TECHNISCHER BERICHT 83-17 - Nagradefault… · RESUME Lors du stockage définitif de déchets...

Nagra Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfãlle

Cédra Société coopérative nationale pour I' entreposage de déchets radioactifs

Cisra Società cooperativa nazionale per I'immagazzinamento di scorie radioattive

TECHNISCHER / BERICHT 83-17

Korrosionsverhalten von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen in verschiedenen Medien im Anhydrit- und Gipsbergwerk Felsenau/AG

D. Laske K. H. Wiedemann Oktober 1983

Eidg. Institut für Reaktorforschung, Würenlingen

Parkstrasse 23 5401 Baden/Schweiz Telephon 056/205511

Der vorliegende Bericht wurde im Auftrag der Nagra erstellt.

Die Autoren haben ihre eigenen Ansichten und Schlussfolge

rungen da.rgestellt. Diese müssen nicht unbedingt mit den

jenigen der Nagra übereinstimmen.

Le présent rapport a été préparé sur demande de la Cédra.

Les opinions et conclusions présentées sont celles des

auteur et ne correspondent pas nécessairement à celles

de la Cédra.

This report was prepared as an account of work sponsored

by Nagra. The viewpoints presented and conclusions reached

are those of the author(s) and do not necessarily represent

those of Nagra.

NAGRA NTB 83-17 - I -

ZUSAMMENFASSUNG

Bei der End1agerung von schwach- und mitte1aktiven Abfa11en in geo1ogischen

Formationen wird vom Beha1terwerkstoff eine gute Langzeitkorrosionsbestandig

keit gegen Medien von aussen wie auch gegen die Verfestigungsmatrix von innen

verlangt. Als Endlager für solche Abfã1le werden u.a. Anhydrit-Lagerstatten in

Erwagung gezogen.

Blech- bzw. P1attenproben von 14 meta11ischen und 8 nichtmeta1lischen Werk

stoffen wurden in einem Sto11en im Anhydrit- und Gipsbergwerk FelsenaujAG

wahrend 5 Jahren auf ihre Bestandigkeit in Stollenatmosphare, Anhydrit

pulver, Gipspu1ver, Gips und Zement getestet.

In allen angewendeten Medien ist von den untersuchten meta1lischen Werk

stoffen nur rostfreier Chrom-Nickel-Stahl korrosionsbestandig. Verzinktes

und verzinntes Eisenblech sowie Reina1uminium und Aluminium1egierungen

sind nur in Stol1enatmosphare korrosionsbestandig, verbleites Eisenb1ech

darüber hinaus noch in Zement. A1uminium wird in Zement aufge16st.

Blankes Eisenb1ech korrodiert stark. Die untersuchten nichtmetallischen

Beschichtungen (Lacke, Einbrennlacke, Einbrennharze) b1attern in den ange

wendeten Medien zum Tei1 schon nach einem Jahr ab und bieten daher für

Eisenb1ech keinen Korrosionsschutz.

An den untersuchten 8 Kunststoffen (6 ohne, 2 mit G1asfaserverstarkung) wurde

nach fünfjahriger Lagerung kein Einfluss der verschiedenen Medien beobachtet.

NAGRA NTB-83-17 - 11-

RESUME

Lors du stockage définitif de déchets radioactifs dans des formations géolo

giques, le matériau constituant le conteneur doit faire preuve d'une bonne

résistance à la corrosion à long terme provoquée par le milieu extérieur

aussi bien que par la matrice de solidification à l'intérieur. Comme dépôts

définitifs pour les déchets à faible et à moyenne activité, on considère

entre autres des gisements d'anhydrite.

Des éprouvettes de tôles et de plaques de 14 matériaux métalliques et de 8

matériaux non métalliques ont été testées pendant 5 ans dans une galerie de

la mine d'anhydrite et de gypse de FelsenaujAG, pour en contrôler la sta

bilité envers l'atmosphère de la galerie, la poudre d'anhydrite, la poudre

de gypse, le gypse et le ciment.

Parmi tous les matériaux métalliques soumis au test, seul l'acier inoxydable

au chrome et nickel s'est montré résistant à la corrosion dans tous les

milieux. La tôle de fer zinguée ou étamée ainsi que l'aluminium pur et les

alliages d'aluminium ne résistent à la corrosion qu'envers l'atmosphère de

la galerie; la tôle de fer plombée resiste en plus au ciment. L'aluminium

est dissout dans le ciment.

La tôle de fer nue se corrode fortement. Dans les milieux considérés, des

couches non métalliques en laque, laque au feu ou résine synthétique commence

ment à se peler déjà après une année~ Pour les tôles de fer, ces laques n'offrent

donc aucune protection contre la corrosion.

En ce qui concerne les 8 matériaux synthétiques considérés (6 sans et 2 avec

armature de fibres de verre), aucune influence des différents milieux n'a pu

être constatée après 5 ans de stockage.

NAGRA NTB 83-17 - III -

SUMMARY

The final underground disposal of radioactive waste necessitates container

materials with a good long-term resistance against corrosion from both

external agents and the solidification matrix inside. For low- and medium

level active waste, repositories in anhydrite sites, among others, are

under consideration.

Sheet and plate samples from 14 metallic and 8 non-metallic materials have

been tested for 5 years in a tunnel in the Anhydrite and Gypsum Mine

Felsenau/AG for their corrosion resistance in the tunnel atmosphere,

anhydrite powder, gypsum powder, gypsum, and cement.

