Korrosionsschutz
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Das Wort Korrosion wurde aus dem lateinischen Wort "corrodere" für zernagen abgeleitet.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Der Begriff Korrosion
Unter dem Begriff Korrosion versteht man die durch chemischen oder elektrochemischen Angriff entstehenden Qualitätsminderungen eines meist metallischen Werkstoffes. Heute wird der Begriff Korrosion auch auf Werkstoffe, wie Glas, Kunststoffe, Baustoffe, angewandt. Das angreifende Medium wird als korrosives Mittel bezeichnet. Nach DIN 50900 werden u.a. folgende Korrosionsarten unterschieden:
Gleichmäßige Flächenkorrosion, bei der die Oberfläche gleichmäßig beschädigt wird Mulden-Korrosion, bei der die Oberfläche ungleichmäßig stark beschädigt wird Loch-Korrosion, die nur kleine Bereiche der Oberfläche zerstört Spalt-Korrosion, bei der kleine Bereiche der Oberfläche spaltenförmig angegriffen werden
Um diesen chemischen Prozess zu verhindern, gibt es verschiedene Verfahren, die man allgemein als Korrosionsschutz bezeichnet.
Diese im Grunde sehr unterschiedlichen chemischen und physikalischen Techniken lassen sich in wenige Kategorien einteilen:
[Bearbeiten] Schutz durch eine Sperrschicht
Eine Sperrschicht ist eine möglichst undurchlässige und nicht elektrisch leitfähige Schicht wie zum Beispiel ein Lack oder eine Konversionsschicht, d.h. eine Phosphatierung, eine Eloxalschicht, eine Harteloxalschicht, eine Chromatierung oder andere Umwandlungsschichten mit eher keramischem Charakter. Auch galvanotechnisch oder chemisch erzeugte metallische Deckschichten aus Zinn, Gold, Nickel, Kupfer oder Legierungsschichten wie Nickel-Phosphor (chemisch Nickel) wirken als Sperrschicht. Diese Schichten sind zwar leitfähig, aber auch sehr dicht. Entscheidend ist hier, dass diese Schichten porenfrei abgeschieden werden. Beim galvanischen Vernickeln wirkt das Nickel als kathodisch wirksamer, passiver Korrosionsschutz. Dabei bildet die Nickelschicht eine Deckschicht, die verhindert, dass korrosiv aktive Substanzen wie z.B. Wasser und Sauerstoff mit dem Grundwerkstoff (z.B. Eisen) in Berührung kommen. Dabei ist Nickel nicht nur korrosions-, sonder auch hitzebeständig, duktil und hat dekorative Eigenschaften. Bei Raumtemperatur ist Nickel beständig gegen Luft, Wasser, nichtoxidierende Säuren (wie z.B. Salzsäure), Laugen und die meisten organischen Stoffe. Das Metall ist allerdings selbst nicht völlig gegen Korrosion gefeit. So kann verdünnte Salpetersäure Nickel durchaus auflösen. Es bildet sich jedoch unter bestimmten Bedingungen eine Passivierungsschicht aus Nickeloxid, welche die Beständigkeit der Oberfläche weiter steigert.
[Bearbeiten] Aktiver kathodischer Korrosionsschutz
Unedlere Schichten schützen das Werkstück und fungieren dabei als Opfer- oder Schutzanode - die Schicht löst sich bevorzugt auf und erhält somit möglichst lang die Funktion des Bauteils. Ein klassisches Beispiel ist die Verzinkung von Stahl, aber auch der Schutz von Wasserbauwerken wie z.B. Schiffen, Schleusen, Spundwänden, Bootsteilen und Schienen durch entfernte Opferanoden aus Zink-, Aluminium- oder Magnesium-Legierungen. Außerdem ist kathodischer Korrosionsschutz – kurz KKS – auch mittels Fremdstrom und Fremdstrom-Anoden möglich.
Eisen steht in der elektrochemischen Spannungsreihe positiver als Zink, d.h. Zink ist unedler als Eisen und stellt im galvanischen Element die Anode dar, und Eisen ist die Kathode. Eisen als edleres Metall ist daher so lange kathodisch geschützt, bis das Zink wegkorrodiert ist.
- Schutz eines Rohrleitungssystems durch Korrosionsinhibitoren, die in den Wasserkreislauf gegeben werden
- Zur Feststellung der Korrosionsfestigkeit von Beschichtungen werden genormte Umweltprüfungen durchgeführt. Hierbei werden z.B. Oberflächen mit Ritzprüfgeräten leicht verletzt, und dann einem Salzsprühnebel ausgesetzt.
Mit dem aktiven Korrosionsschutz verfolgt man das Ziel ein Metall, dass oft in Berührung mit beispielsweise Wasser kommt vor Rost zu schützen. Hierzu behilft man sich einem unendlerem Stoff, der quasi für das Metall geopfert wird. Die Reaktion läuft wie folgt ab: (am Beispiel Fe/Mg) Sobald Magnesium mit dem Wasser in Kontakt kommt wird es zu Mg2+ und Fe2- oxidiert. Diese Reaktion läuft nur sehr langsam ab, kann aber durch veränderte Bedingungen beschleunigt werden. Die auf das Wasser treffenden Elektronen spalten dieses nun in H2 und 2OH- auf. Das Eisen verändert sich nicht, da es auch die vom Magnesium abgegebenen Elektronen wieder aufnehmen kann. Das Magnesium hingegen löst sich nach einer bestimmten Zeit auf und der Rostschutz für das Eisen muss gegebenenfalls erneuert werden.
[Bearbeiten] Versuch
Beispiel: Eisennagel
| 1. Ein ungeschützter Eisennagel wird in angesäuertes Salzwasser gegeben. Nach einiger Zeit geht das Eisen in Lösung und korrodiert, da keine Opferanode vorhanden ist. Des Weiteren bildet sich Wasserstoff (H2) am Eisennagel. |  Abb. 1 |
| 2. Der Eisennagel wird mit dem unedleren Magnesium geschützt. Es kommt zur Bildung eines Lokalelements, indem Magnesium als Anode wirkt und sich somit für das Eisen opfert. Es bildet sich Wasserstoff. Zudem entsteht H2 an der Fe-Kathode. Der Grund hierfür ist im Elektronenfluss vom Mg zum Fe zu suchen, da Mg unedler ist als Eisen und somit ein größeres Reduktionsvermögen besitzt. |
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| 3. Nehme man zum Beispiel das edlere Kupfer, so wirkt Eisen als Anode und das Kupfer kann das Eisen vor der Korrosion nicht schützen. Auffallend ist, dass das Eisen hier schneller oxidiert. Auch hierbei findet ein Elektronenfluss statt, der vom Fe zum Cu verläuft. Damit wird die Korrosion beschleunigt. |
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Dabei ist zu beachten, dass je nach Anwendung die Anode unterschiedlich zu wählen ist. Des Weiteren muss die Anode mit dem Metall direkt verbunden sein, damit eine vollständige Schutzfunktion gewährleistet ist.
