Vaurioselvityksen teko Dosentti Jari Aromaa Aalto-yliopisto, Materiaalitekniikan laitos Korroosio ja hydrometallurgia

VAURIOSELVITYKSEN TEKO Vaurioanalyysin työtapoja. Työskentely vajaan ja epätarkan lähtöaineiston varassa. Johtopäätösten teko MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO ”Salapoliisitehtävä” –On tapahtunut rikos (vaurio), joka on selvitettävä –Epäilty (syy vaurioon) joskus heti tiedossa joskus vaikea tai mahdotonta selvittää –Tuomiota varten on saatava pitävät todisteet paikan päällä tehtävät tutkimukset laboratoriotutkimukset –Syyllisen löytäminen (syy vaurioon) –Tuomio = vaurion estäminen jatkossa tai muu tilanteen korjaaminen MT

HOPEALUSIKAN VAURIO Ongelma: pinta kuoriutunut osin pois MT

HOPEALUSIKAN VAURIO Lusikkaa käytetty noin 5 vuotta yhteensä noin 10 kertaa. –Viimeisin käyttö ollut kahvikutsuilla, joiden jälkeen astiat jääneet likoamaan Fairy-tiskiveteen. Astiat ovat olleet tiskialtaassa yön yli. Kaikissa lusikoissa ei vaurioita, mutta niissä joissa oli, vaurio samanlainen ja jokaisessa lusikassa vain yksi vauriokohta Kaikki vauriot lusikkaosassa, ei kahvassa. Lusikat mahdollisesti olleet myös lasten käytössä, mutta eivät leikeissä. Lusikoita pesty aiemmin myös tiskikoneessa, mutta vastaavaa vauriota ei ole ennen havaittu MT