From the metallic materials tested, only chromium-nickel steel is corrosion

resistant to all the media present. Zinc plated and tin plated iron sheet

as well as aluminium and aluminium alloys are corrosion resistant only in

the atmosphere of the tunnel, and lead plated iron sheet is resistant

also in cement. Aluminium is dissolved in cement.

Uncovered iron sheet undergoes severe corrosion. The non-metallic coatings

tested (laquer, stove laquer, or synthetic resins) partially flake off

already after one year's testing and are therefore not appropriate for

iron sheet corrosion protection.

No influence of the different media has been observed after 5 years on the

8 plastic materials tested (6 without, and 2 with glass fibre reinforcement).

NAGRA NTB-83-17 - IV -

An der vorliegenden Arbeit waren folgende Stellen beteiligt:

EIR, Abteilung Chemie

Versuchsplanung; Herstellung, Einbau, Kontrolle und Ausbau der proben

EIR, Abteilung Metallurgie

Korrosionsuntersuchungen

EMPA Dübendorf

Erichsen-Tiefungsprüfungen

NAGRA NTB 83-17 - V -

INHALT

l. Einleitung

2. Werkstoffe, Probenforrn und -anordnung

3. Exponierungsarten

4. Untersuchungen und Ergebnisse

4.1 Metallische Werkstoffe

4.2 Nichtmetallische Werkstoffe

Tabellen

I Metallische Proben ohne und mit Beschichtungen

11 proben aus Kunststoffen

111 Korrosionsverhalten von unbeschichteten und

beschichteten Eisenblechen

IV Korrosionsverhalten von Blechen aus rostfreiem Stahl

und aus Alurniniumlegierungen

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NAGRA NTB 83-17

zum INHALT

Bilder

1.1. - 1.5.

2.1. - 2.5.

3.3. - 3.5.

4.1 4.5.

5.1. - 5.5.

6.1. - 6.5.

7.1. - 7.5.

8.1. - 8.5.

9.2. - 9.5.

10.2.

12.2. - 12.4.

13.2. - 13.4.

14. l. - 14.4.

15.

- VI -

Eisenblech, dekapiert

Eisenblech, einbrennlackiert

(Polyurethanbasis)

Eisenblech, lackiert (Epoxiharzbasis)

Eisenblech, lackiert (Bleimennige +

Eisenglimmer; Chlorkautschukbasis)

Eisenblech mit Einbrennharzschicht

Eisenblech, verzinkt

Eisenb1ech, verzinkt und einbrennlackiert

Eisenblech verzinnt

Eisenb1ech, verbleit

Rostfreier Stahl AISI 304 (X5 CrNi 18 9)

pera1uman 25 R

Anticorodal, halbhart

Reinaluminium, eloxiert

Eisenblech ohne und mit metallischen

Beschichtungen in verschiedenen Medien.

Seite ---

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Gewichtsverluste durch Korrosion über der Zeit 30

NAGRA NTB 83-17 - l -

l. EINLEITUNG

Die Sicherheit eines Endlagers rnuss durch ein Mehrfachbarrierensystern

gewahrleistet sein, welches radioaktive Stoffe von der Biosphare fern

halten soll. Das Wirtgestein und dessen Ueberdeckung bilden die geolo

gischen Barrieren, wahrend die Abfallrnatrix, der Matrixbehalter und das

Verfüllrnaterial zwischen Behalter und Wirtgestein zu den technischen

Barrieren gehoren. Je unbekannter die geologischen Verhaltnisse urn den

Lagerort sind, urnso sicherer rnüssen die technischen Barrieren sein. Das

Behalterrnaterial soll daher eine rnoglichst gute Korrosionsbestandigkeit

gegen Medien von aussen wie auch gegen die Matrix von innen haben.

Schwach- und rnittelaktive Abfalle (SAA und MAA), die in geologischen For

rnationen endgelagert werden sollen, werden in einer in Wasser nicht oder

schwer loslichen Matrix verfestigt, z.B. in Zernent. Bei jeder Art von

Verfestigung werden die noch plastischen Massen in Behalter gefüllt oder

in diesen .zubereitet, in denen sie dann erharten.

Als Endlager für SAA und MAA werden u.a. Anhydrit-Lagerstatten in Erwagung

gezogen. Auf Veranlassung der "Arbeitsgruppe Anhydrit" der NAGRA wurde 1977

ein prograrnrn gestartet, in dern das Langzeitkorrosionsverhalten von 22 Be

halterwerkstoffen aus unbeschichteten und beschichteten Metallen und aus

Kunststoffen in einern Stollen irn Anhydrit- und Gipsbergwerk Felsenau/AG

getestet werden sollte. Es wurden Exponierungszeiten von l, 2, 5, 10 und

20 Jahren vorgesehen. Irn vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse der

Untersuchungen nach Exponierungszeiten bis zu 5 Jahren rnitgeteilt.

NAGRA NTB 83-17 - 2 -

2. WERKSTOFFE, PROBENFORM UND -ANORDNUNG

Es wurden 22 Werkstoffe getestet:

9 Varianten Eisenbleeh (dekapiert*; laekiert; einbrennlaekiert; ver

zinkt und einbrennlaekiert; verzinnt; verbleit)

2 rostfreie Stahle (unbesehiehtet)

3 Aluminiumlegierungen (2 unbesehiehtet, l eloxiert)

6 Kunststoffe

2 glasfaserverstarkte Kunststoffe (GFK)

In den Tabellen I und II sind die Werkstoffe eharakterisiert.

Die Werkstoffproben waren meist l mm dieke Bleehe bzw. Platten, 10 x 30 em2 .

