Skip to main content
main-content
Top

Table of Contents

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Als Korrosion bezeichnet man die von der Oberfläche ausgehende Beschädigung eines Werkstoffs durch das ihn umgebende Medium. Der Begriff bezieht sich entweder auf den Vorgang selbst oder auf den daraus resultierenden Schaden. Entsprechend dieser allgemeinen Definition können auch andere Werkstoffe als Metalle, wie z.B. Keramik, Kunststoffe oder Beton, korrodieren. Werden keine besonderen Angaben über den Werkstoff gemacht, so handelt es sich gewöhnlich um ein Metall. In diesem Sinn ist der Begriff Korrosion auch im folgenden ausschließlich zu verstehen.
Gösta Wranglén

2. Elektrochemische Mechanismen

Zusammenfassung
Der elektrische Widerstand wird mit R bezeichnet und in Ω (Ohm) gemessen, der spezifische elektrische Widerstand ρ wird in Ωm angegeben. Der Kehrwert des Widerstandes ist die elektrische Leitfähigkeit (Ω-1), die spezifische elektrische Leitfähigkeit σ= 1/ρ hat die Einheit (Ωm)-1 = S/m. Der Widerstand eines elektrischen Leiters der Länge 1 und der Fläche A berechnet sich nach der Formel R = ρ1/A. Gebräuchliche Einheiten für den spezifischen Widerstand sind auch: 1 μΩcm = 10-8 Ωm sowie 1 Ωmm2/m = 1 μΩm = 100 μΩm und vor allem 1 Ωcm = 10-2 Ωm Hieraus folgt für die spezifische elektrische Leitfähigkeit σ = 1Ω-1cm−1 = 100Ω−1m−1 usw.
Gösta Wranglén

3. Metallkundliche Aspekte

Zusammenfassung
Da die Struktur von Metallen und Legierungen für ihre Korrosionseigenschaften entscheidend ist, können diese nicht ohne die Anwendung metallkundlicher Begriffe diskutiert werden. Im folgenden werden einige Grundlagen der Metallkunde eingeführt, die sich jedoch hauptsächlich auf Eisen und Stahl beschränken. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei den rostfreien Stählen.
Gösta Wranglén

4. Metallische Korrosion in verschiedenen Medien

Zusammenfassung
Die Einteilung der Korrosion erfolgt üblicherweise nach folgenden Kriterien:
  • Korrosionsmedien,
  • Korrosionsmechanismen,
  • Korrosionsarten,
  • Metalle,
  • Anwendungsgebiet oder Industriezweig,
  • Korrosionsschutzmaßnahmen.
Gösta Wranglén

5. Potential-pH-Diagramme

Zusammenfassung
Die meisten Metalle sind deshalb korrosionsanfällig, weil sie zusammen mit den umgebenden Medien wie Wasser und Luft ein thermodynamisch instabiles System darstellen, welches bestrebt ist, Energie (bzw. freie Enthalpie) durch Bildung einer chemischen Verbindung des Metalls (Oxid oder wasserhaltiges Oxid) freizusetzen. Das Metall als solches wird unter Aufwand von Energie aus seinen natürlich vorkommenden Verbindungen, den Erzen, gewonnen. Der Korrosionsvorgang kann also als das Bestreben des Metalls angesehen werden, wieder in den ursprünglichen oxidierten Zustand zurückzukehren. Deshalb ist es wichtig, die Thermodynamik dieser Korrosionsvorgänge zu betrachten, da sie Aufschluß über die Bedingungen gibt, unter denen ein Metall korrodieren kann.
Gösta Wranglén

6. Die Kinetik der elektrochemischen Korrosion. Passivität

Zusammenfassung
Die Bestimmung des Elektrodenpotentials, das sich auf einer Metalloberfläche in einer korrosiven Flüssigkeit entwickelt, ist ebenso wichtig wie schwierig. In der Regel enthält diese Flüssigkeit anfänglich noch keine Ionen des Metalls der Elektrode. Das sich in diesem Fall einstellende irreversible Elektrodenpotential weicht deshalb merklich von dem reversiblen Gleichgewichtspotential einer Metallelektrode ab, die sich in der Lösung ihrer eigenen Ionen befindet.
Gösta Wranglén

7. Korrosion durch Wasserstoffentwicklung und Sauerstoffreduktion

Zusammenfassung
Für das Auftreten von Korrosion ist das Zusammenwirken von anodischer Metallauflösung und kathodischer Reduktion eines Oxidationsmittels erforderlich. Für kathodische Reaktionen kommen folgende kathodischen Vorgänge infrage, von denen die beiden ersten besonders häufig sind:
  • Wasserstoffentwicklung,
  • Sauerstoffreduktion,
  • Reduktion von oxidierenden Metallionen, z.B. Fe(III)-Ionen in Rost, die als Sauerstoffträger wirken,
  • Abscheidung von edleren Metallen, die sich aus ihren Ionen bilden, z.B. Kupfer aus Cu2+ auf Eisen oder Aluminium,
  • Reduktion von oxidierenden Säuren und Anionen (HNO3, 3 - usw.).
Gösta Wranglén

