Het startpunt van de corrosie zien (en de rest)

Jaap van Peperstraten

In november 2018 stond in OT een artikel met de kop Real time meten van corrosieprocessen. Dat artikel beschreef het onderzoek naar hoe je corrosieprocessen real time kunt volgen met een betrouwbaar systeem om coatings en de prestaties ervan goed te meten en met elkaar te vergelijken. Het betreft een onderzoek aan de TU Delft, van de vakgroep Novel Aerospace Materials van de Faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek. Inmiddels is een grote sprong voorwaarts gemaakt, waarvan binnenkort hopelijk de hele branche kan profiteren.

In onze branche is de zoutsproeitest zeer gangbaar als versnelde test om de corrosiebestendigheid van coatings te meten. Maar deze test levert enkel een beeld van het eindresultaat. Na de test weet je niet wat er precies in de zoutsproeiopstelling is gebeurd. De vraag op welk moment waar, en welke vorm van corrosie is ontstaan, is dan niet te beantwoorden. Het multidisciplinaire onderzoeksteam Zelfhelende organische coatings van de TU Delft, onder leiding van Santiago Garcia, is daarom enkele jaren geleden gestart met een onderzoek op zoek naar de antwoorden. Paul Denissen nam voor zijn promotieonderzoek deel aan dat team en werkte aan meetmethoden om real time inzicht te krijgen in corrosieprocessen bij coatings op metalen. Zijn promotieonderzoek is nu afgerond, en hij is één van de leidende krachten in een startup met de naam Correlimage die hun product op de markt wil gaan brengen. Maar zover is het nog niet.

MARKTPOTENTIE
Paul Denissen: “Op het artikel van november 2018 kregen we leuke reacties van meerdere bedrijven, waaronder Mavom Chemie, die zeiden: ‘Wat jullie doen, zouden wij direct al kunnen gebruiken om veel beter inzicht te krijgen in de kwaliteit van onze producten, waarmee wij sneller productiefouten kunnen identificeren.’ Dat is natuurlijk leuk, maar ik doe onderzoek op de universiteit en ben niet bezig met het verkopen van onze techniek. Dus ik zei: ‘Stuur maar een aantal samples van producten die goed functioneren en een aantal waarbij ergens een probleem is ontstaan, dan ga ik gewoon kijken of ik eruit kan komen.’ Na een tijdje hebben we hun resultaten naast die van ons gelegd en toen bleek dat wij aan de hand van optische metingen al na 24 uur konden voorspellen welke samples een productiefout bevatten, terwijl de gangbare zoutsproeitesten daar wel zes weken voor nodig hebben. Toen ging er een belletje rinkelen, omdat de potentie van wat wij hadden ontwikkeld richting de markt ineens heel duidelijk werd. De vraag werd: hoe gaan wij dit aanpakken? Welke mogelijkheden zijn er en tegen welke obstakels zullen we gaan aanlopen?”

Laboratorium meetopstelling

Laboratorium-meetopstelling voor het volgen van corrosieprocessen in hoge resolutie. Vanaf links: een microscoopcamera gericht op een elektrochemische cel waarbinnen een testpaneel is gemonteerd dat zich in een corrosieve zoutomgeving bevindt. De opstelling staat gepositioneerd op een optische tafel waarmee de locatie en focus van de camera computergestuurd kan worden aangepast tijdens de meting.

