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CORROSION TESTING –
                   EVALUATION OF LIFE SPAN
                   OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
                   Magdalena Walczak, Dr.-Ing.
                   Department of Mechanical and Metallurgical Engineering
                   Email: mwalczak@ing.puc.cl
                   Tel. +56-2-354-4627




                              CONTENT
                              1. INTRODUCTION – CORROSION TESTING: WHAT’S THE DEAL?
                              2. THEORY – PREDICTION OF DEATH BY CORROSION
                              3. CASE STUDY – TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS




                                                                                                                  presented at
                                                                       VII ENCUENTRO DE GESTIÓN DE ACTIVOS FÍSICOS
                                                                                           Santiago de Chile, 27th Nov 2009

PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                  27 Nov 2009
Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                          VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION
                                  Wroclaw University of Technology
                                  Wroclaw, Poland




MPI Iron Reseach             MPI Coal Reseach
Düsseldorf, Germany          Mülheim an de Ruhr, Germany




              ThyssenKrupp, DOC GmbH
              Dortmund, Germany


                PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                 27 Nov 2009
                Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                         VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION

FROM MAINTENANCE TO CORROSION




                                                                                                THE IRON PILAR OF DELHI




         PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                 27 Nov 2009
         Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                         VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION
HISTORICAL STUDY OF CORROSION COST




                                                                                                       Corrosion 62 2006 (Biezma)




         PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                 27 Nov 2009
         Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                         VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION
CORROSION COST AND WHAT TO DO ABOUT IT                                                                STRATEGIES FOR
                                                                                                         DEALING
DISTRIBUTION OF CORROSION COST                                                                        WITH CORROSION
(USA, average for 1996–1999)
P.R. Roberge, 2007




                                                                                                       CORRECTIVE MAINTENANCE


                                                                                                       PREVENTIVE MAINTENANCE


                                                                                                         CORROSION CONTROL


                                                                                                        CORROSION PROTECTION




                                    www.dr-maiko.com                                 fot. M.Walczak                                       fot. A. Pino




                     PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                 27 Nov 2009
                     Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                         VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION

 CATEGORIES OF CORROSION PROTECTION AFTER GERMAN ASSOCIATION FOR CATHODIC PROTECTION


                                               CORROSION PROTECTION

                                                                      PRECAUTION IN THE                  ELECTROCHEMICAL
       PREVENTION                   SURFACE PROTECTION                CORROSIVE MEDIUM                      PROTECTION

                                        SURFACE COATING                       CORROSION                      CATHODIC
      MATERIAL SELECTION                                                      INHIBITORS                     PROTECTION
                                                                                                             (COATING)
      SUITABLE DESIGN                                                         ELIMINATION OF                 CATHODIC AND
                                                                              STIMULANTS                     ANODIC PROTECTION
      SUITABLE PACKAGE                                                                                       (VOLTAGE)
      AND STORAGE                                                                                            ELIMINATION OF
                                                                                                             STRAY CURRENTS



                             NON-METALLIC                METALLIC




          PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                  27 Nov 2009
          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                          VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION

AUTOMOTIVE COATING FOR CORROSION PROTECTION
                                                                                                                    CLEAR COAT
                                                                                                                      UV-protection




                                                                                 Typical coating thickness 200 µm
                                                                                                                    BASE COAT
                                                                                                                       visual effects



                                                                                                                    FILLER COAT
                                                                                                                      protection aganist
                                                          www.honda.com                                               stone-chippinng



                                                                                                                    ED-PAINT
                                                                                                                      corrosion protection and leveling



                                                                                                                    ZINC corrosion protection
                    TYPICAL AUTOMOTIVE CORROSION GUARANTEE
       COSMETIC CORROSION:   5Y             PERFORATION CORROSION:        10 Y
                                                                                                                                                CONVERSION COATING
                                                                                                                                                 corrosion protection
                                                                                                                                                      adhesion



                                                                                                                      IF-STEEL




          PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                                         27 Nov 2009
          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                                 VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(1/3) INTRODUCTION

