Wat is putroest en hoe ontstaat putroest?

Putroest is een vorm van corrosie die ontstaat bij staalsoorten. Roest is een andere benaming voor de corrosie van ijzer (ferro). Roest ontstaat bij ferrometalen. Dit zijn legeringen die als hoofdbestandsdeel ijzer hebben. Zuurstof en water in de lucht zijn de belangrijkste veroorzakers van corrosie. Als men ijzer en ijzerlegeringen niet aan de buitenkant beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en water dan treed corrosie op. Men kan ijzerlegeringen zoals staal (staal is ijzer gelegeerd met 0,1 tot 1,7 procent koolstof).

Roestvorming
Daarnaast hebben ook zuren en zouten een sterke invloed op de corrosievorming. Corrosie heeft een zeer nadelige invloed op de mechanische belastbaarheid van een stalen constructie. Corrosie verzwakt het staal en maakt het bros. Door corrosie worden delen van het oppervlak ‘opgevreten’. Het staal wordt daardoor steeds dunner en dat heeft gevolgen voor de sterkte van de constructie. Daarnaast is corrosie of roest ook zeer nadelig voor het uiterlijk van producten en constructies die van staal zijn gemaakt.

Vliegroest is de meest oppervlakkige vorm van corrosie. Deze vorm van corrosie is vaak makkelijk te verwijderen. Als men de oppervlakkige corrosie niet gaat verhelpen kan de roest dieper in het ijzer vreten. Er ontstaan op een gegeven moment blaren. Onder deze blaren gaat het roestproces verder.

Putroest
Als men het roesproces niet stopt gaat het roesten onder de roestblaren steeds verder. Hierdoor kunnen diepe putten ontstaan in het staal. Deze roestvorm noemt men daarom ook wel putroest. Als er putroest ontstaat zijn er zwakke plekken in het staal. Deze zwakke plekken vreten vaak diep in het staal maar kunnen wel verholpen worden als de mechanische belastbaarheid van het staal niet te erg is aangetast. In dat geval kan men de plekken opvullen met plamuur.

Dit gebeurd bijvoorbeeld wel in de autotechniek bij autoschadebedrijven. Als er roestschade aan de carrosserie ontstaat vult men deze op met plamuur als men de roestresten heeft verwijdert. Het plamuur strijkt men glad en laat men uitharden. Vervolgens schuurt men de plamuur op tot deze helemaal glad is. Daarna gaat men de plamuur opspuiten in de gewenste lakkleur.

Hoe ontstaat het roestproces?

Roest is ijzer dat verbonden is met zuurstof. Door de binding tussen ijzer en zuurstof in de aanwezigheid van water ontstaat geoxideerd ijzer. Roest heeft een roodbruine kleur en is  een mengsel dat bestaat uit ijzeroxide en hydroxylgroepen. De term roest is een term die vrij algemeen wordt gebruikt voor de corrosie van ijzerhoudende legeringen zoals bijvoorbeeld staal.

Het roestproces
Door roesten ontstaat er een laagje ijzeroxide rondom het ijzerhoudende product. Daarbij wordt een deel van het ijzerhoudende product opgeofferd. Hierdoor wordt het daadwerkelijke product steeds dunner terwijl de roest eromheen juist dikker wordt. IJzerroest heeft een groter volume dan het materiaal waaruit het is ontstaan. Dit zorgt er voor dat roest rondom het ijzerhoudende product druk uitoefent. Deze druk kan er voor zorgen dat bijvoorbeeld de roest rondom het betonstaal er voor zorgt dat het beton gaat barsten of zelfs af gaat breken. Dit wordt betonrot genoemd. Constructies die roestend ijzer bevatten worden uit elkaar gedrukt.

De ontwikkeling van roest op staal en andere ijzerhoudende producten zorgt er daarnaast voor dat het basisproduct dunner wordt. Hierdoor gaan de mechanische eigenschappen van het materiaal achteruit. Uiteindelijk wordt het materiaal zo dun dat het volledig opgevreten is door de roest. Het roestproces moet daarom worden tegengegaan als men het ijzerhoudende materiaal wil behouden.

Roestbestrijding
Het voorkomen van roest is niet eenvoudig. Bij het voorkomen van brand kan men bijvoorbeeld één van de belangrijke factoren die nodig is voor het ontstaat van brand wegnemen bijvoorbeeld zuurstof. Bij het bestrijden van roest is het wegnemen van zuurstof meestal niet voldoende. Het materiaal dat ijzer bevat kan op zichzelf al voor roest zorgen.

Staal is een legering van ijzer met een laag percentage koolstof. Staal wordt in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek veel gebruikt voor uiteenlopende constructies en werktuigen. Staal wordt vervaardigd in hoogovens. Meestal wordt bij de bereiding van staal ook schroot toegevoegd. Het schroot kan bestaan uit delen van bijvoorbeeld autowakken. Schroot bestaat voornamelijk uit metaal maar kan daarnaast ook andere elementen bevatten zoals aluminium, koper, nikkel enzovoort.

Doordat schroot uit verschillende metalen bestaat zal ook het staal dat in hoogovens wordt geproduceerd uit verschillende metalen bestaan. Tussen de kristallen van twee metalen die van elkaar verschillen is altijd een spanningsverschil aanwezig. Dit spanningsverschil wordt ook wel een potentiaalverschil genoemd. Als er een geleidende vloeistof, zoals zure regen, de kristallen met elkaar in contact brengt ontstaat er een kleine elektrische stroom. Het ene metaal wordt tijdens dit proces de anode ten opzichte van het andere metaal, de kathode. Het metaal dat de anode vormt in dit proces in het minst edele metaal. De kathode is dus het meest edele metaal van de twee metalen die met elkaar in contact komen.

