Korrosionsschutz
Korrosionsschutz
Korrosionsschutz
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1. Allgemeines<br />
<strong>Korrosionsschutz</strong><br />
- technische Verfahren und Maßnahmen zur Verhinderung der Korrosion von Werkstoffen<br />
- aktiver und passiver <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
Voraussetzungen für Korrosion:<br />
· Potentialdifferenz<br />
· elektrolytische Verbindung zwischen Anode und Kathode mit Ionentransport<br />
· elektrische (metallische) Verbindung außerhalb des Elektrolyten (Elektronentransport)<br />
· kathodischer Prozess<br />
· anodischer Prozess<br />
eine Voraussetzung nicht erfüllt keine Korrosion Grundlage für <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
2. Aktiver <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
- in Korrosionsvorgang selbst eingreifen<br />
2.1. Angepasste Materialauswahl<br />
- beste und billigste <strong>Korrosionsschutz</strong>: Auswahl geeigneter Werkstoff erleidet bei zu<br />
erwartenden Umgebungsbedingungen keine Korrosion<br />
- Voraussetzung: Werkstoffe mit verschiedenen Wirkmedien kennen<br />
- häufig aus technologischen Gründen (z.B. Festigkeitsanforderungen oder Kostengründen)<br />
nicht möglich<br />
- Bsp.: Al/Mg-Legierungen im Flugzeugbau<br />
- beide Metalle unedel, überziehen sich aber mit dünnen Film von inertem Oxid<br />
(Passivierung)<br />
- Titan als Ersatz für Cu bei dünnwandigen Wärmeaustauschern in Wärmekraftwerken<br />
- Chrom schützt Eisen in neutraler Umgebung (Bildung von inertem Chrom(III)-oxid) <br />
unedler als Eisen erst nach Auflösung Korrosion Werkstück<br />
- bes. widerstandsfähig: „Nirostastahl” (Eisen-Chrom-Nickel-Legierung)<br />
2.2. <strong>Korrosionsschutz</strong>gerechte Konstruktion<br />
- zu schützende Objekt vom korrodierenden Stoff trennen<br />
- bei Fertigung darauf achten, dass keine korrosionsgefährdeten Stellen:<br />
· Kontaktkorrosionsstellen ausschalten: gleiche Werkstoffe in Bauteilgruppe oder isolierende<br />
Zwischenschichten<br />
· sachgerecht ausgeführte Schweißverbindungen<br />
· Schraubverbindungen ersetzen Verwendung geschlossener Profile, z.B. Rohre<br />
· möglichst glatte Oberflächen, z.B. durch Abschleifen oder Polieren<br />
2.3. Elektrochemischer <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
2.3.1. Kathodischer <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
- Werkstück (z. B. Fe) durch bewusst korrodierenden Kontakt mit unedleren Metall (Mg)<br />
kathodisch geschaltet galvanisches Element<br />
- Elektrolyt: Wasser oder Erdreich<br />
- andere Metall oxidiert „Opferanode“ (opfert sich für edlere Metall)<br />
- Verwendung Magnesiumanode: Mg Mg 2+ -<br />
+ 2 e<br />
- Elektronen fließen vom unedleren Metall (Mg) zur Kathode (Fe)<br />
Eisen gibt keine Ionen ab bildet keine Verbindungen keine Rostbildung<br />
- eingesetzt, wo Metallteile unter Wasser oder Erde liegen (Rohrleitungen, Schiffsrümpfe,<br />
Heizkessel, Lagertanks)
- Heizungsbau: dicker Stab aus Al, Zn, Mg (bzw. alles zusammen als Legierung) in den<br />
Kessel eingebaut elektrisch leitend mit Kesselanlage verbunden<br />
- ab und zu Magnesium erneuern, da langsam abgebaut (verbraucht)<br />
- auch möglich: durch Fremdstrom (mit Stromquelle)<br />
negativer Pol mit Werkstück verbunden<br />
positiver Pol mit Fremdstromanode (Silizium-Gusseisen, Graphit, Magnetit)<br />
Rohrleitungen, Industrieanlagen, Offshore-Anlagen<br />
bei neuen Mittelland-Kanal-Weserbrücke in Minden<br />
2.3.2. Anodischer <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
Passivierung<br />
- Erzeugen von reaktionsträgen Oberflächen auf normalerweise reaktionsfreudigen Metallen<br />
auf Oberfläche bildet sich für Reaktionspartner undurchlässige Schicht aus<br />
