Sinkinkato messingissä

Abstract

Kuparimetalleja on käytetty hyvien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi jo tuhansien vuosien ajan ja niiden ominaisuuksia voidaan parantaa ja optimoida erilaisia käyttökohteita varten seostamalla. Messingit muodostavat tärkeimmän ja käytetyimmän ryhmän kupariseoksista. Messingissä kuparin pääseosaine on sinkki, mutta se voi sisältää myös pieniä määriä muita seosaineita. Messingin ominaisuuksia voidaan muokata seostussuhteita muuttamalla. Hyvän korroosionkestävyytensä vuoksi messingit sopivat käytettäväksi jopa merivedessä. Hyvästä korroosionkestosta huolimatta ovat messingit tietyissä olosuhteissa alttiita muiden yleisten korroosiomuotojen lisäksi myös sille ominaiselle sinkinkadolle. Työ jakautuu kahteen osaa. Kirjallisuusselvitysosassa tutustutaan messinkiin materiaalina ja sen ominaisuuksiin sekä sinkinkadon mekanismeihin ja vaikutuksiin. Lisäksi tutkitaan messingin seostuksen ja sen käyttöympäristön vaikutuksia sinkinkadon todennäköisyyteen. Kokeellisessa osassa selvitetään, onko tutkittavassa putkiliittimessä havaittavissa sinkinkatoa ja mikä siihen on voinut johtaa. Lisäksi pohditaan miten sinkinkatoa olisi voitu tutkittavan kappaleen tapauksessa estää. Kappaleen tutkimisessa hyödynnettiin visuaalista tarkastusta sekä optista mikroskooppia. Työssä havaittiin, että messingin sinkkipitoisuus vaikuttaa vahvasti sen mikrorakenteeseen ja sen myötä sinkinkatokestävyyteen. Sinkinkadon todennäköisyys kasvaa yleensä sinkkipitoisuuden kasvaessa. Messingin kiderakenne pysyy yksifaasisena, vain α-faasia sisältävänä noin 37 %:n sinkkipitoisuuteen asti, minkä jälkeen sen rakenteesta alkaa löytyä myös sinkinkadolle alttiimpaa β-faasia. α-faasin sinkinkato voidaan lähes kokonaan estää seostamalla messinkiin pieniä määriä muita seosaineita, joista toimivimmaksi on todettu arseeni. Tehokkaita lisäaineita β-faasin sinkinkadon estämiselle ei ole vielä löydetty. Duplex-messinkien eli α+β-mikrorakennetta sisältävien messinkien tapauksessa lisäaineilla saavutettava hyöty on vähäisempää ja toimivammaksi ratkaisuksi onkin todettu lämpökäsittely, jolla materiaalin rakennetta pyritään muuttamaan mahdollisimman paljon α-faasia sisältäväksi. Käyttöympäristö vaikuttaa materiaalin lisäksi vahvasti sinkinkatoon. Korkea kloridipitoisuus ja matala alkaliteetti ovat varsinkin korroosiotuotteiden kertymisen kannalta pahin mahdollinen olosuhde. Galvaaniset yhteydet messingin ja muiden materiaalien välillä sekä differentiaalinen virtaus voivat myös kasvattaa korroosionopeutta selvästi. Tutkittavan putkiliittimen todettiin olevan rakenteeltaan korkean sinkkipitoisuuden duplex-messinkiä, mikä erosi saaduista lähtötiedoista. Tutkimuksissa havaittiin kerroksellista sinkinkatoa, jonka oletetaan johtaneen kappaleen murtumaan. Sinkinkadon välttämiseksi helpoin tapa olisi ollut käyttää pienemmän sinkkipitoisuuden messinkiä mahdollisella arseenilisäyksellä tai muuttaa kappaleen mikrorakennetta lämpökäsittelyllä. Käyttöympäristön galvaaniset yhteydet messingin ja muiden aineiden välillä ja veden kemia voivat osaltaan nopeuttaa sinkinkadon tapahtumista.