Het minst edele metaal zal door het contact met het edeler metaal langzamerhand gaan oplossen. Als zink bijvoorbeeld in contact komt met ijzer dan zal het zink oplossen en het ijzer worden beschermd. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de kathodische bescherming van schepen.

Staal kan echter ook edeler metalen bevatten dan ijzer. Als de legering naast ijzer bijvoorbeeld ook koper bevat zal er een stroompje lopen van ijzer naar koper. In dat geval zal het ijzer langzamerhand oplossen ten opzichte van het edeler koper. De ijzerdeeltjes die opgelost zijn verbinden zich met zuurstof. Tijdens dit proces ontstaat roest en roest bevat altijd water. Het water in de corrosie zorgt er voor dat het roestproces in gang blijft.

Waarom heeft verven over roest geen zin?
Het verven of overschilderen van roest is zinloos. Onder de verflaag of lak is nog voldoende zuurstof en water aanwezig om het roestproces in gang te houden. De expansie van roest zorgt er daarnaast voor dat de verf of laklaag gaat barsten of knappen. Door de barst of scheur in de verflaag kan weer nieuw water naar binnen dringen. Dit water zorgt er voor dat het roestproces weer wordt versneld. Voordat men gaat verven of lakken zal men het staal goed moeten ontroesten. Dit kan doormiddel van schuren of stralen. Zodra dat klaar is zal men zo snel mogelijk een hechtende verflaag moeten aanbrengen op het staal. De ijzerdeeltjes in het staal kunnen zich namelijk ook zonder water aan zuurstof hechten waardoor staal ook in droge toestand kan gaan roesten.

Wat is gietstaal en waar wordt dit toegepast?

Gietstaal wordt ook wel afgekort met GS is staal dat in verschillende vormen gegoten kan worden. Hierdoor lijkt gietstaal op gietijzer. De eigenschappen van gietstaal zijn echter anders dan de eigenschappen van gietijzer. Oorspronkelijk was gietstaal het welstaal dat uit erts gewonnen werd en vervolgens uit de puddeloven werd omgesmolten in een smeltkroes. Deze methode werd gebruikt om de slak te verwijderen en een hoogwaardiger materiaal te verkrijgen. Door deze methode toe te passen hoefde men niet te smeden.

In omstreeks  1740 werd de omsmeltmethode ontwikkeld door Benjamin Huntsman. De manier waarop gietstaal werd bereid was geheim. De samenstelling van de vuurvaste bekleding van de kroezen werd niet vrijgegeven. Daarnaast werden ook de toeslagstoffen niet bekend gemaakt door bedrijven die gietstaal produceerden. De reden voor deze geheimzinnigheid was de concurrentie. Men wilde deze productieprocessen zo geheim mogelijk houden zodat men in staat was om betere producten te produceren van gietstaal dan de concurrenten. In Duitsland produceerde de Krupp staalfabrieken in 1815 gietstaal en Jacob Mayer in 1836.

In eerste instantie werd gietstaal in coquilles gegoten. Deze werden dan vervolgens in blokken verkocht aan andere bedrijven die hier producten van konden maken. Dit waren bijvoorbeeld de smederijen. Een smid kon van deze blokken gietstaal verschillende gebruiksvoorwerpen maken. Ook gereedschappen en machineonderdelen werden door een smid vervaardigd. Jacob Mayer was er in 1851 in geslaagd om staal rechtstreeks in bepaalde giervormen te gieten. Hierdoor werd het werk van de smid overbodig. Staal hoefde niet meer in een bepaalde vorm gesmeed te worden. Staal kon in de juiste vorm worden gebracht door het gietproces. Toch waren smeden nog steeds nodig omdat niet alle vormen geschikt zijn om gegoten te worden. Staalgieten werd vooral toegepast voor het produceren van wielbanden en schrijven voor spoorwegen. Ook voor het vervaardigen van scheepsonderdelen en onderdelen voor machines werd staalgieten gebruikt.

Tegenwoordig wordt staalgieten nog steeds toegepast. Gietstaal is in verschillende legeringen verkrijgbaar. Daardoor zijn de eigenschappen van gietstaal verschillend. Over het algemeen wordt gietstaal ingedeeld in ongelegeerd gietstaal, laag gelegeerd gietstaal  en hooggelegeerd gietstaal.

  • Ongelegeerd gietstaal bevat maximaal 0,30% Koolstof en 1,5% Mangaan. Dit staal is vooral voor algemeen gebruik geschikt bijvoorbeeld voor de industrie en machinebouw. Vooral in een omgeving, waar hoge mechanische eigenschappen worden gevraagd van onderdelen, wordt gietstaal gebruikt.
  • Laaggelegeerd gietstaal  bevatten verschillende legeringselementen. Het percentage Koolstof is <0,30%. Daarnaast bevat laaggelegeerd gietstaal een percentage Chroom (1 – 5%)  en Molybdeen (max. 1,75%) ook Wolfram, Titanium en Vanadium kunnen worden toegevoegd. De keuze voor deze metalen is afhankelijk van de eisen die aan het product worden gesteld.
  • Hooggelegeerd gietstaal wordt vooral gebruikt voor het vervaardigen van onderdelen en gereedschappen waaraan specifieke eisen worden gesteld. Hierbij kan gedacht worden aan corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hittebestendigheid.

Waar wordt gietstaal toegepast?
Gietstaal wordt vooral toegepast in de industrie en de machinebouw. Het is vooral geschikt voor onderdelen die zwaar belast worden. Verder is gietstaal goed lasbaar. Gietstaal wordt op verschillende manieren aangeduid. De aanduiding geeft aan waar het gietstaal geschikt voor is.