- chemisch durch Einwirkung von Sauerstoff, Wasser oder Oxidationsmitteln<br />
- elektrochemisch durch anodische Oxidation<br />
Sonderform Galvanisierung<br />
Chemische Passivierung<br />
- Bsp.: Magnesium in Wasser getaucht<br />
→ Mg(OH) 2 + 2 H 2<br />
- auch bei Aluminium, Zink und Nickel<br />
- andere Metalle (Chrom, Vanadium, Wolfram) dünne Schicht aus Oxiden durch<br />
Reaktion mit Sauerstoff<br />
- elementares Eisen: gegenüber trockener Luft durch Ausbildung Oxidschicht passiviert<br />
Einwirkung von Wasser und Kohlendioxid rostet<br />
Rost keine homogene Oberfläche, sondern bricht von Oberfläche schuppig ab <br />
Kanäle gebildet Wasser an Metalloberfläche<br />
durch Oberflächenanstriche oder Legierung vor Korrosion schützten (passiver KS)<br />
Elektrochemische Passivierung<br />
- schützende Oxidschicht mit elektrischen Strom erzeugt<br />
- met. Werkstück z. B. in mit verdünnter Schwefelsäure gefüllten Trog getaucht<br />
Werkstück als Anode geschaltet<br />
- erwünschten Oxide in äußeren Metallschicht anodische Oxidation<br />
- verbreitetste Verfahren: Eloxal-Verfahren (elektrisch oxidiertes Aluminium)<br />
Aluminium und Legierungen durch anodische Oxidation in Schwefelsäure- oder<br />
Oxalsäurebädern mit 10 bis 30 μm dicken Oxidschicht aus AL 2 O 3 überzogen<br />
Oberfläche charakteristisch matt und gegenüber Witterung und Seewasser stabil<br />
- weitere aktive Maßnahme: Korrosionsinhibitoren einsetzen verringern Wirkung des<br />
korrodierenden Stoffs, indem sie ihn binden oder neutralisieren<br />
3. Passiver <strong>Korrosionsschutz</strong><br />
- Schutz von Werkstoffen durch Überziehen mit <strong>Korrosionsschutz</strong>mitteln<br />
3.1. Oberflächenveränderung durch metallische Überzüge<br />
- Korrosion am verzinkten und verzinnten Stahlblech Unterschied ob Metall (Überzug)<br />
edler oder unedler als Werkstoff<br />
- Eisen edler als Zink Verletzung Zink Lochfraß am Zinkblech (da Anode)<br />
(elektronegativer Überzug)
- Zinn edler als Eisen Verletzungen Zinn Eisen Anode Lochfraß am Eisen<br />
(elektropositiver Überzug)<br />
3.1.1. Galvanisieren<br />
- Beschichtung von Oberflächen mit Hilfe des elektrischen Stroms<br />
Oberflächeneigenschaften, die Grundmaterial nicht oder nicht in dieser Güte aufweist<br />
- im engeren Sinn: Abscheidung von metallischen Schichten auf Werkstücken<br />
- im weiteren Sinn: umfasst auch Erzeugung von nichtmetallischen Oberflächen<br />
Elektroplattierung<br />
- Abscheidung von 1-50 μm dünnen metallischen Schichten auf Oberflächen, die elektrischen<br />
Strom leiten<br />
- Werkstück (z. B. Eisen) in wässrige Lösung von Kupfersulfat getaucht<br />
- Werkstück als Kathode (Minuspol) geschaltet<br />
- Kupferplatte Anode<br />
- Anordnung = galvanisches Bad<br />
- Spannung von 2 bis 10 Volt angelegt<br />
Anode: elementares Kupfer geht in Lösung (Cu 0 → Cu 2+ )<br />
Kathode: Kupferionen zu metallischem Kupfer entladen (Cu<br />
2+ → Cu 0 )<br />
schlagen sich auf Eisenoberfläche nieder<br />
bilden auf Werkstück dünne, gleichmäßige Schicht Werkstück verkupfert<br />
- Metalle, die galvanisch abgeschieden werden: Cu, Ni, Zn, Cr, Sn, Ag, Au<br />
- sehr edle Metalle (Gold) gehen auf Anodenseite nicht in Lösung Goldsalz<br />
galvanischen Bad kontinuierlich zugefügt<br />
- Vorbereitung: Werkstück gründlich gereinigt Metallabscheidung nur an Stellen die Strom<br />
leiten<br />
- ohne äußere Stromquelle Werkstück (z. B. Eisen) in Lösung eines edleren Metalls (z. B.<br />
Silbercyanid-Lösung) getaucht<br />
Teil des Eisens geht in Lösung<br />
- Silberionen schlagen sich als elementares Silber auf Eisenoberfläche nieder<br />
so lange bis gesamte Oberfläche des Eisens durch Silber abgedeckt<br />
