Die Korrosion der Metalle

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Als Korrosion der Metalle bezeichnet man die von der Oberfläche ausgehenden Beschädigungen metallischer Bauteile durch chemische Reaktionen des Metalls mit Bestandteilen der Umgebung. Anders als der mechanische Verschleiß ist die Korrosion daher grundsätzlich ein chemischer Vorgang, und die Beschädigung der Oberfläche kommt nicht durch den Abrieb metallischer Partikel zustande, sondern durch den Übergang der Metallatome aus dem metallischen in den nichtmetallischen Zustand chemischer Verbindungen.

Helmut Kaesche

2. Korrosionsreaktionen und Korrosionsprodukte

Zusammenfassung

Erste Voraussetzung für die genauere Untersuchung der Korrosionsprozesse ist die Kenntnis der chemischen Reaktionsgleichung, nach der die Korrosion abläuft. Davon werden hier, mit einigen Verallgemeinerungen, nur einige wenige als typische Beispiele vorgestellt.

Helmut Kaesche

3. Chemische Thermodynamik der Korrosion

Zusammenfassung

Das korrodierte Metall, der angreifende Elektrolyt und im allgemeinen eine angrenzende Gasphase bilden ein System, in welchem die Korrosionsreaktion Veränderungen hervorruft. Sind die Grenzen des Systems so gewählt, daß es mit der weiteren Umgebung keinen Stoff- und/oder Energieaustausch gibt, dann vergrößern diese Veränderungen die Entropie S des Systems. Für isotherme Systeme, die in allen Teilen gleiche Temperatur besitzen, ist dieser Grundsatz gleichbedeutend mit der Aussage, daß die durch die Reaktion verursachten Änderungen im Falle insgesamt konstanten Volumens die Helmoltzsche freie Energie F, bzw. im Falle konstanten Druckes die Gibbssche freie Enthalpie G des System verringern.

Helmut Kaesche

4. Der elektrolytische Mechanismus der Korrosion

Zusammenfassung

Häufig ist ein korrodiertes Metall unmittelbar die Anode einer kurzgeschlossenen galvanischen Zelle. Man spricht dann von der Einwirkung eines „Korrosionselementes“ bzw. einer Korrosions-Kurzschlußzelle. Im übersichtlichsten Fall handelt es sich bei der Kathode der Zelle um eine einfache Gaselektrode, also eine Wasserstoff- oder eine Sauerstoffelektrode.

Helmut Kaesche

5. Die Kinetik der Elektrodenreaktionen

Zusammenfassung

Während der Elektrodenreaktion der Wasserstoffabscheidung [1] reagieren \({{\rm{H}}^+ }{\rm{ - }}\) Ionen, die im Innern der Lösung als hydratisierte Hydroniumionen \({{\rm{H}}_3}{{\rm{O}}^+}{({{\rm{H}}_2}{\rm{O)}}_{\rm{x}}}\) vorliegen, mit Elektronen aus dem Metall letztlich zu \({{\rm{H}}_2}\)-Molekeln in der Gasphase.

Helmut Kaesche

6. Die Kinetik der gleichmäßigen Korrosion

Zusammenfassung

Ein festes, praktisch reines Metall werde in einer nichtoxydierenden Säure unter Wasserstoffentwicklung angegriffen. Abkürzend soll dieser Vorgang als „Säurekorrosion“ bezeichnet werden. Das korrodierte Metall soll von reaktionshemmenden Deckschichten frei sein.

Helmut Kaesche

7. Inhibitoren der Säurekorrosion. Adsorption an Elektroden

Zusammenfassung

Korrosionsinhibitoren sind im Prinzip Substanzen, die, in die Elektrolytlösung eingebracht, die Korrosionsgeschwindigkeit vermindern. Bei so allgemeiner Definition fallen unter den Begriff Inhibitoren auch Mittel wie Soda, die die Elektrolytlösung zum Zwecke der Passivierung der Metalle (vgl. Kap. 10) alkalisieren, oder auch Mittel wie Hydrazin, die gelösten Sauerstoff verzehren.