8. Einige wichtige Arten der elektrochemischen Korrosion

Zusammenfassung
Korrosion findet statt, wenn eine Potentialdifferenz zwischen anodischen und kathodischen Oberflächen vorhanden ist und wenn ein Medium vorliegt, welches den kathodischen Prozeß aufrechterhält. Letzteres wurde im vorausgehenden Kapitel behandelt. Entsprechend ihrer Größe lassen sich die Korrosionszellen unterteilen in:
  • Makrozellen, die zu einem lokalisierten großflächigen Angriff führen. Beispiele hierfür sind Belüftungszellen und galvanische Zellen zwischen unterschiedlichen Metallen.
  • Mikrozellen, die zu lokalisiertem Angriff führen (Beispiele s.u.).
  • Submikroskopische Zellen, die eine gleichmäßige Korrosion bewirken. Ein Beispiel liefert Bild 8.1.
Gösta Wranglén

9. Der Einfluß mechanischer Faktoren auf die Korrosionsarten

Zusammenfassung
In diesem Abschnitt werden Korrosionsarten behandelt, die durch ein Zusammenwirken chemischer und mechanischer Faktoren verursacht werden. In Abhängigkeit von der Art des mechanischen Kraftangriffs lassen sich folgende Fälle unterscheiden:
  • Mechanische Kräfte innerhalb des Metalls:
    a)
    Spannungsrißkorrosion (Überlagerung von Zugspannungen und Korrosionsangriff an der Oberfläche),
     
    b)
    Bruch infolge von Wasserstoffversprödung (Überlagerung von Zugspannungen und atomar im Metall gelöstem Wasserstoff),
     
    c)
    Korrosionsermüdung (Überlagerung von zyklischer Belastung und Korrosionsangriff an der Oberfläche).
     
  • Mechanische Einwirkung einer Flüssigkeit auf das Metall:
    a)
    Erosionskorrosion (infolge von Scher- oder Reibkräften zwischen einer Flüssigkeit und dem Metall),
     
    b)
    Kavitationskorrosion (infolge des mechanischen Angriffs implodierender Dampfblasen, die sich in schnell strömenden Medien bilden können).
     
  • Mechanische Einwirkung eines Festkörpers auf das Metall: Reibkorrosion (infolge von Vibrationen unter Druck); im Gegensatz zu den vorangehenden Fällen ist die Reibkorrosion gewöhnlich nicht elektrochemischer Natur.
Gösta Wranglén

10. Atmosphärische Korrosion

Zusammenfassung
Die atmosphärische Korrosion ist sowohl von geographischen als auch von lokalen Bedingungen stark abhängig (Bild 10.1). Klimatisch läßt sich die Erde in gemäßigte, tropische und arktische Regionen unterteilen, wobei die tropischen Gebiete wiederum in trockene und feuchte Gebiete gegliedert werden. Für die atmosphärischen Bedingungen gilt die Einteilung in maritimes, industrielles, städtisches und ländliches Klima. Die Korrosionsgeschwindigkeit in Industriegebieten kann um den Faktor 100 höher liegen als in der Wüste oder in einem arktischen Gebiet.
Gösta Wranglén

11. Bodenkorrosion

Zusammenfassung
Mineralische Böden werden nach Bodenarten gegliedert, welche durch eine vorherrschende Korngrößenklasse gemäß Tabelle 11.1 charakterisiert sind. Ausgenommen sind hierbei Lehmböden, bei denen ein Gehalt an Ton von > 15% ausschlaggebend ist. Die Bodenarten tragen dieselben Bezeichnungen wie die entsprechenden Größenklassen der Tabelle 11.1.
Gösta Wranglén

12. Korrosionsschutz durch metallurgische sowie durch konstruktive Maßnahmen

Zusammenfassung
Der Korrosionswiderstand metallischer Werkstoffe läßt sich häufig durch Änderung der Zusammensetzung (entweder Hinzufügung von Legierungszusätzen oder Reinheitssteigerung durch Raffination), durch Gefügeänderungen (mit Hilfe von Wärmebehandlungen) oder durch Änderung der Spannungszustände (mittels Wärmebehandlung oder Kaltverformung) und schließlich durch Änderung des Oberflächenzustandes (d.h. durch Polieren oder Beizen) erheblich verbessern.
Gösta Wranglén

