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Corrosie
Kupfer schlägt grün (Malachit) oder schwarz (Kupfer(II)-oxid - CuO) bei Korrosion aus
Gold oxidiert auch nach längerer Zeit nicht

Korrosion ist die natürliche chemisch Beeinträchtigung von Materialien durch die auf sie einwirkende Umwelt, insbesondere den Abbau von Metall durch elektrochemischReaktionen. Korrosion wandelt reines Metall in (oxidiert zu) ein chemisch stabileres (weniger reaktiv) Metalloxid. Eine Materialverschlechterung durch rein mechanische (nicht-chemische) Einflüsse wie Abrieb oder Bruch durch Kollision oder Sturz gilt nicht als Korrosion.

Die bekannteste Korrosionsart ist der Angriff auf Metalloberflächen durch die Reaktion des Materials mit dem Himmel vorhanden Sauerstoff und Wasser, was zum Beispiel bedeutet, Eisen wird rosten und Kupfer wird grün. Korrosion kann auch in wässriger Umgebung und bei hohen Temperaturen auftreten keramische Materialien und Kunststoffe betroffen sein. Korrosion birgt Sicherheitsrisiken (Ausfall von tragende Strukturen) und hohe Kosten.

Korrosionsmechanismen

Es lassen sich verschiedene Korrosionsarten unterscheiden, bei denen unterschiedliche chemische Reaktionen eine Rolle spielen.

Die bekannteste Korrosionsreaktion ist die, bei der Sauerstoff aus der Atmosphäre in Kombination mit Wasser oder Feuchtigkeit aus der Atmosphäre, reagiert mit Eisen, Kupfer oder anderen Metallen in a oxidiert Situation bringt.

Ziel des Korrosionsschutzes ist es, diesen natürlichen Prozess so weit wie möglich zu verlangsamen.

Im Salzwasser alle Korrosionsprozesse werden beschleunigt, obwohl Sauerstoff auch das Oxidationsmittel ist. Bis zum Natrium- und Chloridionen ist der Leitfähigkeit von Salzwasser ist viel höher als von reinem Wasser und die Kurzschlussspannung des Korrosionszelle auch viel höher.

Das genaue Ablesen der Korrosionsreaktion in einer bestimmten Umgebung kann mit Hilfe der Pourbaix-Diagramm.

Sauerstoffkorrosion

Schema der Sauerstoffkorrosion von Eisen (grau) mit Rosten (rot) unter dem Einfluss von Wasser (blau) und Sauerstoff (weiß) und etwas Ladung geladener Teilchen.

Sauerstoffkorrosion wird in Wassertröpfchen gelöst Sauerstoffmolekülereduziert bis um Hydroxid- (OH−)Ionen, während das Metall gleichzeitig zu a . reagiert Metalloxid. Es rosten von Eisen ist ein Beispiel für Sauerstoffkorrosion.

Dies kann dargestellt werden, indem die Antwort als einzelne (imaginäre) angezeigt wird. halbe Reaktionen:

  • 6 Stunden2O 3 O2 12 e− → 12 OH−
  • 4 Fe → 4 Fe3 12 e−
  • 4 Fe3 12 OH− → 2 Fe2Ö3 6 Stunden2Ö

Diese Halbreaktionen ergeben zusammen:

  • 4 Fe 3 O2 → 2 Fe2Ö3

Sauerstoffkorrosion tritt in einer feuchten Umgebung auf, die neutral oder Basic ist. Außerdem muss die Metall/Metalloxid-Reaktion einen niedrigeren Standard haben Redoxpotential dann habe das Redoxpaar O2 / OH− (0,4 Volt).

Gleichmäßige Korrosion

Dies ist die gleichmäßige Korrosion von Oberflächen, auf denen kein Schutz Oxidschicht wurde eingebaut. Die Rate dieser Korrosionsart hängt in erster Linie von der Feuchtigkeit. Unter marinen oder industriellen Bedingungen (Anwesenheit von Cl-Ionen oder SO2) stammen hygroskopisch Korrosionsprodukte, die die Korrosionsbildung stark fördern.

Säurekorrosion

Bei Säurekorrosion reagieren Metalle mit a Acid zu einer Metallsalz und Wasserstoffgas.

Säurekorrosion tritt auf, wenn ein Metall einer sauren Elektrolyt (pH <7). Die Stärke dieser Korrosionsform hängt neben der Stärke der Säure auch stark von der Position des Metalls im sogenannten- Spannungsreihe. Es sollte hier links von Wasserstoff aufgeführt werden. Je weiter links in dieser Reihenfolge, desto intensiver ist die Reaktion.

Galvanische Korrosion

Galvanische Korrosion tritt auf, wenn miteinander verbundene Metalle einem Elektrolyten ausgesetzt werden. In diesem Fall ist das Metall am weitesten links im Spannungsreihe aufgeführt ist beschleunigte Korrosion und das andere Metall weniger schnell.