HOPEALUSIKAN VAURIO Lusikan leimat: –Kupariseostettua hopeaa (Kultateollisuus Oy) –Chippendale-merkkinen ja leiman R8 mukaan se on valmistettu vuonna 1994 –Lusikan valmistusprosessissa hopealusikan pinnoittaminen sähköisesti (elektrolyysi?) hopealla kuparioksidista (seosaine) aiheutuvien värivirheiden peittämiseksi ja kiillon parantamiseksi –Vaurioituneesta lusikasta on kuoriutunut hopeapinnoitus Syy –Lusikka ollut kontaktissa ruostumattoman teräksen kanssa –hopea katodina, rst anodina, katodilla vedynkehitys, joka irrottanut pinnotteen MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 1.Älä tee mitään 2.Vaurion tapaushistorian selvitys 3.Tutkimus tapahtumapaikalla 4.Näytteenotto tapahtumapaikalla 5.Laboratoriotutkimukset 6.Mikroskopia 7.Analyysit 8.Johtopäätökset ja suositukset MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 1.Älä tee mitään (ainakaan radikaalia) –Tutki vauriota visuaalisesti (valokuvat). –Kaikki vaurion syntymisen jälkeen “todisteisiin” vaikuttavat toimenpiteet selvitettävä. –Ennen kuin vaurioituneesta osasta/laitteesta otetaan näytekappale tai tehdään kokeita, jotka saattavat tuhota vaurioon johtaneita seikkoja, kerätään kaikki mahdollinen tieto vaurio-olosuhteista. –Mieti mitä tutkimuksia teet MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO Ensimmäinen oletus vaurion syystä voidaan tehdä vaurion ulkonäön perusteella. “The eight forms of corrosion” Oletukset ohjaavat vaurioselvityksen tekemistä, esimerkiksi mitä tutkimuksia aiotaan tehdä. Jos alkuoletus on pahasti pielessä ja näytteet tuhotaan tutkimuksissa niin syy voi jäädä selvittämättä. Ensimmäinen pohdinnan paikka on siis, voiko kokemusten perusteella olettaa, että kyseinen korroosiovaurio voi tapahtua kyseisessä korroosioympäristössä oletetun ajan kuluessa MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 2.Vaurioituneen osan “historian” selvitys –Ympäristö, jossa vaurioitunut kappale on ollut. –Vaurioon voi vaikuttaa myös vastavirrassa esiintyvät olosuhteet. –Onko vaurioitunut osa ollut jatkuvassa upotuksessa vai ei. –Lämpötilan ja sen muutosten selvitys. –Kemiallisten tekijöiden vaihtelut tärkeitä, usein vaurion syynä jokin tavallisuudesta poikkeava tekijä. –Rakennepiirustukset sekä materiaali- ja valmistusspesifikaatiot on usein syytä tutkia. Kiinnitä huomiota muutoksiin. –Puuttuvia tietoja voi saada käyttöhenkilökunnalta tai prosessin seurannan lokeista. –Usein vain pieni osa kaikesta tiedosta on mahdollista saada tai saatu tieto on epävarmaa tai epätarkkaa MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 3.Tutkimus tapahtumapaikalla –Vauriokohta tutkitaan visuaalisesti käyttäen tarvittaessa suurennuslasia tms. –Tutkitaan myös alueet vaurion lähettyviltä sekä ne systeemin komponentit, jotka ovat voineet vaikuttaa vaurion syntyyn (mikäli vaurio on tapahtunut virtaavassa liuoksessa tai kaasussa, voi vaurion syy olla kaukanakin itse vauriokohdasta). –Valokuvaus on syytä tehdä, kuvista voidaan nähdä jälkeenpäin sellaista, jota ei ole osattu aluksi etsiä. –Esim. korroosiotuotteiden tunnistaminen väreistä MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 4.Näytteenotto paikan päällä –Näytteenotto suunniteltava vauriosta jo saadun tiedon perusteella. –Otettava näyte ympäristöstä, jossa vaurioitunut kappale on ollut (mikäli mahdollista). –Usein on syytä ottaa näyte vaurioitumattomasta materiaalista vauriokohdan lähettyviltä, jolloin voidaan näytteitä verrata keskenään. –Vertailu voidaan tehdä myös uuteen, käyttämättömään osaan tai materiaaliin MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 4.Näytteenotto paikan päällä –Näytteenotto sekä vaurioituneesta materiaalista että mahdollisista korroosiotuotteista vaatii huolellisuutta. Näytteenotto on tehtävä niin, ettei “todisteita” vauriosta tuhota tarpeettomasti. –Usein näyte polttoleikataan. Tällöin on otettava riittävän suuri pala, jotta lämpötila ei aiheuta muutoksia metallin rakenteessa. Samaa koskee laikalla leikkaamista. Jäähdytys- tai voiteluaineita ei tulisi käyttää, koska ne likaavat näytettä. –Näytteet on kuljetettava jatkotutkimuksiin niin, etteivät ne likaannu MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 5.Laboratoriotutkimus –Riippuu siitä, onko tutkimus paikanpäällä tehty ja mitä siitä saadut tiedot kertovat. –Jos vaurion tapahtumapaikalle ei ole tehty tutkimusta, vaurion selvitystä auttaa kirjattu tieto vaurioituneesta kappaleesta ja siihen vaikuttaneesta ympäristöstä. –Näyte tai valokuvat vaurioituneesta kappaleesta (sekä vaurioitumattomasta). –Näyte (esim. liuosnäyte) ympäristöstä, jossa vaurio on tapahtunut MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 5.Laboratoriotutkimus –Kaikki kokeet ja mittaukset on näytteille tehtävä niin, että saadaan mahdollisimman paljon tietoa ennen kuin näytettä