3.1.2. Feuerverzinken<br />
- Werkstück in flüssiges Zinkmetall getaucht<br />
- Verletzung Zinkschicht auf Eisen Zink zur Anode (Opferanode) und Eisen zur Kathode<br />
- z.B. Stahlbleche bei Autoherstellern in 450 °C heiße Schmelze<br />
- heißes Wasser (>60 °C) Potential von Eisen und Zink dreht sich um heftige Korrosion<br />
- 80-120 μm, preiswert und sehr beständig<br />
- eisblumenartig aussehende Zinkschicht<br />
3.2. Oberflächenveränderung durch nichtmetallische Überzüge<br />
- z.B. Überzüge wie Folien, Email, Fetten, Wachsen<br />
- Rostumwandler: enthalten Phosphorsäure wandelt unter Mitwirkung von Netzmitteln<br />
(Tensiden) Rost in stärker haftendes Eisenphosphat um aufschiebende Wirkung<br />
- z.B. auf Maschinengehäusen, Blechverkleidungen oder Stahltragwerken<br />
<strong>Korrosionsschutz</strong>anstriche<br />
- überziehen Bauteil mit zusammenhängenden Schicht<br />
- Schutzdauer: viele Jahre<br />
- Haltbarkeit hängt von verwendeten Anstrichstoff und sachgerechten Vorbehandlung der zu<br />
beschichtenden Oberfläche ab<br />
frei von anhaftenden Fett, Schmutz und Rost
- verrostete Bauteile z.B. durch Strahlen oder Schleifen entrostet<br />
- entfettet durch Tauchen in Entfettungsbädern aus Waschlösungen<br />
- Aufbringen Schutzanstrichs durch Streichen, Spritzen oder Tauchen<br />
- einfache <strong>Korrosionsschutz</strong>anstriche (z.B. auf Verkleidungen von Werkzeugmaschinen) <br />
aus Grundanstrich und Deckanstrich<br />
- aufwendige <strong>Korrosionsschutz</strong>systeme (z.B. auf Industrie-Stahlbauten oder Karosserieblech)<br />
aus bis zu 6 Schichten<br />
- dauerhafter Schutz durch Anstriche nur zu erreichen, wenn <strong>Korrosionsschutz</strong>systeme<br />
(mehrschichtige Anstriche) aufgebracht<br />
Pulverbeschichtungen<br />
- Beschichten von Bauteilen mit Kunststoffpulvern<br />
- z.B. Epoxidharze, PVC, PE, Fluorkunststoffe, Acrylat<br />
- Aufbringverfahren: Pulversintern, Wirbelsintern, Flammspritzen,<br />
- Pulversintern: Metallteil 200-400°C<br />
- Dicke abhängig von Vorwärmtemperatur, Tauchzeit<br />
- Flammspritzen: Kunststoffpulver beim Durchgang durch Flamme erweicht und auf<br />
vorgewärmten Gegenstand geschleudert hauptsächlich zur Reparatur<br />
Vorteile<br />
- nahezu100%ige Ausnutzung<br />
- verminderte Brand- und Explosionsgefahr<br />
- geringe Emissionen<br />
- keine Abwasserprobleme<br />
- hochwertige Einschichtlackierung<br />
- keine Abdunstzeit vor Einbrennen<br />
- Auto: Überzüge müssen stabil sein gegen:<br />
mech. Beanspruchung (Kratzer, Schwingungen)<br />
Lösemittel wie Benzin und Öl<br />
chem. Beanspruchung, v.a. elektrolythaltige Feuchtigkeit (Salzwasser, saurer<br />
Regen), UV-Strahlung, extreme Temperaturwechsel<br />
4. <strong>Korrosionsschutz</strong> und Umwelt<br />
- bei edleren Eisenschutzmetallen (z. B. Sn, Cr) in saurem Milieu Überzug verletzt <br />
Korrosion Eisen beginnt erst recht (Ausblühen von verzinnten Dosen, verchromten<br />
Stoßstangen)<br />
- abgeblätterter Rost Schwermetalle gelangen in Umwelt<br />
- Eisenstück muss total entfettet werden mit CKW über Luft u.a. Wegen sogar ins<br />
Grundwasser<br />
- Verchromen: schwefelsaure Lösungen von toxischem Natriumdichromat eingesetzt<br />
- weitere wichtige, umweltbelastende Stoffe:<br />
Glanzbildner: biologisch kaum abbaubare Tenside fördern Neubildungen von<br />
Kristallkeimen<br />
Härter: z. B. Cyanide galvanische Überzug härter, bes. beim Cadmieren wichtig<br />
- galvanisierten Werkstücke müssen besonders gut abgespült werden große Mengen<br />
Frischwasser hoher Qualität benötigt Abwässer von Galvanisieranlagen stark belastet
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