  • G: is gewoon gietstaal
  • GS: gietstaal, de letter ‘S’ staat voor de Engelse term: Sructural steel. Dit is gietstaal voor staalconstructie doeleinden en moeten tegen een zware belasting kunnen.
  • GP: gietstaal, de letter  ‘P’ staat voor de Engelse term: Pressure. Dit gietstaal is vooral geschikt voor drukvaten en pomphuizen. Dit zijn apparaten die onder grote druk komen te staan.
  • GE: gietstaal, de letter ‘E’ staat voor de Engelse term: engineering. GE: gietstaal wordt vooral gebruikt in de machinebouw.

Na de bovengenoemde letters worden in de aanduiding van gietstaal ook cijfers genoemd. Deze cijfers kunnen de Minimum rekgrens in N/mm2 aanduiden, ook kunnen de cijfers worden gebruikt om de legering aan te duiden.

Wat is constructiestaal en waar wordt dit staal voor gebruikt?

Constructiestaal is staal dat wordt gebruikt voor de productie van schepen, loodsen, gebouwen, bruggen en andere staalconstructies. Onder de verzamelnaam constructiestaal vallen verschillende laaggelegeerde staalsoorten. Deze staalsoorten hebben verhoudingsgewijs een hoog koolstofgehalten ten opzicht van bijvoorbeeld roestvast staal (RVS). Het hoofdbestandsdeel van staal is ijzer, dit wordt ook wel met de Latijnse naam ferro aangeduid.

Ferro is een scheikundig element met atoomnummer 26 in het periodiek systeem der elementen. Het materiaal heeft een grijze kleur en is een overgangsmetaal. Door aan  ijzer een klein percentage koolstof te voegen worden de mechanische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterd. IJzerlegeringen met een koolstofgehalte van minder dan 1,9% procent worden staal genoemd. Staal heeft een lager koolstofpercentage dan gietijzer. Het laatste materiaal bevat 2,5%-6,67% koolstof en is daardoor brosser.

Constructiestaalsoorten
Staal bestaat uit een legering tussen ijzer een percentage koolstof dat lager is dan 1,9%. Het percentage koolstof in constructiestaal is maximaal 0,25%. Dit is afhankelijk van de toepassing van het materiaal en de chemische samenstelling. Er zijn verschillende soorten staal die onder constructiestaal vallen zoals bijvoorbeeld S235, S275 en S355. Naast deze staalsoorten zijn er nog verschillende andere staalsoorten die als constructiestaal kunnen worden beschouwd. De letter ‘S’ in de staalaanduiding staat voor het Engelse woord ”structural”. Dit woord kan in het Nederlands worden vertaald met staal of constructiestaal. De cijfers die er achter staan geven de vloeigrens aan van 16 mm staal in megapascal in N/mm².  Staal met de aanduiding S275 zal met een trekkracht van 275 megapascal gaan vloeien. Door het overschrijden van de vloeigrens zal het staal plastisch vervormen. Dit houdt in dat het staal dusdanig is opgerekt dat het bij het wegnemen van de belasting niet meer in de oorspronkelijk vorm terugkeert.

Eigenschappen van constructiestaal
Constructiestaal heeft  verschillende eigenschappen die het materiaal geschikt maken voor staalconstructies. Het materiaal heeft een laag koolstofgehalte en heeft een behoorlijk grote treksterkte en rek. Daarnaast kan constructiestaal goed worden gelast en is het materiaal goed te bewerken. Constructiestaal kan goed worden vervormd doormiddel van koude of warme bewerkingen. Verder is constructiestaal goedkoop en is het, ten opzichte van edele metalen, corrosiegevoelig. Daarom moet constructiestaal worden beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en chemische stoffen.

Wat zijn overgangsmetalen en welke overgangsmetalen zijn er?

Overgangsmetalen worden ook wel transitiemetalen óf nevengroepelementen genoemd. Deze groep elementen is ingedeeld in het D-blok van het zogenoemde periodiek systeem der elementen. Overgangsmetalen zijn beperkt aanwezig op aarde. Alleen het overgangsmetaal ijzer, aangeduid met symbool Fe, komt zeer veel voor op aarde. Dit komt omdat ijzer een stabiel element is. Veel overgangsmetalen zijn geschikt voor vormen het van coördinatieverbindingen. Dit komt omdat overgangsmetalen beschikken over vrije atoomorbitalen. Overgangsmetalen worden ook toegepast als katalysator in organische syntheses. Het aantal overgangsmetalen is zeer divers. In de techniek worden overgangsmetalen op verschillende manieren toegepast.

Welke overgangsmetalen zijn er?
Er zijn verschillende overgangsmetalen. Deze metalen worden onderverdeeld in vier groepen, deze groepen zijn als volgt:

  • 3D-overgangsmetalen van scandium tot zink
  • 4D-overgangsmetalen van yttrium tot cadmium
  • 5D-overgangsmetalen van hafnium tot kwik
  • 6D-overgangsmetalen van rutherfordium tot copernicium

Hieronder zijn de verschillende overgangsmetalen per groep benoemd. Hierbij wordt het symbool genoemd en het atoomnummer. Deze atoomnummers komen uit het D-blok van het periodiek systeem der elementen.

3D-overgangsmetalen

  • Scandium, symbool Sc en atoomnummer 21.
  • Titanium of titaan, symbool Ti en atoomnummer 22.
  • Vanadium, symbool V en atoomnummer 23.
  • Chroom of chromium, symbool Cr en atoomnummer 24.
  • Mangaan, symbool Mn en atoomnummer 25.
  • IJzer, symbool Fe (de afkorting is afkomstig van het Latijnse woord voor ijzer: ferrum) en atoomnummer 26.
  • Kobalt, symbool Co en atoomnummer 27.
  • Nikkel, symbool Ni en atoomnummer 28.
  • Koper, symbool Cu en atoomnummer 29.
  • Zink, symbool Zn en atoomnummer 30.