Helmut Kaesche

8. Besondere Aspekte der Korrosion von Legierungen

Zusammenfassung

Die Mechanismen der Korrosion sind bisher unter der Voraussetzung abgehandelt worden, das korrodierte Metall sei rein, bzw. es könne das Modell der Korrosion reiner Metalle mit ausreichender Näherung angewendet werden. Handelt es sich zum Beispiel um Sauerstoffkorrosion der unlegierten Stähle im Potentialbereich geschwindigkeitsbestimmender Diffusion des Sauerstoffs im Grenzstrombereich, so ist das Verfahren gut anwendbar, denn die Geschwindigkeit der Diffusion zu einer Metalloberfläche durch die Flüssigkeitsgrenzschicht hängt von der Zusammensetzung der Oberfläche nicht ab.

Helmut Kaesche

9. Das Rosten des Eisens. Der Einfluß dicker Deckschichten

Zusammenfassung

In Kap. 6.2 war der Mechanismus der Reaktionsteilschritte, die bei der Sauerstoffkorrosion des Eisens in neutralen Lösungen über Fe²⁺ zum Fe³⁺, Fe(OH) und zum Rost führen, ebenso übergangen worden wie die Wirkung der Rostschicht auf den weiteren Ablauf der Korrosion.

Helmut Kaesche

10. Die Passivität der Metalle

Zusammenfassung

Der Begriff der Passivität geht auf die Beobachtung des Verhaltens des Eisens in Salpetersäure-Lösungen zurück: In verdünnten HNO₃-Lösungen geht das Metall nach dem üblichen Mechanismus der Säurekorrosion in Lösung; die Korrosionsgeschwindigkeit steigt wie erwartet mit der Säurekonzentration.

Helmut Kaesche

11. Die Einwirkung galvanischer Kurzschlußzellen auf die Korrosion

Zusammenfassung

Taucht man eine Elektrode aus der Metallsorte A und eine Elektrode aus der Metallsorte K in eine Elektrolytlösung ein, so ist im allgemeinen das Ruhepotential (ε_a)_R der Elektrode A vom Ruhepotential (ε_k)_R der Elektrode K verschieden.

Helmut Kaesche

12. Korrosions-Lochfraß, Lochkorrosion

Zusammenfassung

Die Entstehung lochartiger Anfressungen in Metalloberflächen durch Korrosion, die in diesem Kapitel zur Diskussion steht, gehört zu den Erscheinungsformen der ungleichmäßigen Korrosion. Sie interessiert hier nur insoweit sie nicht trivial ist, also etwa dadurch zustandekommt, daß eine sonst gut wirksame Schutzschicht, also etwa ein Anstrich, auf der Metalloberfläche zufällig durchlöchert ist. Was hier als „Korrosions-Lochfraß“ bzw.

Helmut Kaesche

13. Interkristalline und intrakristalline Korrosion

Zusammenfassung

Als interkristalline Korrosion wird der bevorzugte Angriff der Korngrenzen eines polykristallinen Metalls bezeichnet. Dabei interessiert in der Praxis weniger die Bildung flacher Gräben längs der Korngrenzen, oder ein verstärkter Korngrenzenangriff eines Metalls, das insgesamt schnell korrodiert wird.

Helmut Kaesche

14. Wasserstoff in Eisen und Stahl: Beizblasen, Innenrisse, unterkritische Rißausbreitung

Zusammenfassung

Wasserstoff in Metallen interessiert hier als Agens der Werkstoffschädigung. Das Thema ist kürzer und anschaulich mit dem Stichwort Wasserstoffversprödung (gewöhnlich abgekürzt HE benannt, von „hydrogen embrittlement“) zu bezeichnen.

Helmut Kaesche

15. Die Spannungsrißkorrosion

Zusammenfassung

Als Spannungsrißkorrosion, SpRK (bzw. SCC, vgl. Kap. 14), wird die Ausbreitung von Rissen in Werkstücken unter der gleichzeitigen Einwirkung von Korrosion und entweder statischer, oder einsinnig schwellender Zugspannung verstanden.

Helmut Kaesche

16. Die Schwingungsrißkorrosion (Korrosionsermüdung)

Zusammenfassung

Als Materialermüdung bezeichnet man den Festigkeitsverlust von Bauteilen unter dem Einfluß zyklisch wechselnder, also schwingender Belastung.

Helmut Kaesche

17. Anhang

Zusammenfassung

Ist ein Metall in einer gegebenen Elektrolytlösung an sich passivierbar, liegt das Ruhepotential aber im Bereich der aktiven schnellen Korrosion, so kann grundsätzlich daran gedacht werden, die Passivität und damit den Korrosionsschutz durch anodische Polarisation mit äußeren Strömen zu erzwingen.

Helmut Kaesche

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