THE PROBLEM OF CORROSION TESTING




                                                                                                  www.autobild.de




                                                                                                                                                       for. M.Walczak
                                                LOCALIZED CORROSION, E.G. CREVICE
                           DESIRED TEST RESULT                                             GENERAL CORROSION, E.G. ATMOSPHERIC

             s           min            h           d             m                           y
                                                                                                                    DESIRED LIFESPAN*
                                                                                                                      *corrosion life of a component
                            CATASTROPHIC CORROSION, E.G. SCC



                                                                 www.corrosionclinic.com




         PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                                        27 Nov 2009
         Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                                VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(2/3) THEORY

THE PHENOMENON OF CORROSION
                                        MATERIAL
                                                                                     DAMAGE MODEL OF AN AUTOMOTIVE COATING
                                                                      -
    ENVIRONMENT        +           - +           +           +
                                                              -
                                                                          +
                                             -
                       + - +                                          +-
                                                                                    2                        4                        3                    1
                                                 +           +
                                                         -
                       -                 -                                    -
                       +            +            +           +            +
                                   -                 -            -
                           -
                       +            +            +       + -              +
                               -             -                        -
                       +           +             +           +            +


                                                                                                                 O2
                                                                                  PAINT           OH     -
                                                                                                                                 Zn 2+      Cl -
                                                                                                                   OH -
                                                                                                                                          OH - O2 Fe 2+
                                                                                  ZINC               e-              Zn
                                                                                  STEEL                                             e-
                                                                                    INTACT             DE-
                                                                                                                             WHITE RUST            RED RUST
                                                                                  INTERFACE         LAMINATION


                                                                                                     ANODIC:           Me → Me + ne-
                                                                                                     CATHODIC:         Ox + ne- → R

                                                                                   for each reaction:                             αzFη        (1 − α )zFη 
                                                                                                             j = ja − jc = A exp  −     − exp             
                                                                                   (Butler-Volmer eq.)                            RT               RT     




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          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                                    VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(2/3) THEORY

THE PHENOMENON OF CORROSION
                                          MATERIAL
                                                                                       DAMAGE MODEL OF AN AUTOMOTIVE COATING
                                                                        -
    ENVIRONMENT          +           - +           +           +
                                                                -
                                                                            +
                                               -
                         + - +                                          +-
                                                                                      2                        4                        3                    1
                                                   +           +
                                                           -
                         -                 -                                    -
                         +            +            +           +            +
                                     -                 -            -
                             -
                         +            +            +       + -              +
                                 -             -                        -
                         +           +             +           +            +


                                                                                                                   O2
                                                                                    PAINT           OH     -
                                                                                                                                   Zn 2+      Cl -
                                                                                                                     OH -
        solvent, gas, another material                                                                                                      OH - O2 Fe 2+
                                                                                    ZINC               e-              Zn
        pH, temperature, aggressive ions
                                                                                    STEEL                                             e-
        flow conditions, second phase
                                                                                      INTACT             DE-
        mechanical stress                                                                                                      WHITE RUST            RED RUST
                                                                                    INTERFACE         LAMINATION
        microorganisms
        spatial variation of above                                                                     ANODIC:           Me → Me + ne-
                                                                                                       CATHODIC:         Ox + ne- → R
        temporal variation of above
                                                                                     for each reaction:                             αzFη        (1 − α )zFη 
                                                                                                               j = ja − jc = A exp  −     − exp             
                                                                                     (Butler-Volmer eq.)                            RT               RT     




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          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                                      VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(2/3) THEORY

THE DOUBLE APPROACH TO TESTING

                                                         LOCALIZED CORROSION, E.G. CREVICE
                                  DESIRED TEST RESULT                             GENERAL CORROSION, E.G. ATMOSPHERIC

                     s           min            h              d        m              y
                                                                                                     DESIRED LIFESPAN*
                                                                                                        *corrosion life of a component
                                   CATASTROPHIC CORROSION, E.G. SCC