OPTISCHE METINGEN
De afgelopen twee jaar is de in het eerdere artikel geschetste laboratoriumopstelling verder doorontwikkeld, waarbij op verschillende metalen is getest hoe nauwkeurig en waardevol de metingen zijn. Hierbij zijn manieren onderzocht om elektrochemische signalen te koppelen aan optische waarnemingen. De nieuwe methode komt, kort gezegd, neer op een elektrochemische cel en een speciale microscopiecamera voor beelden die met regelmatige tussenpozen worden opgenomen in hoge resolutie. Tijdens blootstelling van samples in een corrosieve oplossing, kan deze optische meetmethode de veranderingen in de processen op een duizendste van een millimeter nauwkeurig vaststellen. Denk hierbij aan inhibitie, pitcorrosie en loslating van een coating. Verder is er hard gewerkt aan een slim softwarepakket om de optische metingen om te kunnen zetten in bruikbare data, waardoor je in een kwantificeerbare hoeveelheid kunt zien waar, en hoe snel, de corrosie of de degradatie over de tijd plaatsvindt. De afgelopen twee jaar bleek dat de optische meet- en analysemethode vaak op een veel gemakkelijkere en nauwkeurigere manier dezelfde informatie kan geven in vergelijking met relatief complexe meetmethodes, zoals elektrochemische impedantie spectroscopie.

STARTPUNT CORROSIE
Paul Denissen: “Uit de eerste tests die we vorig jaar samen met Mavom Chemie hebben gedaan, bleek dat we het startpunt van de corrosie konden zien. Op een bepaald substraat was een voorbehandeling uitgevoerd en daarna een coating aangebracht. Op de metalen plaatjes zagen we dat die coating losliet en vervolgens zijn we de voorbehandeling gaan testen. Daaruit bleek dat we bij een correct uitgevoerde voorbehandeling een heel ander verloop zagen van het corrosieproces. Dit was een heel langzaam corrosieproces, waarbij je ziet dat het oppervlak even geactiveerd wordt en dan weer passiveert door de conversielaag. Bij een foutieve behandeling zie je dat op specifieke locaties de corrosieprocessen op een enorm hoog energieniveau inbijten en doorgroeien, waarna je exact de locatie kunt gaan bekijken waar de corrosie startte. Wat is daar het probleem? Zodoende kun je veel meer inzicht krijgen dan bij de handmatige inspectie, waarbij je alleen maar kunt vaststellen dát er corrosieplekken zijn. Maar wat nou het initiatiepunt was, is dan heel lastig te achterhalen.”
De huidige techniek is toepasbaar bij alle substraten, waaronder legeringen, die last kunnen krijgen van corrosie. De verwachting is dat met deze methode ook kleine verschillen tussen coatings sneller inzichtelijk worden, hetgeen de ontwikkeling van nieuwe producten kan versnellen. De techniek achter deze methode zal op academisch niveau doorontwikkeld worden, doordat er vanuit de onderzoeksgroep nieuwe promovendi komen die er nieuwe coatings mee gaan ontwikkelen.

Voorbeeld van de huidige software analyse

De resultaten van de meetopstelling. Boven: de ruwe optische data van een corrosiewerende coating tijdens blootstelling aan een zoutwateroplossing die een kleine ronde beschadiging bevat van 50 μm in diameter. Onder: de optische analyse waarbij de software de activiteit in de coating en de beschadiging kan volgen. Schaal geeft 50 μm weer.

STAP NAAR INDUSTRIËLE TOEPASSING
De stap tussen kennis- en productontwikkeling op een universiteit en toepassing in de markt is te groot om zomaar in één keer te zetten. Paul Denissen: “Gelukkig zit er op de TU Delft een valorisatiebureau dat helpt bij het uitzetten van de route van onderzoek naar industrie. Zo hebben we een aantal subsidies aangevraagd, waarmee uitgezocht kan worden hoe je academische bevindingen naar de markt kunt brengen. Dit jaar is een aantal van deze subsidieaanvragen gehonoreerd, en momenteel worden we door EIT RawMaterials en NWO TTW ondersteund bij het uitwerken van de vraag hoe we vanuit onze laboratoriumopstelling iets kunnen creëren dat goed aansluit bij uitdagingen in de industrie. Die subsidies en hulp zijn natuurlijk geweldig en helpen ons om de eerste stappen te zetten. Een groot gedeelte van de resultaten heb ik tijdens mijn promotieonderzoek kunnen publiceren in wetenschappelijke artikelen, maar de kennis omzetten in een marktrijp product waar de industrie belangstelling voor heeft, is natuurlijk nog leuker.”