vaurioitetaan tai se tuhotaan. –Koko tutkimuksen aikana on pidettävä tarkkaa kirjaa siitä mitä on tehty ja mitkä ovat tulokset. –Valokuvaus tallentamaan kokeiden tuloksia –Ensimmäiseksi näytteet tarkastetaan visuaalisesti; tarvittaessa esim. mikroskoopilla. –Tarkastelussa selvitetään vaurion laajuus, vaurioituneen alueen ulkonäkö ja väri, rakenne ja pintaan mahdollisesti jääneen aineksen määrä MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 6. Mikroskooppitutkimus –Valo- ja elektronimikroskoopilla voidaan tarkastella vaurioituneesta pinnasta pieniä yksityiskohtia, mikrorakennetta, korroosiovaurioita. –Puhdistetulta pinnalta voidaan nähdä poikkileikkauksessa nähdä esim. pistekorroosion ja jännityskorroosion aiheuttamat syöpymät sekä mahdolliset muut mekanismit kuten esim. Eroosio. –Mikäli valomikroskoopin suurennus ei riitä, käytetään pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM). –Usein on syytä olla poistamatta korroosiotuotteita. Näyte voidaan valaa esim. epoksiin ennen hiontaa ja kiillotusta MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 7. Kemialliset analyysit –Elektronimikroskoopilla saadaan aalto- ja energiadispersiiviset alkuaineanalyysit. Ei kykene analysoimaan kevyimpiä alkuaineita. –Röntgendiffraktometrialla saadaan määritettyä yhdisteet. Ei kykene määrittämään pitoisuuksia. –Metallianalyysit, oliko sitä materiaalia mitä piti. –Sakat voidaan joskus analysoida liuottamalla ne. –Liuosanalyysit on syytä tehdä aina nopeasti: pH, johtokyky, redox-potentiaali, sameus, sakat, liuenneet aineet. –Korroosionopeusmittaukset MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko –Pura tapaus yksityiskohtiin teorian ja havaintojen perusteella, materiaali, ympäristö, korroosiomuoto. –Mitkä tekijät näistä ovat olennaisia. –Selvitä niiden merkitys korroosion kannalta. –Antavatko nämä selvitykset vastauksen siihen mitä tapahtui. –Jos antavat niin tapaus on ratkaistu. –Jos eivät niin palaa yksityiskohtien tarkasteluun MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko (tavanomaiset syylliset): –Yleinen korroosio: Voiko tapahtua tutkitussa korroosiojärjestelmässä havaitulla nopeudella ja jos ei, selittyykö lämpötilan, pH:n tai jonkin liuenneen aineen pitoisuuden muutoksella. –Galvaaninen korroosio: Onko kaksi eri materiaalia, joista epäjalompi on syöpynyt ja onko korroosio liitoskohdan lähellä. –Eroosiokorroosio: Onko virtausnopeus niin suuri, että eroosio on mahdollista, onko näytteessä eroosioon viittaavia kulumisjälkiä, onko vauriopaikka sellainen, jossa virtaus häiriintyy MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko (tavanomaiset syylliset): –Pistekorroosio: Onko pistemäisiä vaurioita saostumien alla ja jos on niin onko materiaalilla tiedetty taipumus tällaiseen korroosioon. Jos materiaali on ruostumaton, alumiini tai muu passivoituva metalli niin ovatko vauriot rakenteen alaosassa ja onko tiedossa lämpötilan, kloridipitoisuuden tai redox—potentiaalin kasvua. –Rakokorroosio: Onko vaurio raossa tai saostuman alla ja onko tiedossa lämpötilan, kloridipitoisuuden tai redox-potentiaalin kasvua MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko (tavanomaiset syylliset): –Raerajakorroosio: Ovatko raerajat syöpyneet tai onko tapahtunut kerroskorroosiota. Onko ympäristö sellainen, että voi aiheuttaa näitä korroosiomuotoja, happamuus, redox, lämpötila. –Valikoiva liukeneminen: Onko vauriokohdan analyysissä havaittavissa metallin koostumusmuutoksia. Onko ympäristö sellainen, että se voi johtaa valikoivaan liukenemiseen MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko (tavanomaiset syylliset): –Jännityskorroosio, korroosioväsyminen: Onko havaittavissa pinnalta tai poikkileikkauksessa murtumia. Onko materiaalilla taipumusta näihin korroosiomuotoihin kyseisessä ympäristössä. Onko pinnalta analysoitu haitallisten aineiden poikkeavan korkeita pitoisuuksia. Onko rakenne sellainen, että siihen voi tulla vetojännitys tai vaihtokuormitus. –Vetyhauraus: Onko havaittavissa murtumia tai kuplia pinnalla. Onko ympäristö hapan tai rikkiä sisältävä niin, että vetyä voi kehittyä. Onko mahdollista, että rakenne on ulkoisen virran takia katodi MT

VAURIOSELVITYKSEN TEKO 8.Johtopäätösten teko –Tapaus on ratkaistu kun voidaan aikaisempiin kokemuksiin ja tehtyihin tutkimuksiin nojaten todeta, että kyseinen materiaali voi kyseisessä korroosioympäristössä tuhoutua havaitun korroosiomekanismin mukaan oletetussa ajassa. –Jos materiaali ja ympäristö ovat olleet oletusten mukaisia ja korroosio on tapahtunut liian pian niin materiaali on valittu väärin. –Jos materiaali ei ole ollut mitä piti niin syy lienee tässä. –Jos ympäristö on muuttunut ja johtanut vaurioon niin on syytä vielä selvittää miksi ympäristö muuttui, oliko suunniteltu prosessimuutos, häirio vai mitä MT