THE CASE OF AUTOMOTIVE COMPONENTS

                                 TYPES OF CORROSION TESTS IN R&D AND QUALITY CONTROL


      ELECTROCHEMICAL                    TECHNOLOGICAL                   ACCELERATED                      LONG-TIME
             Kelvin probe                   stone-chipping                     salt spray                     field tests
         polarization diagrams                 adhesion                     alternate clima
       impedance spectroscopy             scratch resistance




           PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                  27 Nov 2009
           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                          VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                      ACCELERATED                           LONG-TIME                         TECHNOLOGICAL


                  POLARIZATION CURVES                                                OPEN CIRCUIT POTENTIAL
               MEASUREMENT OF CORROSION CURRENT*                                  TEMPORAL STABILITY OF CORROSION CURRENT*




                                          *CORROSION CURRENT: icorr = ianodic   = −icathodic
                                                    ANODIC:      Me → Me + ne-
                                                    CATHODIC:    Ox + ne- → R


          PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                      27 Nov 2009
          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                              VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                        ACCELERATED                                    LONG-TIME                   TECHNOLOGICAL


  SCANNING KELVIN PROBE

     THE PRINCIPLE            Uext
                                                Iac

                Vibration
               along z-axis

                               Ref

                               ∆Ψsample
                                  Re f

                                                                                                                         passive surface
                                                                                    passivated defect
       ELECTROLYTE
                                                                          active corrosion
       METAL                                                              in the defect




     CORRELATION BETWEEN ∆Ψ AND THE CORROSION POTENTIAL

       ECorr = ∆ Ψsample + const. = f ( x, y, t )
                   Re f



                                            Courtesy Prof. G.Grudnmeier

                                                                                                                         Courtesy Prof. G.Grudnmeier




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            Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                 VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
  ELECTROCHEMICAL                           ACCELERATED                         LONG-TIME               TECHNOLOGICAL

   THE PRINCIPLE OF ACCELERATED CORROSION TESTING

                                MATERIAL
                                              -
       ENVIRONMENT
                               +    + - +        ++
                                -     -
                         +- + - +          + - +
                       -                         -
                                                                                            ESTIMATION OF THE
                                        -
                         + +        +      +     +
                                                                                            ACCELERATION FACTOR
                             -    -       -
                                               -
                         + + - +           +     +
                           -          -      -
                         +     +    +      +     +

                               STRESSORS


           solvent, gas, another material
           pH, temperature, aggressive ions
           flow conditions, second phase
           mechanical stress
           microorganisms
           spatial variation of above
           temporal variation of above                                                                   Uhlig´s Corrosion Handbook

                                                  Courtesy Prof. G.Grudnmeier




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            Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                     VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
  ELECTROCHEMICAL                        ACCELERATED                           LONG-TIME                TECHNOLOGICAL

EXAMPLE ACCELERATED TESTS (CYCLIC TESTING)
            EXAMPLE TEST 1                               EXAMPLE TEST 2                           EXAMPLE TEST 3



              24 Hours                                    24 Stunden                               4 Stunden
            Salt spray test                              Salt spray test                         Salt spray test
            DIN 50021-SS                                 DIN 50021-SS                            DIN 50021-SS


               4 Cycles                                    4 Cycles                                4 Stunden
      Alternate condensed water                   Alternate condensed water                      Indoor climate
        DIN EN ISO 6270-2 AHT                        DIN EN ISO 6270-2 CH                          DIN 50014


               48 Hours                                     48 Hours                                16 Hours
            Indoor climate                               Indoor climate                    Alternate condenced water
              DIN 50014                                    DIN 50014                         DIN EN ISO 6270-2 AHT



                                                                                                  1 CYCLE = 1 DAY,
            1 CYCLE = 1 WEEK                              1 CYCLE = 1 WEEK                 PRODECURE: 5 CYCLES AT ONCE AND
                                                                                              THEN 2 DAYS RESTING PHASE




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           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                      VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
  ELECTROCHEMICAL                                 ACCELERATED                           LONG-TIME                  TECHNOLOGICAL

CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST


                                                                                                    LIEBISCH TEST CHAMBER




                                                                                                                 DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH
   DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