Die frei im Stollen aufzuhangenden proben hatten ein Aufhangeloeh an einer

Sehmalseite. Sie wurden satzweise an Bügeln aus rostfreiem Stahl aufgehangt.

Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion mit den metallisehen Proben waren die

Bügel mit einem Polyethylensehlaueh überzogen und die Abstandshalter zwi

sehen den proben bestanden ebenfalls aus Polyethylen. Der Probenabstand

war jeweils l 'em.

* Dekapieren: Beseitigung von Anlauffilmen oder dünnen Sehiehten naeh Lagern

an Luft als Vorbehandlung vor Besehiehtungen.

NAGRA NTB 83-17 - 3 -

3. EXPONIERUNGSARTEN

Entsprechende Probensatze der verschiedenen Werkstoffe wurden folgender-

massen exponiert:

o l. In Stollenatmosphare frei hangend (Temperatur im Stollen: 9 .•• 13 C;

60 % relative Luftfeuchtigkeit)

2. In Anhydritpulver gesteckt (Felsenau, Kornung < 0.5 mm)

3. In Gipspulver gesteckt (FeLsenau, Kornung < 0.5 mm)

4. In Gips eingegossen (Gips Union, "Lentolit Maschinenputz")

5. In Zement eingegossen ("Sulfazem")

Die Medien der Exponierungen 2. - 5~ befanden sich in offenen Polyethylen

Gefassen. Für jede Variante (Werkstoff; Exponierungsart; Zeit) wurden je

weils 3 Proben eingesetzt.

Von allen Werkstoffen wurde eine Anzahl Proben für Vergleichsmessungen im

EIR an Zimmerluft aufbewahrt.

NAGRA NTB 83-17 - 4 -

4. UNTERSUCHUNGEN UND ERGEBNISSE

4.1 Meta11ische Werkstoffe

Um Korrosionsangriffe am Meta11 bzw. Veranderungen der Beschichtungen er

kennen und charakterisieren zu kõnnen, wuiden an den Proben haftende Schich-

ten der festen Medien sowie a11fa11ige Korrosionsprodukte mechanisch oder

chemisch-mechanisch so entfernt, dass die zu beurtei1ende Probenoberf1ache

nicht zusatz1ich angegriffen wurde.

Die Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen sind in den Tabe11en 111 und IV

zusammengeste11t. Darin sind die Art des Korrosionsangriffes und der, zustand

der Beschichtungen vermerkt. Typische Ste11en der Probenoberflachen und

Probenquerschnitte sind zur I11ustration des Korrosionsangriffs in den

Bildern 1.1 bis 14.4 wiedergegeben. Diese Bildnummern sind ebenfalls in

den Tabellen 111 und IV aufgeführt.

2 In den Tabellen 111 und IV sind ferner in K1ammern die Metallverluste (mg/cm )

angegeben. Die Ermitt1ung dieser Gewichtsver1uste durch Korrosion war nur

sinnvo11 an B1echproben ohne nichtmeta11ische Beschichtungen, narn1ich an

dekapiertem Eisenb1ech (Kenn-Nr. l)

verzinktem Eisenb1ech (Kenn-Nr. 6)

verzinntem Eisenb1ech (Kenn-Nr. 8)

Für diese drei Werkstoffe sind die Gewichtsverluste über der Zeit in den

Bi1dern 15a bis e aufgetragen.

Bei den Meta11verlusten handelt es sich nicht um einen gleichmassigen Flachen

abtrag, sondern um Mu1denkorrosion bzw. Lochfrasskorrosion (LFK). Die Zah

lenwerte der Gewichtsver1uste reprasentieren daher das Ausmass der rnu1den-

bzw. lochfõrmigen Korrosionen als Integra1 über der probenoberf1ache (vg1.

Bi1der 1.2 bis 1.4; 6.2 bis 6.5; -8.2 bis 8.4).

NAGRA NTB 83-17 - 5 -

Erwartungsgemass ist an unbesehiehtetem Eisenbleeh der Korrosionsangriff

arn grossten, wobei Gips am starksten und die Stollenatmosphare naeh Zement

arn wenigsten aggressiv wirken (Bild l5a). Dureh eine Verzinkung oder eine

Verzinnung wird der Korrosionsfortsehritt nur verzogert, weil aueh Zink

und Zinn von den betreffenden Medien (ausser von der Stollenatmosphare)

angegriffen werden (Bilder l5a und b).

Aueh eine Bleisehieht vermag Eisenbleeh nieht in allen Medien zu sehützen;

in Anhydritpulver, Gipspulver und Gips findet eine Loehfrasskorrosion an

der Bleisehieht und als Folge aueh eine solehe am darunter liegenden Eisen

bleeh statt. Die Bleisehieht erwies sieh nur gegenüber der Stollenatmosphare

und Zement wahrend 5 Jahren als bestandig (s. Tabelle 111, Kenn-Nr. 9 und

Bilder 9.2 bis 9.5) und dürfte aueh darüber hinaus für sehr lange Zeiten

einen sieheren Korrosionssehutz für Eisenbleeh bieten, sofern sie meehaniseh

nieht verletzt wird.

Die auf Eisenbleeh applizierten niehtmetallisehen Besehiehtungen wie Laeke,

Einbrennlaeke und Kunstharze sowie die Einbrennlaekierung auf verzinktem

Eisenbleeh beginnen sieh praktiseh in allen Medien meist sehon naeh 1- 2 Jah-

ren mehr oder weniger stark vom Bleeh zu losen und ermogliehen dadur eh eine

Korrosion des darunter liegenden Metalls (s. Tabelle 111, Kenn-Nr. 2, 3, 4,

5 und 7 sowie Bilder 2.1 bis 2.5; 3.3 bis 3.5; 4.1 bis 4.5; 5.1 bis 5.5;

7.1 bis 7.5). Das Loslosen dieser Besehiehtungen vom Bleeh beginnt an den

Bleehkanten*.

