Atmospheric corrosion of zinc-aluminum and copper-based alloys in chloride-rich environments : Microstructure, corrosion initiation, patina evolution and metal release

Fundamental understanding of atmospheric corrosion mechanisms requires an in-depth understanding on the dynamic interaction between corrosive constituents and metal/alloy surfaces. This doctoral study comprises field and laboratory investigations that assess atmospheric corrosion and metal release processes for two different groups of alloys exposed in chloride-rich environments. These groups comprise two commercial Zn-Al alloy coatings on steel, Galfan™ (Zn5Al) and Galvalume™ (Zn55Al), and four copper-based alloys (Cu4Sn, Cu15Zn, Cu40Zn and Cu5Zn5Al). In-depth laboratory investigations were conducted to assess the role of chloride deposition and alloy microstructure on the initial corrosion mechanisms and subsequent corrosion product formation. Comparisons were made with long-term field exposures at unsheltered marine conditions in Brest, France. A multitude of surface sensitive and non-destructive analytical methods were adopted for detailed in-situ and ex-situ analysis to assess corrosion product evolution scenarios for the Zn-Al and the Cu-based alloys. Scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) were employed for morphological investigations and scanning Kelvin probe force microscopy (SKPFM) for nobility distribution measurements and to gain microstructural information. SEM/EDS, infrared reflection-absorption spectroscopy (IRAS), confocal Raman micro-spectroscopy (CRM) and grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD) were utilized to gain information on corrosion product formation and possibly their lateral distribution upon field and laboratory exposures. The multi-analytical approach enabled the exploration of the interplay between the microstructure and corrosion initiation and corrosion product evolution. A clear influence of the microstructure on the initial corrosion product formation was preferentially observed in the zinc-rich phase for both the Zn-Al and the Cu-Zn alloys, processes being triggered by microgalvanic effects.
Bättre molekylär förståelse för metallers atmosfäriska korrosion kräver en fördjupad kunskap i det dynamiska samspelet mellan atmosfärens korrosiva beståndsdelar och metallytan. Denna doktorsavhandling omfattar laboratorie- och fältundersökningar av korrosions- och metallfrigöringsprocesser av två grupper av legeringar som exponerats i kloridrika atmosfärsmiljöer: två kommersiella Zn-Al beläggningar på stål, Galfan™ (Zn med 5% Al, förkortat Zn5Al) och Galvalume™ (Zn55Al), samt fyra kopparbaserade legeringar (Cu4Sn, Cu15Zn, Cu40Zn och Cu5Zn5Al). Undersökningar har genomförts i renodlade laboratorie-miljöer med för-deponerade NaCl-partiklar i en atmosfär av varierande relativ fuktighet. Syftet har varit att utvärdera betydelsen av kloriders deposition och legeringarnas mikrostruktur på korrosionsmekanismen samt bildandet av korrosionsprodukter. Jämförelser av korrosionsmekanismer har även gjorts efter flerårsexponeringar av samma legeringar i en marin fältmiljö i Brest, Frankrike. Undersökningarna har baserats på ett brett spektrum av analysmetoder för detaljerade studier dels under pågående atmosfärisk korrosion (in-situ), och dels efter avslutad korrosion (ex-situ). Legeringarnas mikrostruktur och tillhörande variation i ädelhet hos olika faser har undersökts med svepelektronmikroskopi och energidispersiv röntgenmikroanalys (SEM/EDS) samt med en variant av atomkraftsmikroskopi (engelska: scanning Kelvin probe force microscopy, SKPFM). Korrosionsprodukternas tillväxt har analyserats in-situ med infraröd reflektions-absorptionsspektroskopi (IRAS), samt morfologi och sammansättning av bildade korrosionsprodukter ex-situ med SEM/EDS, konfokal Raman mikro-spektroskopi (CRM) samt röntgendiffraktion vid strykande ifall (GIXRD). Det multi-analytiska tillvägagångssättet har medfört att det komplexa samspelet mellan de skilda legeringarnas mikrostruktur, korrosionsinitiering och bildandet av korrosionsprodukter kunnat studeras i detalj. En tydlig påverkan av mikrostruktur på
QC 20140915
Autocorr, RFSR-CT-2009-00015 Corrosion of heterogeneous metal-metal assemblies in the automotive industry
Atmospheric corrosion and environmental metal dispersion from outdoor construction materials