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                    Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                        VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
         ELECTROCHEMICAL                             ACCELERATED                               LONG-TIME                       TECHNOLOGICAL

CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST



             EXAMPLE SERIES OF 3 COATINGS IN A SALT SPRAY CYCLIC TEST, GLASS FLANGE ( 1 WEEK = 1 CYCLE)
 COATING 3




                                                                                                                                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH
 COATING 2
 COATING 1




                 WEEK 1                           WEEK 2                        WEEK 3                    WEEK 4                        WEEK 5




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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
  ELECTROCHEMICAL                        ACCELERATED                                 LONG-TIME               TECHNOLOGICAL

CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST
   WALK-IN CORROSION CHAMBER WITH FOR COMPONENTS AND MODULES




                                                                                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                        ACCELERATED                                       LONG-TIME                          TECHNOLOGICAL

 OUTDOOR WEATHERING ACCORDING TO VDA 621-414
   EXPOSURE WITH 5% INCLINATION TO THE HORIZONTAL LINE, ONCE A WEEK SPRAYING WITH 3% NACL SOLUTION



     WEATHERING WITH AND WITHOUG SALT WITHOUT LIGHT PROTECTION                      WEATHERING WITH AND WITHOUT SALT WITH LIGHT AND RAIN PROTECTION




                                          DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




            PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                                   27 Nov 2009
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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                          ACCELERATED                         LONG-TIME                          TECHNOLOGICAL

 THE MANY REQUIREMENTS FOR COATED STEEL

                                                                         ANTI-GRAFITTI
                                 DECORATIVE LOOK




                                                                                                           ANTI-BACTERIAL
            ADHESION




                         CORROSION
                         PROTECTION                                                            PROCESS-
                                                                                               ABILITY
                                                                                                                 EASY TO CLEAN
       SURFACE TEXTURE



                                                   ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS
                                                                                            SCRATCH RESISTANCE
                         SOUND ABSORPTION

                                                    BRILLIANCE OF THE TO COAT


                                                                                                                     DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH



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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                        ACCELERATED                                 LONG-TIME                         TECHNOLOGICAL

 TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION
    CROSS CUT TESTS


      AUTOMATIC SCORING AND CROSS CUT EQUIPMENT                                                             MANUAL SCORING




                                                               DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                          ACCELERATED                            LONG-TIME                     TECHNOLOGICAL

 TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION
    CROSS CUT TESTS


                   TEST SAMPLE 1                           TEST SAMPLE 2                              TEST SAMPLE 3




        25 Squares with score distance depending          100 Squares with score               64 Aquares with cut distance of 3
                on the coatings thickness                   distance of 1 mm                   mm and additional diagonal scores




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(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                       ACCELERATED                                    LONG-TIME                           TECHNOLOGICAL

TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION

         CONICAL MANDREL TEST                                                        SINGLE IMPACT TEST
      CROSSOD.312, ESTS
         M CUT T ACCORDING TO DIN EN ISO 6860                                        MOD. 490, ACCORDING TO DIN 55996-2
          Mandrel ø 3,2 mm – 38,1 mm                                                   Radius of curvature 1 mm




                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH                                    DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH



           PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                              27 Nov 2009
           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                      VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                       ACCELERATED                                 LONG-TIME                             TECHNOLOGICAL

 TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION
    STONE-CHIPPING TEST AFTER


                                                                                             DIN 55996-1
                                                                                    PROCEDURE A
                                                                                    bombardment 2 x 500 g / 1 bar / 10 s

                                                                                    PROCEDURE B
                                                                                    bombardment 2 x 500 g / 2 bar / 10 s

                                                                                    PROCEDURE C
                                                                                    • bombardment 1 x 500 g / 2 bar / 10 s
                                                                                    • corrosion exposure
                                                                                    • bombardment 1 x 500 g / 2 bar / 10 s




                                                                                    SHOT ABRASIVE
                                                                                    chilled cast granules of 4 – 5 mm




                                          DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




           PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                              27 Nov 2009
           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                      VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                          ACCELERATED                        LONG-TIME                   TECHNOLOGICAL

 TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION
    STONE-CHIPPING TEST AFTER




                                COATING 1                                                  COTAING 2

                                                                                                            DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




           PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                               27 Nov 2009
           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                       VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                      ACCELERATED                                  LONG-TIME                           TECHNOLOGICAL

TEST OF WET STORAGE

               THERMOSTATICALLY CONTROLLED VESSEL



                                                                                  STORAGE IN 5% NACL-SOLUTION:
                                                                                  40 °C / 40 H (ACCORDING TO BMW)
                                                                                  55 °C / 240 H (ACCORDING TO HONDA)




                                                                                  STORAGE IN LAGERUNG IN DS-WATER:
                                                                                  63 °C / 72 H (ACCORDING TO OPEL)
                                                                                  40 °C / 500 H (ACCORDING TO TOYOTA)
                                                                                  32 °C / 240 H (ACCORDING TO FORD)




                                        DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH




          PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                                              27 Nov 2009
          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                                      VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
   ELECTROCHEMICAL                       ACCELERATED                           LONG-TIME                 TECHNOLOGICAL

 THE DIFFERENT SAMPLE GEOMETRIES




                                                                                                           DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH



           PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                             27 Nov 2009
           Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                     VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
(3/3) CASE STUDY
CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS




          PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                 27 Nov 2009
          Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                         VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
CORROSION TESTING – EVALUATION OF LIFE SPAN
                   OF AUTOMOTIVE COMPONENTS
                   Magdalena Walczak, Dr.-Ing.
                   Department of Mechanical and Metallurgical Engineering
                   Email: mwalczak@ing.puc.cl
                   Tel. +56-2-354-4627



SUMMARY                                                                                                                   CLEAR COAT
                                                                                                                            UV-protection




1. COMPLEXITY OF CORROSION HINDERS THE FORMULATION OF DETERMINISTIC MODELS




                                                                                       Typical coating thickness 200 µm
                                                                                                                          BASE COAT
                                                                                                                             visual effects


2. DOUBLE APPROACH IN ESTIMATION OF LIFESPAN: EXTRAPOLATION + ACCELERATION
                                                                                                                          FILLER COAT
                                                                                                                            protection aganist

3. MATERIALS FOR AUTOMOTIVE COMPONENTS         ARE ACCEPTED PRELIMINARY BUT
                                                                                                                            stone-chippinng


VALIDATION IN A LONG TERM TEST IS TYPICALLY REQUIRED IN ADDITION
                                                                                                                          ED-PAINTprotection and leveling
                                                                                                                           corrosion


4. DEVELOPMENT OF NEW MATERIALS/COATINGS WITH MULTIPLE REQUIREMENTS
                                                                                                                          ZINC corrosion protection

5. REFERENCE SAMPLES ARE INDISPENSABLE
                                                                                                                                                 CONVERSION COATING
                                                                                                                                                      corrosion protection




                                                                                                                            IF-STEEL



  PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica                                         27 Nov 2009
  Magdalena Walczak, Dr.-Ing.                                                 VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos

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Walczak Egaf7

  • 1. CORROSION TESTING – EVALUATION OF LIFE SPAN OF AUTOMOTIVE COMPONENTS Magdalena Walczak, Dr.-Ing. Department of Mechanical and Metallurgical Engineering Email: mwalczak@ing.puc.cl Tel. +56-2-354-4627 CONTENT 1. INTRODUCTION – CORROSION TESTING: WHAT’S THE DEAL? 2. THEORY – PREDICTION OF DEATH BY CORROSION 3. CASE STUDY – TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS presented at VII ENCUENTRO DE GESTIÓN DE ACTIVOS FÍSICOS Santiago de Chile, 27th Nov 2009 PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 2. (1/3) INTRODUCTION Wroclaw University of Technology Wroclaw, Poland MPI Iron Reseach MPI Coal Reseach Düsseldorf, Germany Mülheim an de Ruhr, Germany ThyssenKrupp, DOC GmbH Dortmund, Germany PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 3. (1/3) INTRODUCTION FROM MAINTENANCE TO CORROSION THE IRON PILAR OF DELHI PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 4. (1/3) INTRODUCTION HISTORICAL STUDY OF CORROSION COST Corrosion 62 2006 (Biezma) PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 5. (1/3) INTRODUCTION CORROSION COST AND WHAT TO DO ABOUT IT STRATEGIES FOR DEALING DISTRIBUTION OF CORROSION COST WITH CORROSION (USA, average for 1996–1999) P.R. Roberge, 2007 CORRECTIVE MAINTENANCE PREVENTIVE MAINTENANCE CORROSION CONTROL CORROSION PROTECTION www.dr-maiko.com fot. M.Walczak fot. A. Pino PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 6. (1/3) INTRODUCTION CATEGORIES OF CORROSION PROTECTION AFTER GERMAN ASSOCIATION FOR CATHODIC PROTECTION CORROSION PROTECTION PRECAUTION IN THE ELECTROCHEMICAL PREVENTION SURFACE PROTECTION CORROSIVE MEDIUM PROTECTION SURFACE COATING CORROSION CATHODIC MATERIAL SELECTION INHIBITORS PROTECTION (COATING) SUITABLE DESIGN ELIMINATION OF CATHODIC AND STIMULANTS ANODIC PROTECTION SUITABLE PACKAGE (VOLTAGE) AND STORAGE ELIMINATION OF STRAY CURRENTS NON-METALLIC METALLIC PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 7. (1/3) INTRODUCTION AUTOMOTIVE COATING FOR CORROSION PROTECTION CLEAR COAT UV-protection Typical coating thickness 200 µm BASE COAT visual effects FILLER COAT protection aganist www.honda.com stone-chippinng ED-PAINT corrosion protection and leveling ZINC corrosion protection TYPICAL AUTOMOTIVE CORROSION GUARANTEE COSMETIC CORROSION: 5Y PERFORATION CORROSION: 10 Y CONVERSION COATING corrosion protection adhesion IF-STEEL PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 8. (1/3) INTRODUCTION THE PROBLEM OF CORROSION TESTING www.autobild.de for. M.Walczak LOCALIZED CORROSION, E.G. CREVICE DESIRED TEST RESULT GENERAL CORROSION, E.G. ATMOSPHERIC s min h d m y DESIRED LIFESPAN* *corrosion life of a component CATASTROPHIC CORROSION, E.G. SCC www.corrosionclinic.com PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 9. (2/3) THEORY THE PHENOMENON OF CORROSION MATERIAL DAMAGE MODEL OF AN AUTOMOTIVE COATING - ENVIRONMENT + - + + + - + - + - + +- 2 4 3 1 + + - - - - + + + + + - - - - + + + + - + - - - + + + + + O2 PAINT OH - Zn 2+ Cl - OH - OH - O2 Fe 2+ ZINC e- Zn STEEL e- INTACT DE- WHITE RUST RED RUST INTERFACE LAMINATION ANODIC: Me → Me + ne- CATHODIC: Ox + ne- → R for each reaction:   αzFη   (1 − α )zFη  j = ja − jc = A exp  −  − exp  (Butler-Volmer eq.)   RT   RT  PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 10. (2/3) THEORY THE PHENOMENON OF CORROSION MATERIAL DAMAGE MODEL OF AN AUTOMOTIVE COATING - ENVIRONMENT + - + + + - + - + - + +- 2 4 3 1 + + - - - - + + + + + - - - - + + + + - + - - - + + + + + O2 PAINT OH - Zn 2+ Cl - OH - solvent, gas, another material OH - O2 Fe 2+ ZINC e- Zn pH, temperature, aggressive ions STEEL e- flow conditions, second phase INTACT DE- mechanical stress WHITE RUST RED RUST INTERFACE LAMINATION microorganisms spatial variation of above ANODIC: Me → Me + ne- CATHODIC: Ox + ne- → R temporal variation of above for each reaction:   αzFη   (1 − α )zFη  j = ja − jc = A exp  −  − exp  (Butler-Volmer eq.)   