Zwei verschiedene und elektrisch gekoppelte Metalle in einem Elektrolyten bilden ein sogenanntes galvanisches Paar, nimmt dies ein Potential im Elektrolyten zwischen den Ruhepotentiale der beiden Metalle. Dies führt beim unedlen Metall des Paares zu einer beschleunigten Korrosion durch die Potentialerhöhung, während das andere, „edlere“ Metall aufgrund des Potentialabfalls weniger korrodiert. Dieses Phänomen wird bewusst genutzt in Kathodenschutz. All dies ist nur in Gegenwart eines Elektrolyten möglich.

Spannungskorrosion

sehen Spannungskorrosion für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Spannungskorrosion tritt bei bestimmten Metallen unter gleichzeitiger Einwirkung eines korrosiven Mediums auf und Zugspannungen. Das bekannteste Beispiel für rissbildende Spannungsrisskorrosion ist Chloridspannungsrisskorrosion im rostfreier Stahl. Dies geschieht im Allgemeinen, wenn drei Bedingungen erfüllt sind:

  1. Vorhandensein Chlorid im Wasser. Das muss nur sehr wenig sein, Leitungswasser bei 50 mg/l enthält bereits genügend Chlorid.
  2. Eine Temperatur höher als 50-60 °C
  3. Vorhandensein von Zugspannungen im Teil. Diese Spannungen können auch Spannungen durch „kalte Verformung“ sein.

Seit 1985 ist bekannt, dass in Hallenbäder Spannungsrisskorrosion kann bereits bei Temperaturen deutlich unter 50 °C auftreten. Im Steenwijk 2001 stürzte eine ganze Decke ein und Uster (Schweiz) 1985 stürzte ein Betonschwimmbaddach durch Spannungsrisskorrosion in Edelstahlbefestigungen ein. Zwölf wurden dabei getötet. 2004 kamen 28 Menschen in einem Schwimmbad in Moskau ums Leben, 2005 kamen 14 Menschen um Chusovoy 2011 starb in Tilburg ein Baby, als eine Lautsprecherbox herunterfiel.[1]

Korrosion durch Streuströme

Die wichtigsten Quellen von Streuströme im Boden befinden sich Bahn- und Straßenbahnlinien sowie eine Reihe großer Elektrolyseunternehmen (Chlor- und Aluminiumproduktion). Dies kann als elektrische Bodenverschmutzung bezeichnet werden.

Wechselströme sind relativ harmlos. DC-Ströme kann zu einer Zersetzung von Metallgegenständen im Boden führen, wie z. Durch diese Metallgegenstände gehen teilweise Streuströme hindurch und entstehen dabei Anode- und Kathodenplätze. Dies geschieht in der Regel an festen Stellen, so dass an den Anodenstellen eine beschleunigte Korrosion auftritt. Abhilfe schafft hier der sogenannte kathodische Schutz. Zum Beispiel wird manchmal eine negative elektrische Gleichspannung an ein unterirdisches Metallrohr angelegt, um es vor Korrosion aufgrund von Streuströmen zu schützen. Bei erdverlegten Gas- oder Wasserleitungen lohnt sich dies meist nicht, ist aber beispielsweise bei Dampfleitungen gängige Praxis.

Lochfraßkorrosion

sehen Lochfraßkorrosion für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Lochfraßkorrosion tritt bei Werkstoffen auf, die sich mit einer Oxidschicht gegen Korrosion schützen, wobei Partikel (oft Chloridionen) die Schutzschicht durchdringen.

Die Anfälligkeit einer Legierung gegenüber Lochfraß wird durch die Lochfraßwiderstand Äquivalentzahl (PREN).

Spaltkorrosion

Wie der Name schon sagt, tritt Spaltkorrosion in Spalten und Spalten auf, die sich mit Wasser füllen. In diesen Ritzen und Spalten kann das Wasser nicht ausreichend aufgefrischt werden, so dass das Wasser eine andere, gefährlichere Zusammensetzung erhält.

Interkristalline Korrosion

Interkristalline Korrosion ist die Entwicklung von Korrosion entlang der Korngrenzen einer Legierung. Die Kristalle selbst bleiben praktisch unberührt, aber das Metall verliert seinen Zusammenhalt. Obwohl nur eine geringe Menge an Legierung korrodiert, können die Schäden sehr groß sein.

Diese Korrosion tritt häufig auf, wenn das Material längere Zeit auf relativ hoher Temperatur gehalten wird, wodurch es sich entmischt Chrom durch die Bildung von Chromkarbid Cr23C6 (diese Substanz ist sehr reich an Chromwas Korrosion verhindert).