4D-overgangsmetalen

  • Yttrium, symbool Y en atoomnummer 39.
  • Zirkonium of zirkoon, symbool Zr en atoomnummer 40.
  • Niobium, symbool Nb en atoomnummer 41.
  • Molybdeen, symbool Mo en atoomnummer 42.
  • Technetium, symbool Tc en atoomnummer 43.
  • Ruthenium, symbool Ru en atoomnummer 44.
  • Rhodium, symbool Rh en atoomnummer 45.
  • Palladium, symbool Pd en atoomnummer 46.
  • Zilver, symbool Ag en atoomnummer 47.
  • Cadmium, symbool Cd en atoomnummer 48.

5D-overgangsmetalen

  • Hafnium, symbool Hf en atoomnummer 72.
  • Tantaal of tantalium, symbool Ta en atoomnummer 73.
  • Wolfraam, symbool W en atoomnummer 74.
  • Renium voorheen ook wel rhenium,  symbool Re en atoomnummer 75.
  • Osmium, symbool Os en atoomnummer 76.
  • Iridium, symbool Ir en atoomnummer 77.
  • Platina, symbool Pt en atoomnummer 78.
  • Goud, symbool Au en atoomnummer 79.
  • Kwik ook wel kwikzilver, symbool Hg (deze afkorting is afgeleid van van het Griekse hydrargyrum) atoomnummer 80.

6D-overgangsmetalen

  • Rutherfordium, symbool Rf en atoomnummer 104.
  • Dubnium, symbool Db en atoomnummer 105.
  • Seaborgium, symbool Sg en atoomnummer 106.
  • Bohrium,  symbool Bh en atoomnummer 107.
  • Hassium, symbool Hs en atoomnummer 108.
  • Meitnerium, symbool Mt en atoomnummer 109.
  • Darmstadtium, Ds en atoomnummer 110.
  • Copernicium (symbool Cn), werd in het verleden ook wel ununbium (symbool Uub) genoemd. Atoomnummer 112.

Wat is nikkel en wat is vernikkelen?

Nikkel is een overgangsmetaal en is grijs/ zilverwit van kleur. Het is een scheikundig element dat wordt aangeduid met  symbool ‘Ni’. Nikkel wordt onder andere gebruikt in roestvaststaal. Ongeveer zeventig procent van de totale nikkelproductie wordt verwerkt in rvs. Daarnaast wordt nikkel gebruikt in verschillende metaallegeringen. Voorbeelden hiervan zijn inconel, incoloy en hastelloy. Nikkel behoort tot de non-ferro metaalgroep en roest niet. Deze eigenschap zorgt er voor dat nikkel toegepast kan worden om andere metaalsoorten te beschermen tegen roest. Een manier waarop nikkel als bescherming kan worden aangebracht is vernikkelen.

Wat is vernikkelen?
Vernikkelen is een proces dat kan worden toegepast om een metaal te beschermen tegen roestvorming en corrosie. Vernikkelen gebeurt door een laagje nikkel op een metaal aan te brengen. Meestal worden producten en profielen van staal vernikkeld. Staal heeft goede mechanische eigenschappen en is daarnaast goedkoop en makkelijk te verwerken. Het nadeel van staal is dat staal kan roesten. Nikkel heeft deze eigenschap niet. Door nikkel op staal aan te brengen versterken deze metalen elkaars eigenschappen. De laag nikkel moet goed verbonden zijn met de oppervlakte waarop het wordt aangebracht. Door een stevige hechting kan corrosievorming van het onderliggende staal worden tegengegaan.

Autokatalytisch of stroomloos vernikkelen
Er zijn twee verschillende manieren waarop men kan vernikkelen. De eerste methode is chemisch vernikkelen. Dit wordt ook wel autokatalytisch of stroomloos vernikkelen genoemd. Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van elektrolyse. In plaats daarvan maakt men gebruik van een groot bad. Hierin wordt het voorwerp of onderdeel dat vernikkeld moet worden ondergedompeld. In het bad vinden autokatalytische chemische processen en reacties plaats. Deze reacties zorgen er voor dat er een laagje nikkel op het ondergedompelde object wordt aangebracht.

Galvanisch vernikkelen
Een andere methode is galvanisch vernikkelen. Dit wordt ook wel elektrolytisch vernikkelen genoemd. Dit proces valt onder galvanotechniek. Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van een bad. In tegenstelling tot autokatalytisch vernikkelen wordt hierbij wel gebruik gemaakt van elektrolyse. Het object dat vernikkeld moet worden wordt in een groot bad gehangen. Doormiddel van elektrolyse wordt het object vernikkeld. Het object is hierbij de kathode waarop de nikkel hecht.

Wat is galvaniseren of galvanotechniek en waar wordt deze techniek voor gebruikt?

Galvaniseren is een techniek die kan worden gebruikt voor het aanbrengen van een corrosiebestendige metaallaag over metalen die corrosiegevoelig zijn. Galvaniseren wordt ook wel galvano, galvanotechniek of elektroplating genoemd. Voor deze techniek wordt gebruik gemaakt van elektriciteit. Galvaniseren kan doormiddel van elektrolytisch verzinken gebeuren. Hierbij wordt een zinklaagje aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal (ijzer met een laag  percentage koolstof). Daarnaast kan men ook verchromen, hierbij wordt een laagje chroom aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal. Vernikkelen is een proces waarbij een laagje nikkel op een metaal wordt aangebracht. De metalen chroom, nikkel en zink zijn corrosievast en behoren tot de non-ferro metalen. Ferro-metalen bestaan voor minimaal 50 procent uit ijzer. Hierdoor zijn deze metalen corrosiegevoelig. Een ander woord dat voor de corrosie van ferro wordt gebruikt is roest. Als ferro niet goed wordt beschermd tegen roest vreet de roest op den duur steeds meer dunne laagjes van het ferro weg. Hierdoor wordt het ferro-object dunner en gaan de mechanische eigenschappen achteruit. Het is daarom belangrijk dat objecten die gevoelig zijn voor roest voldoende worden beschermd.