BESTE FOCUSPUNT
Vanwege de verkenning richting markt werd het tijd om andere kennis aan boord te halen. Via de TU Delft diende Frank van Doesum zich aan, die onlangs is afgestudeerd als industrieel ontwerper. Frank van Doesum: “Ik was al een tijdje op zoek naar een mogelijkheid om een onderneming op te zetten met een mooie business case. De oproep van Paul vond ik heel interessant en toen we kennismaakten, bleek al snel dat we op één lijn zaten en dat we elkaar qua kennis en ervaring erg goed kunnen aanvullen. Het gaat er nu om dat we een eerste product willen gaan neerzetten dat de uitdagingen in de markt adresseert.Hierbij richten we ons op het verbeteren van de kwaliteitscontroles die veel oppervlaktebehandelaars en verf- en chemieproducenten momenteel uitvoeren op het gebied van corrosiebescherming.” Paul Denissen: “Twee jaar geleden hadden we het nog over een 3D-geprinte elektrochemische cel om elektrochemische signalen te koppelen aan optische waarnemingen. Die waarnemingen waren nodig om het elektrochemische signaal uit te leggen. Nu zien we dat we in de meeste gevallen met optische inspectie minimaal dezelfde, maar vaak meer informatie kunnen krijgen dan met elektrochemische metingen die in de uitvoering redelijk complex zijn. We verwachten dat we in veel gevallen de elektrochemische metingen niet meer nodig hebben en dat we puur en alleen met de optische methode alle veranderingen in de tijd met grote nauwkeurigheid kunnen monitoren. Wij richten ons nu louter op een geautomatiseerd systeem met camera’s en andere optische metingen, om daarmee nauwkeurig een objectief beeld te krijgen van corrosie en om de kwaliteit van oppervlaktebehandelingen makkelijker te begrijpen. Daarnaast is deze manier van inspectie hopelijk minder tijdrovend dan een visuele inspectie door de kwaliteitscontroleur en heb je daarmee eerder bruikbare informatie beschikbaar dan met de huidige methodes.”

Voorbeeld hoe een beschermende coating visueel gemonitord kan worden

Optische data van een beschadigde coating (TU Delft logo) na het onderdompelen in een zoutoplossing waarbij over de tijd verschillende corrosie- en inhibitieprocessen plaatsvinden (de letters T en U). Schaal geeft 1 mm weer.

PROTOTYPE
Frank van Doesum: “Die informatie kan zich bijvoorbeeld richten op de toegepaste corrosie-inhibitoren, maar ook op de voorbehandelingen en aangebrachte conversielagen. Hoe goed zijn die uitgevoerd of aangebracht? In de productielijn is het essentieel om continu de kwaliteit te blijven testen. Bovendien zijn er veel kwaliteitstesten die tijdens het R&D-proces worden toegepast om de oppervlaktebehandeling zo goed mogelijk te maken. Voor deze situaties zijn wij dus deze nieuwe, geautomatiseerde techniek aan het ontwikkelen. De arbeidsintensieve handelingen om de kwaliteit te toetsen worden dan tot een minimum gereduceerd. Daardoor zorgt deze techniek dus voor tijdswinst in de kwaliteitscontrole en leidt het tot betere, meer objectieve inzichten over de kwaliteit van het product. Het gaat er nu om een goed werkend prototype van onze techniek neer te zetten, om daarmee de eerste testfase bij bedrijven uit te voeren en als die testen succesvol zijn, toe te werken naar een schaalbaar product.”

Klanten worden in eerste instantie gezocht bij oppervlaktebehandelaars en bij verf- en chemieproducenten die graag de kwaliteit van hun producten willen waarborgen op een zo effectief en efficiënt mogelijke manier. Geïnteresseerde bedrijven kunnen via www.correlimage.com meer informatie aanvragen.
Bedrijven kunnen zich ook via deze website aanmelden om toegang te krijgen tot de bètaversie van de techniek.

Meer informatie:
www.correlimage.com

Reacties