Alle info over roest

We kennen het allemaal: De roodbruine, korrelige laag die ontstaat op ijzeren oppervlakken na blootstelling aan lucht of water. Roest is zo oud als de ontdekking van het ijzer in de prehistorie. Maar wat is roest eigenlijk? Kan je het voorkomen? Hoe moet je roest verwijderen? In dit artikel beantwoorden we al je vragen over roest!

Wat is roest?

Roest is een fenomeen dat we zien bij ijzer (chemisch element Fe) en ijzerlegeringen zoals staal. Eigenlijk is het niet meer dan een chemische verbinding tussen de ijzeratomen in het metaal en zuurstof atomen (chemisch element O) uit de omgeving. De zuurstof kan uit de lucht komen, die vol zuurstof zit, maar kan ook uit water komen waarin ook veel zuurstof zit. Er zijn zelfs andere omgevingen die nog makkelijker zuurstof afgeven en daardoor tot een veel snellere roestvorming leiden, bijvoorbeeld zuurstofwater. Het resultaat is dat een nieuwe molecule wordt gevormd: ijzeroxide (chemische beschrijving Fe²O³). Om heel precies te zijn is er nog een verschil tussen puur ijzeroxide en roest, wat eigenlijk gehydrateerde ijzeroxide is, maar daar maken hier gemakkelijkheidshalve geen verschil in.

De verbinding tussen een materiaal en zuurstof noemen we een oxidatie reactie, waarin je ook het Engelse woord voor zuurstof, oxygen, terugvindt. Als je iets verbrandt in een vuur maak je ook een verbinding tussen bijvoorbeeld hout en zuurstof, alleen zie je direct dat dit een totaal ander soort oxidatie is. Het verschil is dat er bij roest een oxide-laag wordt gevormd aan de oppervlakte in plaats van doorheen het materiaal en dat deze reactie ook veel trager verloopt dan bij een klassieke verbranding. Vuur is dus een snelle oxidatie, terwijl roest een trage oxidatie is.

Waarom heeft water zo’n grote invloed op roest?

De meest mensen hebben al gemerkt dat water, regen of vochtige lucht de vorming van roest nog versnelt. Maar hoe komt dit? Als je het chemisch bekijkt (of onder een heel sterke microscoop), dan zou je zien dat er bij de verbinding tussen ijzeratomen en zuurstofatomen een transport plaatsvindt van elektronen en ionen. Dit zijn “stukjes” van atomen en moleculen (geladen deeltjes) die zich van en naar de ijzermoleculen moeten verplaatsen om de verbinding tot stand te brengen. Roestvorming wordt daarom ook omschreven als een elektrochemisch proces, omdat het transport van vrije elektronen eigenlijk net hetzelfde is als elektriciteit die door een draad stroomt.

Water werkt een beetje als een autoweg voor deze rondreizende deeltjes. Bepaalde elementen in het water, zoals zout, kunnen dit transport nog verder vergemakkelijken. Daarom zal zeewater nog sneller tot roest leiden. Omgekeerd kan je dus ook concluderen dat gedemineraliseerd water veel minder tot roest zal leiden, omdat er geen deeltjes in aanwezig zijn die het transport van de geladen deeltjes helpen.

Is roest hetzelfde als corrosie?

Niet helemaal. Er zijn heel wat vormen van corrosie en roestvorming is er eentje van. Corrosie is eigenlijk een overkoepelend begrip dat slaat op het fenomeen waarbij een materiaal chemisch reageert met zijn omgeving en daar in meer of mindere mate schade van ondervindt. Je zal dus ook corrosie hebben in chemische leidingen waar een chemische stof met de leiding reageert. In de industrie is corrosie een groot probleem en ingenieurs steken heel wat tijd in het uitzoeken van de juiste materialen om zo weinig mogelijk last te hebbenvan corrosie. Bekende voorbeelden van corrosie zijn het groen worden van koper en witte vlekken op aluminium.

Welke factoren versnellen roestvorming?

