SurTec Technischer Brief Korrosionsarten und deren Beeinflussung

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1. Korrosion Korrosion (lat. corrodere = zerstören) ist die von der Oberfläche ausgehende unerwünschte Zerstörung von Werkstoffen durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit ihrer Umgebung. Damit fallen weder erwünschte Reaktionen, wie z. B. Beizvorgänge, noch physikalische Zerstörungen, wie z. B. Abrieb, unter diese Definition. Auch geht aus der Definition hervor, dass der Begriff Korrosion im engeren Sinne den Vorgang der Zerstörung bezeichnet, nicht das Ergebnis. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff aber häufig auch für den Korrosionsschaden verwendet. Korrosion verursacht Schäden in Höhe von mehreren Milliarden Euro pro Jahr. In den westlichen Industrieländern liegen die Verluste im Bereich von 2-3 % des Brutto- sozialproduktes. Korrosion ist ein Naturvorgang. Nahezu alle in der Technik verwendeten Metalle liegen in der Natur als Oxide oder andere Verbindungen vor. Nur durch Zuführung von Energie lassen sich daraus die reinen Metalle herstellen. Damit werden sie künstlich auf ein höheres und damit instabiles Energieniveau gehoben. Generell streben aber alle Stoffe nach dem niedrigsten Energieniveau. Aus diesen thermodynamischen Grundlagen ergibt sich, dass Korrosion grundsätzlich nicht verhindert, sondern nur verzögert werden kann. Aber bei geeigneter Werkstoffwahl und geeigneten Umweltbedingungen können hunderte von Jahren vergehen, bevor Korrosion eintritt. 1.1. Metalloberflächen Absolut reine Metalloberflächen können nur unter größten Schwierigkeiten im Ultrahochvakuum erzeugt werden. Reale Metalloberflächen bauen sich wie in Abbildung 1 gezeigt auf. Auf der Grenzschicht zum Grundmaterial bildet sich zunächst die Reaktionsschicht aus (1-10 nm dick). In Anwesenheit von Sauerstoff (Atmosphäre) besteht sie in der Regel aus Oxiden, und wird daher auch Primäroxidfilm (POF) genannt. Diese Schicht ist meist dünn und schützt zunächst vor weiterer Korrosion; das ist z. B. bei Edelstählen und Aluminium auch sehr effektiv. Technischer Brief 12 a – Korrosionsarten und deren Beeinflussung Seite 2 von 12 SurTec Deutschland GmbH, SurTec-Straße 2, D-64673 Zwingenberg, Fon: +49(0)6251-171-700, Fax: +49(0)6251-171-800, e-Mail: mail@SurTec.com, Web: www.surtec.com
Abb. 1: Aufbau der Grenzschichten einer Metalloberfläche An die Reaktionsschicht lagern sich weitere Stoffe an in der anschließenden Sorptionsschicht (0,1-10 nm dick). In der Regel ist das zunächst Wasser, das aufgrund des amphoteren Charakters der meisten Metalloxide Säure-Base- Reaktionen mit dem POF eingeht. Dadurch bilden sich freie Hydroxidgruppen an der Oberfläche aus. Es können aber auch andere aktive Stoffe mit eingelagert werden, z. B. Ammoniak oder organische Amine. Diese Schicht ist chemisorbiert, d. h. sehr fest gebunden und nur schwer wieder abzulösen. Hieran schließt eine weitere Schicht nur physikalisch gebundener Moleküle an, die relativ leicht ausgetauscht werden. Dieser letzte Bereich ist die physisorbierte Schicht. Im Anschluss an die Sorptionsschicht bildet sich noch die Kontaminationsschicht aus, die dickste von allen mit üblicherweise mehr als 1 µm. Entscheidend für den Korrosionsschutz ist der POF. Je dichter und fester haftend der POF ist, umso unwahrscheinlicher wird Korrosion, d. h. Korrosionsschutz sollte bei der Ausbildung und Stabilisation des POF einsetzen. Hierfür sind je nach Metall andere Substanzen (z. B. oberflächenaktive Stoffe, Oxidations- oder Reduktions- mittel) notwendig. Korrosion beginnt immer mit einer Störung des POF. Dieses gelingt z. B. bei unlegiertem Stahl leicht, während der POF von Edelstählen durch die Legierungsbestandteile, insbesondere Chrom, stabilisiert wird. Technischer Brief 12 a – Korrosionsarten und deren Beeinflussung Seite 3 von 12 SurTec Deutschland GmbH, SurTec-Straße 2, D-64673 Zwingenberg, Fon: +49(0)6251-171-700, Fax: +49(0)6251-171-800, e-Mail: mail@SurTec.com, Web: www.surtec.com
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