Diesem Prozess wird durch die Konzentrationen der Stoffe entgegengewirkt, die zur Bildung des Hartmetall um Sorgen zu vermeiden: Verwendung von Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt (Typ ( l Stahl) oder durch Stabilisierung des Stahls durch Titan, Niob, oder Tantal (angezeigt durch den Zusatz Ti, Nb oder Ta).

Auswirkungen von Korrosion

Korrosion führt zu einem Festigkeitsverlust, da die Korrosionsprodukte (Oxide und Salze) viel schwächer sind als das Metall. Die Korrosionsprodukte bröckeln und die Metallteile werden dünner. Auf diese Weise können sogar Löcher in Metallplatten fallen.

Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass die Korrosionsprodukte ein größeres Volumen einnehmen als das Metall. Die Ausdehnung des Materials kann eine Struktur zerstören. Dies geschieht zum Beispiel in Betonfäule, wobei der Bewehrungsstahl von verstärkter Beton wird rosten.

Bei einigen Korrosionsarten bildet sich eine undurchlässige Metalloxidschicht, die den Korrosionsprozess stoppt. Das erklärt die Tatsache, dass Aluminium korrodiert kaum, obwohl es an sich sehr empfindlich gegenüber Korrosionsreaktionen ist.

Korrosionsschutz

Konstruktive Details

Durch die richtige Konstruktion kann Korrosion deutlich reduziert oder sogar verhindert werden.

  • Achten Sie darauf, dass das Wasser nicht lange auf der Konstruktion verbleiben kann. Dieses Wasser wird als Transportmittel für die Reaktionsprodukte benötigt.
  • Achten Sie darauf, dass sich kein Schmutz ansammeln kann.
  • Vermeiden Sie Spalten. Diese können mit Feuchtigkeit gefüllt werden.
  • Vermeiden Sie enge Öffnungen. Dies erschwert das Auftragen einer Schutzschicht oder die Durchführung von Wartungsarbeiten.
  • Vermeiden Sie scharfe Kanten. Diese können leicht beschädigt werden. Jede Schutzschicht wird an den Kanten viel dünner sein.
  • Achten Sie auf dichte Schweißnähte oder beenden Sie sie.
  • Kontaktkorrosion vermeiden. Isolieren Sie unterschiedliche Metalle voneinander.
  • Sorgen Sie für ein wartungsfreundliches Design.

Materialwahl

Einige Materialien sind anfälliger für Korrosion als andere. Die erste Methode des Korrosionsschutzes ist die Wahl eines korrosionsbeständigen Material. Stahl muss 12-18 Prozent Cr enthalten, damit er korrosionsbeständig ist.

Schutzschicht

Folgende Methoden schirmen das anfällige Material vor dem Korrosionsmedium (z. B. der Außenluft) ab:

  • Beschichtungen (Farben oder Lacke)
  • Beschichtung mit Gummi oder Harzen
  • Verzinkung, zum Beispiel von galvanisieren
  • Emaillieren, Aufbringen einer glasähnlichen Schicht auf beispielsweise Kochgeschirr und kleinere chemische Reaktoren
  • Anodisieren aus Aluminium; elektrochemisch bildet sich auf dem Material eine Aluminiumoxidschicht, die eine weitere Korrosion verhindert
  • Brunch, Eintauchen des Stahls in eine heiße alkalische Oxidationslösung, wobei eine dünne Schicht schwarzen Eisenoxids zurückbleibt (Fe3Ö4) wird erstellt

Bei einigen Materialien (Aluminium, rostfreier Stahl) das ist nicht nötig: es Oxid bildet eine dichte, verbindende und schützende Schicht um das Metall. Dies steht im Gegensatz zu Eisen, dessen Oxid eine poröse Schicht ist. Im ersten Fall wird die Oxidation der tieferen Teile verhindert, im zweiten nicht.

Kathodenschutz

sehen Kathodenschutz für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Der kathodische Korrosionsschutz ist eine Methode des Korrosionsschutzes nach dem Prinzip der potenzieller Abfall des zu schützenden Objekts.

Bis zum Potenzial ausreichend abgesenkt, wird die Anodenreaktion von Eisen zu Eisenionen so weit verzögert, dass sie praktisch vernachlässigbar ist. Das zu schützende Objekt (zum Beispiel a Pipeline im Wasser oder im Boden) Kathode. An diesem Rohr findet nur die kathodische Wasserreduktion statt (Wasserstoffgasbildung). Der dafür benötigte Strom wird üblicherweise als Schutzstrom bezeichnet. Die Bezeichnung Schutzstrom ist eigentlich falsch, da es um das Potential (Spannung) geht und diese daher regelmäßig überprüft werden muss

Siehe auch

Literatur

Siehe die Kategorie Korrosion von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.