13. Korrosionsschutz durch Beeinflussung des korrosiven Mediums

Zusammenfassung
Beispiele hierfür sind:
  • Entfernen von Sauerstoff aus Wasser durch Evakuieren, durch Sättigung mit Stickstoff oder durch Zusätze von Sulfit oder Hydrazin;
  • Entfernen von Säure aus Wasser durch Neutralisation, z.B. durch Zusatz von Kalk;
  • Entfernen von Salzen aus Wasser durch Ionenaustauscher;
  • Entfernen von Feuchtigkeit aus der Luft durch Trocknung, z.B. durch Verwendung von Silikagel in Instrumenten, Verpackungen und anderen kleinen geschlossenen Räumen;
  • Erniedrigung der relativen Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft durch eine Erhöhung der Temperatur, z.B. 6–7 °C über der Außentemperatur in Lagerräumen;
  • Beseitigung fester Teilchen aus dem Wasser oder der Luft durch Filterung, Rauchgasfilterung usw.
Gösta Wranglén

14. Korrosionsschutz durch Änderung des Elektrodenpotentials Metall/korrosives Medium

Zusammenfassung
Da die Korrosion von Metallen in feuchten Medien elektrochemischer Natur ist, liegt es nahe zu versuchen, sie auch mit elektrochemischen Methoden zu unterbinden. Verfahren dieser Art beinhalten eine Änderung des Elektrodenpotentials des Metalls, um dessen Auflösung zu verhindern oder zumindest zu verringern. Elektrochemischer Korrosionsschutz läßt sich in kathodischen und anodischen Schutz entsprechend der Verschiebung des Elektrodenpotentials in negativer oder positiver Richtung gliedern. Der kathodische Schutz ist das bei weitem wichtigere der beiden Verfahren.
Gösta Wranglén

15. Korrosionsschutz durch Überzüge

Zusammenfassung
Vor dem Aufbringen von Schutzüberzügen auf Metalloberflächen ist es im allgemeinen notwendig, die Oberfläche sehr sorgfältig zu reinigen. Zusätzlich muß eine Oberflächenbehandlung erfolgen, um eine geeignete Basis für den beabsichtigten Überzug zu schaffen. Diese Vorbehandlung ist besonders vor dem Elektroplattieren und Emaillieren wichtig. Die höchsten Anforderungen werden beim Elektroplattieren aus Säurebädern gestellt, doch ist auch die Reinigung und Vorbehandlung der Metalloberfläche für gewöhnliche Rostschutzanstriche meist der wichtigste Schritt des ganzen Vorgangs.
Gösta Wranglén

16. Korrosionsprüfverfahren

Zusammenfassung
Korrosionsprüfverfahren werden entweder als Laborprüfungen oder als Betriebsprüfungen durchgeführt.
Gösta Wranglén

17. Anhang

Zusammenfassung
Die in Kap. 5 beschriebenen theoretischen Potential-pH-Diagramme sind ein praktisches Hilfsmittel zur Darstellung von Gleichgewichtsdaten verschiedener Metalle und ihrer Verbindungen in der Gegenwart von Wasser. Die theoretischen Potential-pH-Diagramme veranschaulichen sowohl die Korrosionseigenschaften des Metalls als auch die Ausdehnung des Passivbereiches meist recht gut. Für bestimmte stark passivierende Metalle dagegen geben die theoretischen Diagramme ein irreführendes Bild der Korrosionseigenschaften, indem sie einen wesentlich kleineren Passivbereich zeigen, als es der Praxis entspricht. Die Änderung der theoretischen Diagramme aufgrund praktischer Erfahrungen der Korrosion und der Passivität von Metallen in sauren, alkalischen und oxidierenden Medien und ihr Verhalten bei anodischer Polarisation führt zu empirischen Potential-pH-Diagrammen, die ein besseres Bild der Korrosionseigenschaften der Metalle vermitteln und damit von größerem praktischen Nutzen sind. Im folgenden sind diese Diagramme für eine Anzahl technisch wichtiger Metalle aufgeführt. Der pH-Wert einer korrosiven Lösung läßt sich im allgemeinen leicht messen oder abschätzen. Das Redoxpotential in der Lösung kann mit Hilfe einer glänzenden Platinelektrode bestimmt werden. Das Korrosionspotential (gemischtes Potential), das sich auf einem bestimmten Metall ausbildet, kann ebenfalls leicht, z.B. relativ zu einer Kalomelelektrode, gemessen werden. Anhand des sich ergebenden Potential-pH-Diagramms läßt sich dann ableiten, ob Korrosion stattfindet.
Gösta Wranglén

Backmatter

Additional information