Dieser Befund sehliesst natürlieh nieht aus, dass es andere Typen oder Arten

von niehtmetallisehen Besehiehtungen gibt, die in den untersuehten Medien

einen sieheren Korrosionssehutz auf Eisenbleeh gewahrleisten.

* Im Versuehsprogramm war die Prüfung der niehtmetallisehen Besehiehtungen auf Eisenbleeh mittels Eriehsentiefung vorgesehen, um eine mogliehe Versprodung unter der Einwirkung der Medien zu erfassen. Da diese Besehiehtungen aber sehon deshalb keinen Korrosionssehutz gewahrleisten, weil sie sieh vom Bleeh losen, ist somit die Versprodung der Sehiehten als Kriterium für ihre Korrosionssehutzwirkung nieht relevant.

NAGRA NTB 83-17 - 6 -

Die beiden untersuchten rostfreien Stahle AISI 304 und AISI 316 zeigen

nach 5 Jahren in allen Medien keinerlei Korrosion (s. Tabelle IV, Kenn

Nr. 10 und 11), mit einer Ausnahme: Nach 5 Jahren wurde an einem Proben

blech aus AISI 304 in Anhydritpulver an einer einzigen Stelle Lochfrass

korrosion festgestellt (Bilder 10.2a und b). Dies ist wahrscheinlich auf

die Einwirkung von chloridhaltigem Tropfwasser zurückzuführen. Wahrend

rund einem Monat war der Verschlussvorhang vor dem Stolleneingang defekt,

so dass aus anderen Teilen des Grubenbaues Feuchtigkeit in den Stollen

eindringen konnte, wo sie an der Stollendecke kondensierte und NaCl leste,

welches in fast jedem natürlichen Anhydritgestein enthalten ist. Es ist

bekannt, dass chloridhaltige Lesungen an Chrom-Nickel-Stahlen Lochfrass

korrosion verursachen.

Die Leichtmetallwerkstoffe Peraluman 25 R, Anticorodal und eloxiertes Rein

aluminium sind erwartungsgemass nur in der Stollenatrnosphare nicht kor ro

diert worden. In Anhydritpulver, Gipspulver und Gips tritt die für Alu

minium und seine Legierungen typische Lochfrasskorrosion auf, wahrend in

Zernent die Bleche schon nach einem Jahr fast vollstandig in Aluminium

hydroxid umgewandelt wurden (s. Tabelle IV, Kenn-Nr. 12 bis 14 sowie Bilder

12.2 bis 14.4).

Die Brauchbarkeit eines korrosionsanfalligen Metalls mit irgendeiner Art

von Oberflachenbeschichtung als Behaltermaterial ist danach zu beurteilen,

ob die Schicht gegen das betreffende Medium resistent ist oder nicht. Weist

die Schicht nach z.B. 5 Jahren auch nur kleine oder wenige Defekte auf,

ist kein vollstandiger Korrosionsschutz des Metalls mehr gegeben, und das Mate

rial kann als Behalterwerkstoff für eine Langzeitlagerung nicht empfohlenwerden.

Bei unbeschichteten Metallen entscheidet natürlich die Korrosionsbestan

digkeit des Blechwerkstoffes selbst über die Brauchbarkeit als Langzeit

behalterwerkstoff.

Nach diesen Kriterien lassen sich die untersuchten Werkstoffe im Hinblick

auf ihre Eignung als Behaltermaterialien für eine Langzeitlagerung in den

verschiedenen Medien (Atmosphare in einem Anhydritstollen; Anhydritpulver;

Gipspulver; Gips; Zement) folgendermassen klassieren:

NAGRA NTB 83-17 - 7 -

A. In a11en Medien korrosionsbestandig:

- Rostfreier Chrom-Nicke1-Stah1

(sofern er nicht mit ch1oridha1tigem Wasser in Berührung kommt)

B. Nur in Atmosphare und Zement korrosionsbestandig:

- Verb1eites Eisenb1ech

C. Nur in Atmosphare korrosionsbestandig:

- Verzinktes, verzinntes und verb1eites Eisenb1ech

- Aluminium und A1uminium1egierungen

D. In a11en Medien nicht korrpsionsbestandig:

- Unbeschichtetes und mit nichtmeta1lischen Ueberzügen beschichtetes

Eisenb1ech.

Bemerkung zu B und C:

Eisenb1ech wird nur dann durch eine Zink-, Zinn- oder Bleischicht vor Korro

sion geschützt, wenn die Schicht nicht mechanisch ver1etzt wird. Dies dürfte

sich woh1 bei der Herste11ung, jedoch kaum beim Transport und der Einlagerung

von Beha1tern erreichen 1assen.

NAGRA NTB 83-17 - 8 -

4.2 Nichtmetallische Werkstoffe

Von den 8 untersuchten Kunststoffen (Tabe11e 11) waren nach 5 Jahren die

Proben aus

Po1ystyro1, weiss (Kenn-Nr. 17)

Acry1nitri1-Butadien-Styro1, weiss (Kenn-Nr. 18)

G1asfaserverstarktes Epoxiharz, ge1b-grün (Kenn-Nr. 21)

G1asfaserverstarkter Po1yester, grau-weiss (Kenn-Nr. 22)

in Sto11enatmosphare 1eicht dunk1er geworden. Ansonsten hatten sich die

medienexponierten Kunststoffproben gegenüber den Referenzproben im Aussehen

nicht verandert.