Ferro-metalen beschermen tegen corrosie
Metalen die voor een groot deel uit ijzer bestaan zijn over het algemeen gevoelig voor corrosie (roest). Doormiddel van legeringen kan het metaal corrosievaster worden gemaakt. Hierbij kan gedacht worden aan roestvaststaal. Ook cortenstaal of COR-TEN ®-staal is een voorbeeld van ferro  waaraan verschillende metalen zijn toegevoegd om het corrosieproces te vertragen. In legeringen kunnen de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Een legering is echter niet altijd een geschikte oplossing. Dit kan te maken hebben met de prijs maar ook met de ongunstige mechanische eigenschappen van de legering. Metallurgen hebben veel verstand van de eigenschappen van metalen. Hun vakgebied heet metallurgie. Vaak hebben metallurgen ook verstand van corrosie omdat het corrosieproces een belangrijke eigenschap is van een metaal. De corrosieleer valt onder de metaalkunde en onderzoekt hoe corrosie ontstaat door elektrochemische reacties bij verschillende metalen.

Corrosie kan ook worden tegengegaan door het aanbrengen van een beschermlaag over ferro-metalen. Dit kan door gebruik te maken van bijvoorbeeld menie of ijzermenie. Daarnaast kunnen metalen ook worden voorzien van poedercoating. Het galvaniseren waarover in de inleiding is geschreven kan ook worden toegepast om ferro-metalen te beschermen tegen roest.

Verzinken of galvaniseren
In de praktijk haalt men galvaniseren en verzinken regelmatig door elkaar. Het aanbrengen van een zinklaag op een metaal kan op twee verschillende manieren gebeuren. Een zinklaag kan worden aangebracht door thermisch verzinken, waarbij men gebruik maakt van een zinkbad. Daarnaast kan men elektrolytisch verzinken. In het laatste geval spreekt men van galvaniseren omdat hierbij elektrische stroom wordt gebruikt. Verzinken kan dus gebeuren doormiddel van galvaniseren en thermisch verzinken. Metaal dat verzinkt is kan daardoor zowel thermisch verzinkt zijn als gegalvaniseerd. Over thermisch verzinken is op de website technisch werken een uitgebreide tekst te vinden. Hieronder is kort beschreven wat galvaniseren is.

Wat is galvaniseren precies?
Hierboven is al een beetje informatie weergegeven over galvaniseren. In bovenstaande tekst wordt duidelijk dat galvaniseren wordt toegepast om de corrosievastheid van metalen te bevorderen. Daarnaast is aangegeven dat verschillende non-ferro metalen kunnen worden aangebracht doormiddel van galvanotechniek. Galvanotechniek omvat alle elektrochemische bedekkingstechnieken die in de metaaltechniek worden toegepast. Hieronder worden ook de autokatalytische processen geplaatst. Galvaniseren kan doormiddel van twee verschillende methodes worden gedaan. Het kan worden gedaan door gebruik te maken van een externe stroombron en doormiddel van een reductiemiddel dat aanwezig is in elektrolyt.

Doel van galvanotechniek
Galvanotechniek is een techniek waarbij een metaallaag over een andere metaalsoort wordt aangebracht. De eigenschappen van de metalen kunnen elkaar op die manier versterken. Staal bestaat bijna volledig uit ijzer en is daardoor gevoelig voor roest. Staal is echter goedkoop en beschikt over goede mechanische eigenschappen. Daarom wordt staal in de werktuigbouwkunde en in de bouw veel toegepast. Staal kan echter roesten en daarom afhankelijk van een goede beschermlaag. Zink is minder edel dan staal maar is wel beter bestand tegen roest. Doormiddel van galvaniseren wordt het corrosie vaste zink aangebracht op het sterkere staal. Hierdoor versterken de twee metalen elkaar. De voordelen van galvanotechniek kunnen als volgt worden opgesomd:

  • Galvaniseren zorgt voor een betere weerstand tegen corrosie,
  • Galvaniseren kan voor een beter uiterlijk zorgen van een constructie of machine. Met name verchromen wordt veel gebruikt voor het verbeteren van het uiterlijk van metalen.
  • Galvaniseren kan er ook voor zorgen dat het metaal beschermd wordt tegen beschadiging en krassen.
  • Galvaniseren heeft invloed op elektrische eigenschappen waaronder de geleidbaarheid van metalen.

Wat is metaalkunde en wat doet een metaalkundige?

Metaalkunde is gericht op het besturen van metalen en het onderzoeken van de toepassingen daarvan. Het vakgebied metaalkunde is nauw verbonden met metaaltechniek en de werktuigbouwkunde. In de metaalkunde is onderscheid gemaakt tussen het bestuderen van ferro en non-ferrometalen en legeringen. Ferro (is het Latijnse woord voor ijzer), metalen die bij de ferrogroep horen, hebben als hoofdbestandsdeel ijzer. Non-ferrometalen zijn over het algemeen minder corrosiegevoelig. Een metaalkundige houdt zich bezig met eigenschappen van metalen en onderzoekt deze nauwkeurig. Hieronder is een alinea weergegeven waarin beschreven is wat onder metaalkunde valt.