Roestvorming is het gevolg van een chemische reactie die een oxidelaag vormt. Net zoals bij andere chemische reacties zijn er ook bij oxidatie een aantal parameters die een effect hebben op de snelheid van de reactie. We zetten ze even op een rijtje.

1. Reinheid van de oppervlakte: Hoe toegankelijker de ijzeratomen aan de oppervlakte zijn, hoe beter de zuurstof uit de omgeving zich zal kunnen binden met het ijzer. Daarom worden ijzer stukken in fabrieken vaak overspoten met een laagje olie, die een dunne film vormt over het ijzer oppervlak waardoor de zuurstof niet tot bij de ijzeratomen geraakt. Een verflaag of een andere coating heeft ditzelfde doel: een ondoordringbare laag vormen die de zuurstofatomen buiten houdt. Maar ook omgekeerd: een zeer proper stukje ijzer, dat ontdaan is van vuil, vet en andere verontreiniging zal zeer snel roesten.
2. Temperatuur: Heel veel chemische processen hebben energie nodig om te kunnen plaatsvinden en roestvorming is er zo eentje. Die energie wordt uit de omgeving gehaald in de vorm van warmte. Dat betekent dus dat hoe warmer het ijzeren voorwerp of hoe warmer de omgeving, hoe sneller roestvorming zal plaatsvinden.
3. Het soort water in de omgeving: Roesten vindt meestal plaats in omgevingen die nat worden. Elementen in het water kunnen een grote impact hebben op het roesten. Voorbeelden hiervan zijn zout water, zuur water, etc. Chloor is ook een goed voorbeeld van een element dat het transport van de elektronen en ionen aanmoedigt. Al gezien dat er in een zwembad heel snel roestvorming is op ijzeren onderdelen zoals schroeven?
4. De zuurtegraad van het omgevingswater: Hoe zuurder het water, hoe makkelijker de elektronen en de ionen die relevant zijn bij roestvorming zich kunnen verspreiden. Met sterke zuren zoals zwavelzuur kan je een ijzeren oppervlakte heel snel doen roesten!
5. De oppervlaktekwaliteit: Roest begint zich meestal de vormen in kleine scheurtjes in een metaal. Vaak zijn die niet zichtbaar met het blote oog, maar zijn ze wel groot genoeg voor water om opgezogen te worden. Deze kleine waterplasjes zijn de perfecte kweekvijver voor roest. Een perfect gladde en gesloten oppervlakte zal dus minder snel gaan roesten.
6. De hoeveelheid zuurstof in de omgeving: Iets dat permanent ondergedompeld is, heeft minder zuurstof ter beschikking dan een object dat afwisselend aan water en zuurstof wordt blootgesteld. Je zal zien dat bij een schip de waterlijn sneller roest dan de delen die permanent onder water staan.
7. Roest veroorzaakt roest: Roest verspreidt zich niet zoals een schimmel of bacterie dit doet. Maar een klein roestplekje gaat vaak de omliggende beschermingslaag (verf, coating, …) beschadigen en op die manier nieuwe stukken blootstellen aan water en zuurstof. Roest is zelf poreus en zal daardoor water opnemen en in contact brengen met de nog niet aangetaste onderliggende ijzerlaag.

Is roest schadelijk?

Eerder zeiden we al dat roest gehydrateerd ijzeroxide is. Eén van de eigenschappen van deze stof is dat ze water- en luchtdoorlatend is. Dat betekent dus dat een roestlaag geen beschermingslaag vormt zoals sommige mensen denken. Het roesten blijft dus gewoon doorgaan onder de oppervlakte tot uiteindelijk het hele stuk ijzer is omgezet in ijzeroxide. 

Maar waarom is dit zo’n groot probleem?

Dit is een probleem omdat ijzeroxide helemaal niet dezelfde eigenschappen heeft als ijzer, of ijzerlegeringen. Dit materiaal is zeer bros en helemaal niet sterk. Dat heb je zelf zeker al gemerkt: je kan een roestlaag gewoon met de hand losduwen en in een een volledig doorgeroeste plaat of buis kan je gewoon een gat prikken met je vinger. Als je dan weet dat ijzer en staal de basis sterke geven aan heel wat metalen en betonnen constructies (in de vorm van wapeningsijzers), dan begrijp je dat roestvorming kan leiden tot het instorten van een brug, en gebouw of het zinken van een schip.