A11e Kunststoffproben wiesen nach 5 Jahren in den verschiedenen Medien Ge-2

wichtszunahmen von O 0.5 mgjcm (O ••• l %) auf. Diese geringen Gewichts-

zunahmen k6nnten auf ein geringes Quellen des Materials durch Wasseraufnahme

hindeuten; wahrscheinlich aber handelt es sich 1edig1ich um noch anhaftende

Reste von Anhydritpulver, Gipspu1ver, Gips oder Zement, die sich nicht voll

standig entfernen liessen.

Die Proben aus den 5 Kunststoffen ohne G1asfaserverstarkung wiesen sowoh1

bei der Ausgangsprüfung a1s auch nach l, 2 und 5 Jahren in den verschiedenen

Medien bei Erichsentiefungen von 8 ... 10 mm keine Risse auf.

An den Proben aus glasfaserverstarktem Epoxiharz brachen am Originalmateria1

bei Erichsentiefungen von ca. 2 mm G1asfasern aus. Die Werte sanken nach

5 Jahren bei Lagerung an Zimmerluft und in Sto11enatmosphare auf ca. 1.5 mm,

in Anhydritpu1ver, Gipspu1ver, Gips und Zement auf ca. l mm. Dies kann so

wohl auf eine normale Alterung als auch auf eine Verspr6dung des Epoxiharzes

durch die aggressiven Medien zurückgeführt werden.

Am glasfaserverstarkten Polyester wurde ein Ausbrechen von Glasfasern so

wohl am Origina1materia1 a1s auch nach fünfjahriger Lagerung in den verschie

denen Medien bei einer Erichsentiefung von ca. 1.5 mm beobachtet. Offenbar

NAGRA NTB 83-17 - 9 -

ist Po1yester gegen A1terung und gegenüber den verschiedenen Medien be

standiger a1s Ara1dit.

Aus den Untersuchungsergebnissen kann nicht auf eine wesent1iche Verande

rung dieser Werkstoffe durch die verschiedenen Medien wahrend der fünf

jahrigen Lagerung gesch10ssen werden.

NAGRA NTB 83-17 - 10 -

Tabe11e I Meta11ische Proben ohne und mit Beschichtungen

Kenn- Oberf1achenbehand1ung Gesamt-Grundmateria1

bzw. Nr. Beschichtung Schichtdicke *

l Eisenb1ech, l mm dekapiert -

2 Eisenb1ech, l mm 2xKS-Grund V1 149, grau 1xKC-Emai1 LF 2358, grün 0.110 + 0.015 mm (Po1yurethanbasis)

3 Eisenb1ech, l mm 2xUVEA-Grund V1 158, grau l"xStreicopox LF 7554, grau 0.20 + 0.02 mm (Epoxiharzbasis)

4 Eisenb1ech, l mm " 1xVMP-B1eimennige 111/71, rotbraun 2xCK-Eiseng1immerfarbe LF 7555, graugrün 0.120 + 0.012 mm -(Ch1orkautschukbasis)

5 Eisenb1ech, 1mm 2xSpezia1einbrenngrund V 77, rotbraun 1xSpezia1einbrennemai1 V1 1161 grau 0.10 + 0.01 mm -(Chemika1ienfeste Einbrenn-harze, 30 min/60

oC)

6 Eisenb1ech, l mm feuerverzinkt (Sendzimir) 0.020 + 0.002 rnrn

7 Eisenb1ech, l mm feuerverzinkt (Sendzirnir) -'

1xUVE-Einbrenn1ack V111/73, schattenschwarz 0.050 + 0.006 mrn (30 min/180

oC)

8 Eisenb1ech, 1mm verzinnt 0.012 + 0.001 mm -

9 Eisenb1ech, 1.5 mm verb1eit 0.013 + 0.003 mm -(B1eischicht:92%Pb,6%Sb,2%Sn)

10 Rostfr. Stah1 A1S1 304 - -(X5CrNi18 9) , l mm

11 Rostfr. Stah1 A1S1 316 - -(X5CrNiMo17 13) , l mm

12 Pera1uman 25 R, l mm - -(Al-2.5 Mg)

13 Anticoroda1, ha1bhart, - -(A1-Si-Mg) , 1mm

14 Reina1uminium, l mm E1oxa1schicht hart 0.08 + 0.01 mm -(Al 99.5 %)

*Mitte1werte und Streuungen aus je 3 Einze1bestimmungen

NAGRA NTB 83-17 - 11 -

Tabelle II Proben aus Kunststoffen

Kenn-Material Aufbau

Nr.

15 Polyathylen Niederdruck, hart,

extrudiert, schwarz; lmm

16 Polypropylen,

extrudiert, grau; lmm

17 Polystyrol, weiss; lmm

18 ABS

(Acrylnitril-Butadien-Styrol)

Lustropack-Folie 1020,

weiss; 0.7 rnrn

19 PVC hart,

extrudiert, grau; l rnrn

20 Polyvinylidenfluorid

IfSyrnalit-PVDF",extrudiert; l rnrn

21 Epoxiharz glasfaserverstarkt 50 Gew.% e-Glasrnatte rn 113 Gewetex

"Stesalit 4511", 36.5 Gew.% Epoxiharz Nr. Ly 556 Ciba

gelb-grün; l rnrn 13.5 Gew. % Harter Nr. Ht 976 Ciba

22 Polyester glasfaserverstarkt 50 Gew.% e-Glasrnatte rn 113 Gewetex

"Stesalit 1511", 49.5 Gew.% Polylite 8170 Reichhold Chernie

grau-weiss; l rnrn 0.5 Gew.% tbb-Harter Reichhold Chernie

.,; z I e e CD ~

1

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3

4

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9

Tabelle m. Korrosionsverhalten von unbeschichteten und beschichteten Eisenblechen Expo- 1 2 :3 4 5

Oberfllichen - nierung In Stollenotmosphore In Anhydritpulver In Gipspulver In Gips In Zement behondlung bzw.