RT   RT  PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 11. (2/3) THEORY THE DOUBLE APPROACH TO TESTING LOCALIZED CORROSION, E.G. CREVICE DESIRED TEST RESULT GENERAL CORROSION, E.G. ATMOSPHERIC s min h d m y DESIRED LIFESPAN* *corrosion life of a component CATASTROPHIC CORROSION, E.G. SCC THE CASE OF AUTOMOTIVE COMPONENTS TYPES OF CORROSION TESTS IN R&D AND QUALITY CONTROL ELECTROCHEMICAL TECHNOLOGICAL ACCELERATED LONG-TIME Kelvin probe stone-chipping salt spray field tests polarization diagrams adhesion alternate clima impedance spectroscopy scratch resistance PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 12. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL POLARIZATION CURVES OPEN CIRCUIT POTENTIAL MEASUREMENT OF CORROSION CURRENT* TEMPORAL STABILITY OF CORROSION CURRENT* *CORROSION CURRENT: icorr = ianodic = −icathodic ANODIC: Me → Me + ne- CATHODIC: Ox + ne- → R PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 13. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL SCANNING KELVIN PROBE THE PRINCIPLE Uext Iac Vibration along z-axis Ref ∆Ψsample Re f passive surface passivated defect ELECTROLYTE active corrosion METAL in the defect CORRELATION BETWEEN ∆Ψ AND THE CORROSION POTENTIAL ECorr = ∆ Ψsample + const. = f ( x, y, t ) Re f Courtesy Prof. G.Grudnmeier Courtesy Prof. G.Grudnmeier PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 14. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL THE PRINCIPLE OF ACCELERATED CORROSION TESTING MATERIAL - ENVIRONMENT + + - + ++ - - +- + - + + - + - - ESTIMATION OF THE - + + + + + ACCELERATION FACTOR - - - - + + - + + + - - - + + + + + STRESSORS solvent, gas, another material pH, temperature, aggressive ions flow conditions, second phase mechanical stress microorganisms spatial variation of above temporal variation of above Uhlig´s Corrosion Handbook Courtesy Prof. G.Grudnmeier PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 15. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL EXAMPLE ACCELERATED TESTS (CYCLIC TESTING) EXAMPLE TEST 1 EXAMPLE TEST 2 EXAMPLE TEST 3 24 Hours 24 Stunden 4 Stunden Salt spray test Salt spray test Salt spray test DIN 50021-SS DIN 50021-SS DIN 50021-SS 4 Cycles 4 Cycles 4 Stunden Alternate condensed water Alternate condensed water Indoor climate DIN EN ISO 6270-2 AHT DIN EN ISO 6270-2 CH DIN 50014 48 Hours 48 Hours 16 Hours Indoor climate Indoor climate Alternate condenced water DIN 50014 DIN 50014 DIN EN ISO 6270-2 AHT 1 CYCLE = 1 DAY, 1 CYCLE = 1 WEEK 1 CYCLE = 1 WEEK PRODECURE: 5 CYCLES AT ONCE AND THEN 2 DAYS RESTING PHASE PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 16. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST LIEBISCH TEST CHAMBER DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 17. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST EXAMPLE SERIES OF 3 COATINGS IN A SALT SPRAY CYCLIC TEST, GLASS FLANGE ( 1 WEEK = 1 CYCLE) COATING 3 DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH COATING 2 COATING 1 WEEK 1 WEEK 2 WEEK 3 WEEK 4 WEEK 5 PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 18. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL CABINETS FOR ACCELERATED CORROSION TEST WALK-IN CORROSION CHAMBER WITH FOR COMPONENTS AND MODULES DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 19. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL OUTDOOR WEATHERING ACCORDING TO VDA 621-414 EXPOSURE WITH 5% INCLINATION TO THE HORIZONTAL LINE, ONCE A WEEK SPRAYING WITH 3% NACL SOLUTION WEATHERING WITH AND WITHOUG SALT WITHOUT LIGHT PROTECTION WEATHERING WITH AND WITHOUT SALT WITH LIGHT AND RAIN PROTECTION DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 20. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL THE MANY REQUIREMENTS FOR COATED STEEL ANTI-GRAFITTI DECORATIVE LOOK ANTI-BACTERIAL ADHESION CORROSION PROTECTION PROCESS- ABILITY EASY TO CLEAN SURFACE TEXTURE ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS SCRATCH RESISTANCE SOUND ABSORPTION BRILLIANCE OF THE TO COAT DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 21. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION CROSS CUT TESTS AUTOMATIC SCORING AND CROSS CUT EQUIPMENT MANUAL SCORING DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 22. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION CROSS CUT TESTS TEST SAMPLE 1 TEST SAMPLE 2 TEST SAMPLE 3 25 Squares with score distance depending 100 Squares with score 64 Aquares with cut distance of 3 on the coatings thickness distance of 1 mm mm and additional diagonal scores PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 23. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION CONICAL MANDREL TEST SINGLE IMPACT TEST CROSSOD.312, ESTS M CUT T ACCORDING TO DIN EN ISO 6860 MOD. 490, ACCORDING TO DIN 55996-2 Mandrel ø 3,2 mm – 38,1 mm Radius of curvature 1 mm DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 24. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION STONE-CHIPPING TEST AFTER DIN 55996-1 PROCEDURE A bombardment 2 x 500 g / 1 bar / 10 s PROCEDURE B bombardment 2 x 500 g / 2 bar / 10 s PROCEDURE C • bombardment 1 x 500 g / 2 bar / 10 s • corrosion exposure • bombardment 1 x 500 g / 2 bar / 10 s SHOT ABRASIVE chilled cast granules of 4 – 5 mm DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 25. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF PAINT ADHESION AND DELAMINATION STONE-CHIPPING TEST AFTER COATING 1 COTAING 2 DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 26. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL TEST OF WET STORAGE THERMOSTATICALLY CONTROLLED VESSEL STORAGE IN 5% NACL-SOLUTION: 40 °C / 40 H (ACCORDING TO BMW) 55 °C / 240 H (ACCORDING TO HONDA) STORAGE IN LAGERUNG IN DS-WATER: 63 °C / 72 H (ACCORDING TO OPEL) 40 °C / 500 H (ACCORDING TO TOYOTA) 32 °C / 240 H (ACCORDING TO FORD) DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 27. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS ELECTROCHEMICAL ACCELERATED LONG-TIME TECHNOLOGICAL THE DIFFERENT SAMPLE GEOMETRIES DOC, Dortmunder OberflächenCentrum GmbH PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 28. (3/3) CASE STUDY CORROSION TESTING OF AUTOMOTIVE COMPONENTS PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos
  • 29. CORROSION TESTING – EVALUATION OF LIFE SPAN OF AUTOMOTIVE COMPONENTS Magdalena Walczak, Dr.-Ing. Department of Mechanical and Metallurgical Engineering Email: mwalczak@ing.puc.cl Tel. +56-2-354-4627 SUMMARY CLEAR COAT UV-protection 1. COMPLEXITY OF CORROSION HINDERS THE FORMULATION OF DETERMINISTIC MODELS Typical coating thickness 200 µm BASE COAT visual effects 2. DOUBLE APPROACH IN ESTIMATION OF LIFESPAN: EXTRAPOLATION + ACCELERATION FILLER COAT protection aganist 3. MATERIALS FOR AUTOMOTIVE COMPONENTS ARE ACCEPTED PRELIMINARY BUT stone-chippinng VALIDATION IN A LONG TERM TEST IS TYPICALLY REQUIRED IN ADDITION ED-PAINTprotection and leveling corrosion 4. DEVELOPMENT OF NEW MATERIALS/COATINGS WITH MULTIPLE REQUIREMENTS ZINC corrosion protection 5. REFERENCE SAMPLES ARE INDISPENSABLE CONVERSION COATING corrosion protection IF-STEEL PUC, Escuela de Ingeniería UC - Ingeniería Mecánica y Metalúrgica 27 Nov 2009 Magdalena Walczak, Dr.-Ing. VII Encuentro de Gestión de Activos Físicos