Waaruit bestaat metaalkunde?
Het onderzoeken van metalen is een breed vakgebied. Metalen kunnen verschillende eigenschappen hebben. Wanneer een metaalkundige alle metalen moet onderzoeken op alle eigenschappen staat deze voor een onmogelijke opdracht. Daarom wordt metaalkunde onderverdeeld in verschillende deelgebieden. Omdat een metaalkundige een specialist is kan hij of zij zich specifiek toeleggen op één of enkele deelgebieden die onder de metaalkunde vallen. Hieronder staan een aantal deelgebieden waaruit metaalkunde bestaat:

  • Lastechniek. Hierin wordt aandacht besteed aan de mogelijkheid om bepaalde metalen te lassen en wat de reactie van metalen zijn bij een bepaalde lastechniek. De doelstelling is hierbij om de juiste lastechniek voor een metaalsoort in kaart te brengen.
  • Metallurgie. Dit deelgebied van metaaltechniek is gericht op het onderzoeken van metalen om daarmee hun bestandsdelen en onderlinge samenhang, dichtheid en massa vast te stellen. Dit kan tot op microscopisch niveau gebeuren. Iemand die werkzaam is in de metallurgie wordt ook wel een metallurg genoemd.
  • Metallografie. Metalen hebben verschillende structuren die in het deelgebied metallografie in kaart worden gebracht. Metallografie is daardoor de structuurbeschrijving van metalen. Doormiddel van deze structuurbeschrijving kan de sterkte van metalen in kaart worden gebracht.
  • Gieterijkunde. Dit deelgebied van metaalkunde is gericht op de eigenschappen van metaal die invloed hebben op het vloeibaar maken en het gieten van metaal. Niet elke metaalsoort kan eenvoudig gegoten worden. Daarnaast zorgt ook de afkoeling van gegoten metaal vaak voor een krimp. Bij gieterijkunde wordt aandacht besteed aan de eigenschappen van metalen die van belang zijn bij het gieten. Voorbeelden van metalen en metaallegringen die gegoten worden zijn gietijzer, gietstaal en brons.
  • Corrosieleer. De meeste metalen hebben een bepaald corrosieproces. Dit proces ontstaat door elektrochemische reacties. Corrosie zorgt er voor dat de kwaliteit van het metaal kan worden aangetast maar dat hoeft niet. In corrosieleer wordt aandacht besteed aan de gevolgen voor de structuur en sterkte van metalen wanneer corrosie optreed.
  • Plastische vormgeving. Hierbij wordt aandacht besteed aan de vervormbaarheid van metalen.
  • Vermoeiing. Dit wordt ook wel fatigue genoemd. Wanneer metalen voortdurend belast worden kan de structuur van het metaal worden aangetast. Dit gebeurd zowel bij langdurige belasting als bij kort durende belasting die regelmatig voorkomt. Vermoeiing van metalen wordt ook wel metaalmoeheid genoemd. Het heeft gevolgen voor de mechanische sterkte van een constructie, werktuig of voertuig.

Een metaalkundige kan zich met één of meerdere van bovengenoemde deelgebieden bezighouden. De taken die een metaalkundige hierbij kan uitvoeren zijn in de volgende alinea beschreven.

Wat doet een metaalkundige?
Metaalkunde is voornamelijk gericht op het onderzoeken van metalen. Daarbij wordt met name gekeken naar de geschiktheid van metalen voor bepaalde toepassingen. Een metaalkundige kan hierbij de kwaliteit en eigenschappen van metalen onderling met elkaar vergelijken. Daarnaast kan een metaalkundige deze eigenschappen vergelijken met bijvoorbeeld kunststoffen, houtsoorten, steensoorten en andere materialen. Een metaalkundige maakt rapporten over de metalen die onderzocht zijn. Daarnaast kan een metaalkundige op basis van deze gegevens ook nieuwe methodes bedenken om metaal te gieten. Het in kaart brengen van eigenschappen van metalen zorgt er daarnaast voor dat een metaalkundige verschillende legeringen kan bedenken waardoor de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Een metaalkundige kan daardoor bij verschillende bedrijven werken.

Waar werkt een metaalkundige?
Metaalkundigen zijn er niet veel in Nederland. Er zijn maar weinig opleidingen in Nederland die op HBO en Universitair niveau aandacht besteden aan het onderzoeken van de kwaliteiten van metalen. Dit is jammer want metalen worden in de techniek vrijwel overal toegepast. Het is belangrijk dat van te voren goed in kaart wordt gebracht wat de eigenschappen van de metalen zijn. De beoogde toepassing of het toepassingsgebied van metalen is hierbij van groot belang. Metalen worden onder andere toegepast in staalconstructie en de machinebouw. Ook worden metalen toegepast voor de vervaardiging van auto’s, treinen, bussen, tractoren en andere voertuigen. Binnen de scheepsbouw, jachtbouw, luchtvaarttechniek en de ruimtevaart wordt ook gebruik gemaakt van metalen. Een metaalkundige kan daardoor in verschillende bedrijven werkzaam zijn.

Wat is Poedercoaten en hoe wordt poedercoating aangebracht?

De meeste metalen kunnen oxideren. Dit is niet altijd een probleem voor de mechanische eigenschappen van metaal. Zo zorgt aluminiumoxide er niet voor dat het aluminium zelf wordt aangetast. Sterker nog aluminiumoxide zorgt voor een beschermlaag. Bij metalen en legeringen die voor een groot deel uit ijzer bestaan is dat anders. Roest is een vorm van oxide die het onderliggende materiaal wel aantast. Daarom worden veel producten die kunnen roesten bescherm doormiddel van een beschermlaag. Een manier om metalen te beschermen tegen oxidatie is het aanbrengen van een poedercoating.

Hoe wordt poedercoating aangebracht?
Poedercoaten is het aanbrengen van een beschermlaag op metalen. De coating kan alleen goed hechten wanneer de oppervlakte van het metaal van te voren goed is gereinigd en ontvet. Na het reinigen en ontvetten moet het metaal eerst drogen. Na het drogen wordt het metaal gebracht naar een speciale spuitruimte. In de spuitruimte wordt de poedercoating aangebracht. Poedercoating kan verschillende kleuren hebben. De juiste kleur kan door de klant zelf gekozen worden. Ook de dikte van de coating kan door de klant worden bepaald. Meestal is de dikte van de coating afhankelijk van de omgeving waar het metaal wordt gebruikt.

