstofconcentratie
Co, de diffusiecoëfficiënt voor zuuurstof door de oxidelaag Do, activieringenergie Qd voor
zuurstofdiffusie door de oxidelaag en de (absolute) temperatuur T.
Kennen: - eq. 17.2 en omstandigheden waarvoor deze van toepassing is
- eq. 17.3, verklaring van dit verband en figuur 17.4
- eq. 17.6
Kunnen: - vraagstukken zoals ex. 17.1, ex. 17.2 en ex. 17.3. NB: eq. 17.4 en 17.6 zullen
niet worden gegeven. Door deze te begrijpen hoeven ze niet uit het
hoofd geleerd te worden.
§17.4 Bij hoge temperaturen is overmatige oxidatie vaak ongewenst. De oxide van platina is minder
stabiel dan het element zelf. Platina zal dus niet oxideren. Andere materialen dienen te worden