..... Zeit,

beschichtu ng 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 Johre .....

Korro- Mulden- Mulden- Mul d enkorrosion O O (-0,65 ) korr. korr. (-32 ) (-62 ) (-82 ) (-1,6 ) dekopiert sion * n n (-25 ) n n (- 55) n n

Bi1d- Nr: 1.1. 1.2.a,b 1.3.0 j b 1.4. 1.5.

einbrennlackiert Korro - Schicht Sch.blCittert ob, Schicht bU:tttert o b, Schicht bl<1ttert ob, Schicht obgebltlttert, O O blOttert O sion * ob dorunter Korr. darunter Korrosion darunter Korrosion Probe Ko rrodie rt

(Polyurethanbasis) Bild-Nr. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5.

lackiert Korro - O O O O O O Schicht bltittert a b, Schicht bllittert a b, Schicht blOttert ob, sion * darunter Korros ion. darunter Korrosion darunter Korrosion

(Epoxiharzbasis) Bild-Nr. 3.3. 3.4. 3.5. lackiert Korro- Schicht lost Sch. bltlttert leicht ab, Schicht bltlttert ab, Schicht blêittert ob, Sch icht a bgeblattert, Blei mennige + O Eisenglimmer sion * sich etwas darunter Korrosion darunter Korrosion darunter Korrosion Probe Korrodiert ( Chlorkautschukbasisl Bild-Nr. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

Korro- Sch. blattert Schicht Sch. blêittert a b, Sch.blOttert ob Sch icht blattert a b, sion * O O O blattert O O

Ei nbrennho rz etwas ab ab darunter Korr. darunter Korr. darunter Korrosion Bild-Nr. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 1

Korro- Zn z. T. oelost j Zn z.T. oelost ; Zn aufoelost; Zn z:Ioelostj

verzinkt sion * O O O n Mulden korrosion n Muldenkorrosion n Muldenkorrosion n Muldenkorrosion 1(-14 ) (-28) (-43}J(-55) (- 5 ) I

Bild-Nr. 6.1.a,b 6.2.0-c 6.3.c,d 6.3.o,b 6.4. b 6.4. a 6.5.c 6.5.o,b I

verzinkt+ Korro- O ~~icht bltittert ab O Zn v.Schichtnoc~ O H::hlcht blãttert ab, Schicht bltittert a b, Schlcht und Zn fast sion * Zn intakt te i Iw. gesch üt zt darunter Korr. darunter Korrosion vollst. verschwunden

einbrennlackiert Bild-Nr. 7.1. 7. 2.a,b 7. 3. 7.4. 7.5. J

Korro- O O O O O L.ochkorr.

O O O O Lochkorrosion

O Sn aufgelost I

verzinnt sion * (-0,65 ) 1(-1,0) O (-8,9) Bild-Nr. 8.1. 8.2.a-c 8.4.a-d 8.5.0 8.5. b 8.5.c Korro- Loch- Loch- I

verbleit sion * O O O n n korr. n n korr. O Lochkorrosion O O O

Bild-Nr 9.2.0-c 9.2.a-c 9.4.a-c 9.5

~) n=nicht untersucht; 0= keine Korrosion; Zahlen in ( ) = Gewichtsverlust durch Korrosion,mg/cm2

(Mittelwerte aus 3 Proben; Streuung :!: 30% )

z ~ G) ~ :J::i

z ~ \]j

co w I

f-' --.J

f-' N

Tabelle IV Korrosionsverhalten von Blechen aus rostfreiem Stahl und aus Aluminiumlegierungen

Expo-l. 2. 3. 4 o

In Stollen-lo-l nierung In Anhydritpulver In Gipspulver In Gips z atmosphare I -+ e Material e (I) zeit, ~ l 2 5 l 2 5 l 2 5 l 2 5

Jahre -+

Korro- z o T. AISI 304 sion*

O O O O O Loch- O O O O O O 10 korr.

(X5CrNi 18 9) Bild-Nr. 10.2.a,b

Korro- O O O O O O O O O O O O AISI 316 sion* 11

(X5CrNiMo 17 13) Bild-Nr.

Korro-peraluman 25 R sion* O O O O Lochkorrosion Lochkorrosion Lochkorrosion

12 (Al-2 05 Mg) Bild-Nro 12.20a,b 12.3 1204

Anticorodal, Korro-sion* O O O O Lochkorrosion Lochkorrosion Lochkorrosion

13 halbhart (Al - Si - Mg) Bild-Nro 12.2.a,b 13030a,b 13.4

Reinaluminium, Korro- O O O O Lochkorrosion O Lochkorrosion O Lochkorrosion sion* 14 eloxiert

1~4.2.a,bl 14.4.a,b 114.4.C,d (Al 99.5 %) Bild-Nr. 1401 14.2.a,b ~ ~~ ..

* O keine Korrosion

5.