Het aanbrengen van poedercoating op metaal kan door een robot worden gedaan maar ook door een spuiter. Het poeder wordt elektrostatisch geladen, hierdoor kan het poeder zich goed hechten op producten van metaal. De metalen objecten hebben hiervoor een bepaalde aantrekkingskracht, deze ontstaat doordat het metalen object tijdens het poedercoaten geaard is. De poeder krijgt doormiddel van het spuitpistool  een negatieve lading mee. Hierdoor wordt de poeder naar het geaarde metaal getrokken.

De poedercoating moet gelijkmatig worden aangebracht voor een optimaal resultaat. Een robot kan deze werkzaamheden goed uitvoeren. Soms zijn er echter zoveel speciale hoeken aan een metalen object dat een medewerker de coating zelf moet aanbreng. Dit wordt doormiddel met een spuitpistool of handpistool gedaan die speciaal ontwikkeld is voor het aanbrengen van poedercoating. Het aanbrengen van poedercoating is specialistisch werk.

Na het aanbrengen van de poedercoating wordt het metaalproduct naar een over gebracht. Daar wordt het object verhit tot 190 graden Celsius. Op deze temperatuur gaat het aangebrachte poeder vloeibaar worden. Hierdoor wordt het hele metaalobject voorzien van een laag gesmolten poeder. Deze gesmolten poeder wordt vervolgens afgekoeld. Door het afkoelen wordt de poedercoating hard.

Voordelen van poedercoating
Poedercoating is hard en kan goed verdeeld worden over het metaal. Daarnaast biedt poedercoating de mogelijkheid tot speciale effecten. Daarnaast bevatten poeders geen oplosmiddelen die schadelijk zijn voor het milieu. De resten van poeder kunnen vaak worden hergebruikt. Hierdoor is het afval tijdens poedercoaten zeer gering. Daarnaast is deze manier van werken milieuvriendelijk. Conventionele vloeibare coatings produceren meer gevaarlijk afval. Daarnaast kunnen poedercoatings vrij dik op een metaalobject worden aangebracht zonder dat er verzakking in de coating optreed.

Wat zijn ferrometalen en nonferrometalen?

Metalen kunnen op verschillende manieren worden onderverdeeld. Hierbij kan gekeken worden naar de eigenschappen van de metalen en de toepasbaarheid ervan. In de praktijk komt de verdeling tussen ferrometalen en nonferrometalen veel voor. Deze onderverdeling is gebaseerd op het al dan niet aanwezig zijn van het bestandsdeel ijzer.

Wat is Ferro?
IJzer is een element uit de scheikunde. In het Latijns wordt ijzer ferrum genoemd. Daarvan is het woord ferro afgeleid. Ferro wordt in de scheikunde aangeduid met het symbool Fe wat staat voor de eerste twee letters van Ferrum. IJzer is een grijskleurig metaal met atoomnummer 26. Het wordt veel toegepast binnen de werktuigbouwkunde maar ook binnen andere technische vakgebieden. Meestal wordt ijzer gelegeerd met andere elementen zoals met koolstof (C). Wanneer aan ijzer 0,1 tot 1,7 procent koolstof wordt toegevoegd spreekt men van staal. Metalen die onder Ferro vallen zijn magnetisch en bevatten minimaal 50 procent ijzer.

Wat is Nonferro?
Nonferro metalen bevatten geen ijzer. Wanneer nonferro metalen worden gelegeerd mag het percentage ijzer dat wordt toegevoegd niet hoger zijn dan 50 procent om de legering onder nonferro te laten behoren. De metalen die onder nonferro vallen zijn divers. Een aantal voorbeelden van nonferrometalen zijn: koper, zink, chroom, goud, zilver, tin, aluminium en titaan. Omdat er zoveel metalen onder nonferro vallen wordt er vaak een onderverdeling gemaakt. De onderverdeling tussen pure metalen en  non-ferrometaallegeringen is gebruikelijk.

Onder pure metalen vallen de volgende categorieën:

  • Edelmetalen: deze metalen worden nauwelijks door oxidatie aangetast. Voorbeelden hiervan zijn goud en platina. Ook zilver valt onder edelmetalen hoewel het iets meer gevoelig is voor oxidatie.
  • Zware metalen: deze hebben een hoge atoommassa en zijn zwaarder dan ijzer. Voorbeelden hiervan zijn: kwik, lood en cadmium.
  • Lichte metalen: dit zijn metalen die lichter zijn dan ijzer bijvoorbeeld aluminium.

Onder non-ferrometaallegeringen vallen de volgende categorieën:

  • Gegoten legeringen zoals bijvoorbeeld brons.
  • Gesmede legeringen dit zijn legeringen die doormiddel van een smeden zijn ontstaan.

Binnen de werktuigbouwkunde wordt gebruik gemaakt van ferrometalen en nonferrometalen. De eigenschappen van metalen lopen sterk uiteen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden gecombineerd. Legeringen worden in de praktijk zeer veel gebruikt.

Wat zijn de verschillen en overeenkomsten tussen staal, ijzer en metaal?

Dit artikel gaat over de verschillen en overeenkomsten tussen staal, ijzer en metaal. Deze materialen worden onder andere genoemd in de werktuigbouwkunde. Het is belangrijk om de eigenschappen van deze materialen te kennen omdat ze daardoor effectief kunnen worden toegepast in bijvoorbeeld een constructies, machines en voertuigen. Elk materiaal heeft eigenschappen die het uniek maken. De eigenschappen waar vooral op wordt gelet zijn de sterkte, de taaiheid, de bewerkbaarheid en de smeedbaarheid van een materiaal. Deze eigenschappen zijn unieke kenmerken voor materialen en bepalen of een materiaal wel of niet geschikt is voor een bepaalde toepassing. Hieronder worden de materialen ijzer, staal en metaal uitgelegd.