Gelukkig is roestvorming (meestal) een traag proces en heb je dus jaren de tijd om in te grijpen. Maar het wordt erg gevaarlijk als de roestvorming onzichtbaar is. Je denkt dat je constructie in perfecte gezondheid is, maar onder de oppervlakte loopt het helemaal fout. Dit kan in een betonconstructie zijn, maar evengoed onder een verflaag die er nog redelijk goed uitziet, maar eigenlijk een verroest oppervlakte verbergt.

Hoe kan je roest voorkomen?

Als je een beter begrip wilt krijgen in het ontstaan van roest en welke factoren dit proces kunnen versnellen, lees dan eerst ons artikel over roestvorming. Maar wat zijn nu de maatregelen die je kan nemen in het voorkomen van roestvorming?

1. Werk met roestvrije materialen: Dit is natuurlijk geen echt antwoord op de vraag, maar wel het overwegen waard. Er zijn heel wat metaallegeringen die niet, of heel moeilijk roesten. Roestvrij staal is een zeer bekend voorbeeld van zo’n metaallegering. Maar misschien kan je in kunststof, composiet of hout werken? Alle alternatieven voor ijzer en staal hebben hun voor- en nadelen, waarbij prijs en materiaalsterkte waarschijnlijk de twee belangrijkste zijn, maar misschien heb je wel een alternatief.
2. Een beschermende coating: Coatings komen in alle vormen en maten. Verf is een soort van coating, net zoals primer, epoxy, poederlak, etc. Het idee is eenvoudig: Je brengt een laagje aan op het metaal dat een ondoordringbare scheidingswand vormt tussen het water en de zuurstof in de omgeving. Op die manier voorkom je roestvorming. Maar opgelet: Deze laag zal na verloop van tijd altijd (onzichtbare) scheurtjes en gaatje krijgen waardoor zuurstofdeeltjes toch tot bij het metaal kunnen geraken. Je moet niet per sé elke keer alle vorige coatinglagen verwijderen, maar vernieuw regelmatig de buitenste laag. Dat is de reden dat je op schepen dikke verflagen ziet: er wordt regelmatig een verse verflaag aangebracht.
3. Oppervlaktebehandeling: Heel wat coatings kan je handmatig aanbrengen met een kwast of spuiten maar je kan nog een stap verder gaan en een coating laten aanbrengen via een chemisch proces. Dit wordt meestal gedaan in oppervlaktebehandelingsbaden waarin een chemische stof reageert met het ijzer of een dun laagje achterlaat. Zo kan je staal laten galvaniseren, zink-coaten, chroom-coaten, etc. De kwaliteit en duurzaamheid van deze coatings is meestal beter dan de handmatig aangebrachte beschermingslagen zoals verf.
4. Sla je materiaal proper en droog op: Je weet intussen dat water de grote boosdoener is bij roest, dus een droge omgeving maakt een groot verschil. En waarom proper? Omdat de kleine ruimtes tussen vuil, zoals zand en stof, perfect plaatsen zijn waar water zich aan kan vasthechten en op die manier roest veroorzaken.
5. Vermijd krassen: Dezelfde uitleg als hierboven. Scheurtjes, barstjes en krassen kunnen water vasthouden, wat dus roestvorming bevordert.
6. Verwijder beginnende roest: Roest veroorzaakt meer roest. Verwijder beginnende roest direct, wat meestal makkelijk kan omdat er eerst slechts een dun laagje roest ontstaat.

Heb je uiteindelijk toch last van roest, dan kan je roest zeer eenvoudig verwijderen met laser cleaning. Zo krijg je opnieuw een perfect zuiver metaaloppervlakte die je vervolgens kan behandelen zodat deze niet meer zal roesten.