In Zement

l 2 5

O O O

O O O

Fast vollst. in Al (OH) 3 umgewandelt

"

"

I I

z ~ GJ

~ Z 1-3 to ro w I

I-' ....J

.1-' W

NAGRA NTB 83-17 - 14 -

l. Eisenblech, dekapiert; 5 Jahre

l.

In Stollenatmosphare

2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflachen mit Belag

Bild 1.1.

Bild 1.2.a

Bild 1.3.a

Bild 1.5.

Belag entfernt

1:1

1:1 Bild 1.2.b 6:1

1:1 Bild 1.3.b 6:1

Bild 1.4. 6:1

1:1

NAGRA NTB 83-17 - 15 -

2. Eisenblech, einbrennlackiert (Polyurethanbasis); 5 Jahre

l.

In Stollenatrnosphare

2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zernent

Oberf1achen

Bi1d 2.1. 1:1

Bi1d 2.2. 1:1

Bi1d 2.3. 1:1

Bild 2.4. 1:1

Bi1d 2.5. 1:1

NAGRA NTB 83-17

- 16 -

3. Eisenblech, lackiert (Epoxihar zbasis); 5 Jahre

l.


2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflachen

Beschichtung intakt,

Kante rostig

Bild 3.3.

Bild 3.4.

Bild 3.5.

1:1

1:1

1:1

NAGRA NTB 83-17 - 17 -

4. Eisenblech, lackiert (Bleirnennige + Eisenglirnrner; Chlorkautschukbasis)

5 Jahre

l.

In Stollenatrnosphare

2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflachen

Bild 4.1.

Bild 4.2.

Bild 4.3.

Bild 4.4.

Bild 4.5.

1:1

1:1

1:1

1:1

1:1

blanKes Eisen

~---+-

Rost Mennige-Rest (rot)

NAGRA NTB 83-17 - 18 -

5. Eisenblech mi t Einbrennharzschicht; 5 Jahre

l.


2.

In Anhydritpu1ver

3.

In Gipspu1ver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflachen

Bild 5.1. 1:1

Bi1d 5.2. 1:1

Bi1d 5.3. 1:1

Bi1d 5.4. 1:1

Bi1d 5.5. 1:1

NAGRA NTB 83-17

- 19 -

6. Eisenblech, verzinkt Oberf1achen und Querschnitte

l.


2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

Bild 6.1.a Oberflache; 5 Jahre

Bi1d 6.2.a Oberflache mit Belag; 5 Jahre

Bild 6.3.a Oberflache mit Belag; 5 Jahre

6:1

1:1

1:1

Bild 6.1.b

Querschnitt; 5 Jahre. Zinkschicht intakt

Bild 6.2.b

500:1

30:1 Oberflache, Belag entfernt; 5 Jahre

Bild 6.2.c 500:1 Querschnitt; 5 Jahre. Zinkschicht z.T. gelost

Bild 6.3.b 12:1 Oberflache, Belag entfernt; 5 Jahre

a. 0.005 mm

ca. 0.002 mm

Bi1d 6.3.c

0.02mm

200:1 Bild 6.3.d Querschnitte; 2 Jahre. Zinkschicht z.T. gelost

200:1

NAGRA NTB 83-1 7 - 20 -

6. Eisenblech, verzinkt

6.4.

In Gips

6.5.

In

Zink __ _

Zement

Bi1d 6.4.a 5 Jahre

Ober:E1achen

Zinkschicht ge1ost, Eisenb1ech z.T. durchkorrodiert

Bi1d 6.5.a

5 Jahre Zinkschicht z.T. ge10st

6:1

12:1

Bi1d 6.4.b 2 Jahre

Querschnitte

200:1

Zinkschicht ge1ost, Eisenb1ech stark korrodiert

Bi1d 6.5.b

5 Jahre Zinkschicht z.T. ge10st

Bi1d 6.5.c 2 Jahre Rostbi1dung nach Auf10sung der Zinkschicht

500:1

200:1

NAGRA NTB 83-17

- 21 -

7. Eisenblech, verzinkt und einbrennlackiert

l.


2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflachen; 5 Jahre

Bild 7.1.

Bild 7.2.a

Bild 7.3.

Bild 7.4.

Bild 7.5.

Querschnitt; 2 Jahre

1:1

Bild 7.2.b 200:1 zinkschicht durch Email noch

1:1 teilweise geschützt

1:1

1:1

1:1 zinkschicht fast vollstandig aufgelost; dunkle Stelle: zinkrest

0.04 rrun

NAGRA NTB 83-17 - 22 -

8. Eisenblech, verzinnt; 5 Jahre

l.


2.

In Anhydritpulver

Oberflachen

Bild 8.1.

zinnschicht intakt

Bild 8.2.a

pustelformiger Belag

Bild 8.2.b

Belag weitgehend entfernt. Ausserhalb der Pustel ist die Zinnschicht intakt, innerhalb ist das Zinn aufgelost (s. Bild 8.2.c).

1:1

6:1

6:1

Querschnitt

0.4 mm

Bild 8.2.c 50:1 Lochkorrosion am Eisen innerhalb einer Belagspustel.

- 23 -

NAGRA NTB 83-17

8. Eisenblech, verzinnt; 5 Jahre

3.

In Gipspu1ver

4.

In Gips

Oberf1achen Querschnitt

zinnschicht intakt, keine Korrosion, Kante rostig.

Bi1d 8.4.a Dicker Be1ag am B1echrand

Bi1d 8.4.b Puste1formiger Be1ag

Bi1d 8.4.c

6:1

6:1

6:1 Be1ag weitgehend entfernt. Ausserha1b der Puste1 ist die Zinnschicht intakt, innerha1b ist das Zinn aufge10st (s. Bi1d 8.4.d).