Wat is IJzer?
IJzer is een metaalsoort en wordt als element aangeduid met Fe dit staat voor Ferro. IJzer valt onder de metalen net zoals bijvoorbeeld koper, goud, zilver en tin metalen zijn. IJzer wordt gewonnen uit erts. Deze ijzererts kwam vroeger veel voor in Duitsland, Zweden, Engeland, Noord-Amerika en Rusland. Ook tegenwoordig wordt in die landen nog veel ijzererts gewonnen. Wanneer uit ijzererts de verontreiniging zoals kalksteen, leem, zand en mergel zijn verwijdert ontstaat ruwijzer. Dit ruwijzer is afkomstig uit hoogovens en bevat 3 tot 4,5 procent koolstof. Dit hoge koolstofpercentage zorgt er voor dat het ruwijzer nog heel bros  is en daardoor geen goede mechanische eigenschappen heeft om het in constructies te verwerken. Daarnaast bevat ruwijzer ook andere elementen zoals zwavel, fosfor en silicium. Om de mechanische eigenschappen van ruwijzer te verbeteren moet het koolstofpercentage omlaag worden gebracht. Wanneer het koolstofpercentage tussen de 0,1 en 1,7 procent is worden de eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterd en ontstaat staal.

Wat is staal?
Staal is ijzer met een toevoeging van 0,1 tot 1,7 procent koolstof. Het is daardoor een legering tussen IJzer (Fe) en koolstof (C). Staal kan ook andere elementen bevatten maar het hoofdbestandsdeel blijft ijzer. De reden waarom soms andere elementen worden toe gevoegd heeft te maken met het toepassingsgebied van het materiaal. Doormiddel van legeringen kan de kwaliteit van staal worden beïnvloed. Ook thermische behandelingen kunnen er voor zorgen dat de eigenschappen van staal worden beïnvloed. Doormiddel van thermisch ‘harden’ kan de slijtvastheid en daarmee de hardheid van een legering worden verbeterd. Dit is een proces waarbij staal (of ander metaal of legering) eerst wordt verhit en vervolgens wordt afgekoeld (temperen). Doormiddel van deze behandelingen kunnen de mechanische eigenschappen van staal worden aangepast aan de eisen die aan het product, dat er mee vervaardigd moet worden, zijn gesteld. De eigenschappen die staal heeft zijn goed op het gebied van sterkte, taaiheid en smeedbaarheid.

Wat is metaal?
Metaal is een verzamelnaam voor elementen die overeenkomsten met elkaar hebben. Zo geleiden metalen en legeringen die gemaakt zijn van metaal, elektrische stroom uitstekend. Metalen worden ingedeeld in twee groepen: de ferrometalen en de non-ferrometalen. De naam van deze indeling maakt duidelijk dat ferrometalen als belangrijk bestandsdeel ferro hebben oftewel ijzer (Fe) . Non-ferrometalen hebben ijzer niet als bestandsdeel. In een nonferro legering kan wel ijzer worden toegevoerd. Alleen wanneer het percentage ijzer lager is dan 50 procent blijft men van een nonferro legering spreken. Wanneer we metalen onderverdelen in deze twee groepen ontstaat het onderstaande overzicht.

Ferrometalen hoofdbestandsdeel ijzer
IJzer en legeringen die bestaan uit minimaal 50% ijzer. Daarnaast zijn deze magnetisch. Bijvoorbeeld:

  • Gietijzer
  • Kobalt
  • Nikkel
  • Staal (bijvoorbeeld constructiestaal en gereedschapstaal)

Nonferrometalen bevatten geen of nauwelijks ijzer
Non-ferrometalen bestaan uit minder dan 50% ijzer. Daarnaast zijn deze metalen niet magnetisch. Deze groep bevat in feite alle metalen die niet onder de ferrometalen vallen. Hieronder worden een aantal voorbeelden gegeven:

  • Koper
  • Chroom
  • Zink
  • Tin
  • Aluminium
  • Magnesium
  • Titaan
  • Goud
  • Zilver

Toepassing van metalen
Hierboven werd duidelijk dat ijzer het hoofdbestandsdeel is van staal. De toevoeging van 0,1 tot 1,7 procent koolstof aan ijzer zorgt er voor dat de kwaliteit wordt verbeterd en er staal ontstaat. De toepassing van staal is breed. Hieronder volgen een aantal voorbeelden van vervoersmiddelen, producten en constructies waarin staal kan worden gebruikt:

  • Spoorlijnen
  • Bruggen
  • Loodsen
  • Auto’s
  • Vrachtschepen
  • Kranen
  • Boorplatformen

Deze opsomming kan enorm worden uitgebreid. Bijna overal wordt staal gebruikt. Ook nonferro metalen worden toegepast in verschillende constructies. Hierbij moet goed gekeken worden naar de eigenschappen van het materiaal. Vaak worden er legeringen gemaakt om tot een optimale mix te komen van eigenschappen. Brons is een voorbeeld van een legering tussen koper en tin. Door deze combinatie kan brons worden gegoten. Brons gieten wordt al heel lang gedaan, nog voor het gebruik van ijzer zijn intrede deed in de menselijke beschaving.

Aluminium is een materiaal wat in verhouding tot staal weinig weegt. Daardoor is het geschikt voor constructies die niet te veel mogen wegen zoals bijvoorbeeld vliegtuigen. Ook voor de bouw van jachten wordt aluminium gebruikt. Het winnen van aluminium uit Bauxiet kost echter zeer veel energie waardoor de aluminiumproductie kostbaar en milieubelastend is. Zo heeft elke metaalsoort zijn toepassingsgebied. Kennis van metalen en hun eigenschappen vormt daardoor een belangrijk onderdeel van de werktuigbouwkunde.