Bi1d 8.4.d 50:1 Lochkorrosion am Eisen innerha1b einer Puste1.

NAGRA NTB 83-17 - 24 -

8. Eisenblech, verzinnt

5.

In Zernent

Bi1d 8.S.a 500:1 Querschnitt. Naeh l Jahr ist die Zinnsehieht noeh intakt.

Bi1d 8.S.b Quersehnitt.

200:1

Naeh 2 Jahren ist die Zinnschieht aufge1ost. Noeh keine Eisenkorrosion.

Bi1d 8.S.e Oberf1aehe; 5 Jahre.

6:1

ea. 0.02 rnrn

Die Zinnsehieht ist aufge1ost. Eisen 1eieht korrodiert.

Nieht entfernter

Zernentrest

NAGRA NTB 83-17 - 25 -

9. Eisenblech, verbleit; 5 Jahre

l.

In Sto11enatmosphare

2.

In Anhydritpu1ver

Oberf1achen

B1eischicht intakt, keine Korrosion

Bi1d 9.2.a 1:1 Puste1formiger Be1ag. Ausserha1b der Puste1n intakte B1eischicht.

Querschnitte

Bi1d 9.2.b 6:1 Bi1d 9.2.c 500:1 Unter dem Be1ag B1eischicht weitgehend aufge10st

Lochkorrosion unter einer Be1agspuste1.

(s. Bi1d 9.2.c).

3.

In Gipspu1ver: wie in Anhydritpu1ver (s. Bi1der 9.2.a-c).

4.

In Gips

Bild 9.4.a 6:1 Bi1d 9.4.b 18:1

0.05 mm

ca. 0.5 mm

Unter dem Be1ag B1eischicht weitgehend aufge10st

Lochkorrosion unter dem Be1ag.

5.

In Zernent

(s. Bi1d 9.2.b).

Bi1d 9.5 Bleischicht intakt, keine Korrosion.

50:1

- 26 -

NAGRA NTB 83-17

10. Rostfreier Stahl AISI 304 (Werkstoff-Nr. 1.4301; X 5 CrNi 18 9); 5 Jahre

2.

In Anhydritpulver

l.


3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Oberflache Querschnitt

Bild 10.2.a 6:1 Bild 10.2.b 25:1

Lochkorrosion nur an einer Stelle einer Blechprobe.

keine Korrosion

11. Rostfreier Stahl AISI 316 (Werkstoff-Nr. 1.4449; x5 CrNiMo1713)

In allen Medien l. bis 5. keine Korrosion.

NAGRA NTB 83-17 - 27 -

12. Pera1uman 25 R; 2 Jahre

Oberf1achen

l.

In Sto11enatmosphare

Keine Korrosion

2.

In Anhydritpu1ver

3.

In Gipspu1ver

4.

In Gips

5.

Bi1d 12.2.a

Bi1d 12.3.

Bi1d 12.4.

6:1

6:1

6:1

Querschnitt

Bi1d 12.2.b

Lochkorrosion

In Zement Fast vo11standig in Al(OH)3 umgewande1t.

0.2 rrun

50:1

NAGRA NTB 83-17 - 28 -

13. Anticoroda1, ha1bhart; 5 Jahre

Oberf1achen mit Be1ag Be1ag entfernt

l.

In Sto11en

atmosphare

2.

In Anhydrit

pu1ver

3.

In Gipspu1ver

4.

In Gips

5.

In Zement

Keine Korrosion

Bild 13.2.a 1:1 Bild 13.2.b

Bild 13.3.a 1:1 Bi1d 13.3.b

Bild 13.4. 12:1

Fast vollstandig in A1(OH)3 umgewandelt.

12:1

6:1

NAGRA NTB 83-17

14. Reina1uminium, eloxiert

l.


Oberflachen

Keine Korrosion

- 29 -

Querschnitt

0.08 mm

Bi1d 14.1. 100:1 5 Jahre (wie Ausgangszustand)

2.

In Anhydritpulver

3.

In Gipspulver

4.

In Gips

5.

In Zement

Bild 14.2.a 2 Jahre

12:1 Bi1d 14.2.b 50:1 2 Jahre. Lochkorrosion

Wie in Anhydritpu1ver (s. Bilder 14.2.a und b).

Bild 14.4.a 2 Jahre

Bild 14.4.c 5 Jahre

12:1

9:1

Bild 14.4.b 50:1 2 Jahre. Lochkorrosion

Bild 14.4.d 50:1 5 Jahre. Lochkorrosion

Fast vollstandig in Al(OH)3 umgewandelt.

0.04 mm

(\J

E o

........ c» E ..

(!)

<l I

NAGRA NTB 83-17

90

80

70

60

50

40

30

20

10

o

In allen Fallen Muldenkorrosion

x

Gips

x

1 2 3 4 5 O

a) dekapiert

- 30 -

In allen Fallen M uldenkorrosion (Zinkschicht in Gips vollstandig, sonst zum Teil aufgelost)

)(

in Gips

)(

1 2 3 4 5 O Zeit, Jahre

b) verzinkt

in Zement ( Zinnschichf aufgelõst)

in Gips (LFK) in Anhydrit-pulver (LFK)

2 345

e) verzinnt

Si Id 15: Eisenblech ohne und mit metallischen Beschichtungen in verschiedenen Medien. Gewichtsverluste durch Korrosion über der Zeit.

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