Korrosion/Korrosionsschutz

Korrosionsschaden an einer Wasserleitung durch regelwidrige Installation
Bildquelle: BAM

Inhaltsverzeichnis

1 Arten der Korrosion
2 Korrosionsschutz
3 Experimente zur Korrosion
4 Fragen
5 Quellen
6 Links

Arten der Korrosion

Säure-Korrosion

Metalle sind oft durch geringe Mengen anderer Metalle verunreinigt (in Zink ist z.B. immer etwas Kupfer)
Wenn Zink mit CO₂-haltigem Wasser in Berührung kommt=> Bildung kurzgeschlossener galvanischer Zelle zwischen Zink und Kupfer, wobei die galvanische Zelle als Lokalelement reagiert
Beim Vergleích der Standardelektrodenpotentiale beider Metalle gibt es eine Differenz von 1,1 Volt

=> Zink (unedler) löst sich also an den Berührungsstellen zwischen Zink und Kupfer unter Abgabe von Elektronen

Elektronen fließen von Zink zu Kupfer (edler) und reduzieren an der Grenzfläche zwischen Kupfer und Wasser Hydroniumionen, diese haben sich durch Protolyse der Kohlensäure gebildet.

Zn + 2H+ Zn²⁺+ H₂

Unedles Zink löst sich im Laufe der Zeit auf.

Sauerstoff-Korrosion

Entscheidend für die Zerstörung des Metalls in neutralen und alkalischen Lösungen ist der in Wasser gelöste Luftsauerstoff
Eisen gíbt Elektronen an Luftsauerstoff ab -> Eisen(II)-Ionen entstehen -> werden in Wasser gelöst
Edlere Metalle im Eisen oder Eisenoxid fördern die Korrosion aufgrund der Bildung von Lokalelementen

2 Fe 2Fe²⁺ +4e^- Oxidation

O₂ +2H₂O + 4e^- 4OH^- Reduktion

2 Fe +O₂ + 2H₂O 2Fe²⁺ +4OH^- Redoxreaktion

Zum Rosten müssen also Sauerstoff und Wasser vorhanden sein;

Hydroxid-Ionen bevorzugt Bildung in sauerstoffreichen Zonen des Wassers Eisen(II)-Ionen bevorzugen Bildung in sauerstoffarmen Zonen des Wassers

Durch Diffusion treffen beide aufeinander=> Niederschlag aus Eisenhydroxid=> Luftsauerstoff bewirkt Bildung von poröser Rostschicht

4 Fe (OH)₂ +O₂ 2 Fe₂ O₃ H₂O + 2H₂O

Rostschicht schütze nicht vor weiterer Korrosion, da die Stelle, wo Eisen sich löst, nicht mit der Rostschicht identisch ist.

Kontaktkorrosion

Kontaktkorrosion entsteht, wenn sich zwei unterschiedliche metallische Werkstoffe berühren, und ein Elektrolyt, ein Feuchtigkeitsfilm genügt schon vorliegt. Der edlere Werkstoff wirkt dann als Kathode und führt zu einer (anodischen)Auflösung des unedleren Metalls. Beispielsweise können Verschraubungen an Stahlteilen, wenn sie mit Edelstahlschrauben durchgeführt werden, starke Korrosion der Gewinde aufweisen.

Korrosionsschutz

Einflussfaktoren

In sehr trockener und reiner Luft rostet Eisen nicht, in feuchter und sauerstoffhaltiger Luft bildet sich dagegen auf dem Metall schnell ein Flüssigkeitsfilm. Durch im Wasser gelöste Gase wie Schwefeldioxid, CO₂ oder Stickstoffoxid entstehen saure Lösungen, welche die Korrosion beschleunigen. Da Korrosionen jährlich große Schäden verursachen, überzieht man Metalle mit einem korrosionsbeständigem Überzug.

Feuerverzinken (Autos)

Die Stahlbleche werden in 450 C° heiße Schmelze von flüssigem Zink getaucht. An deren Grenzfläche kommt es daraufhin zu einer Eisen-Zink-Legierung. Die Stahloberfläche besitzt nun eine Zinkbeschichtung und ist damit korrosionsbeständig, da Zink an der Luft eine schützende Oxidschicht bildet. Nachteil: Energie und Materialverbrauch sind hoch

Verzinken durch Elektrolyse

Beim Verzinken durch Elektrolyse wird das Stahlblech in eine wässrige Zink-Lösung getaucht und als Kathode geschaltet, als Anode fungiert die Zinkplatte. Bei einer Gleichspannung von 20 Volt haftet eine dünne Zinkschicht auf der Stahloberfläche, wenn diese vorher gut behandelt wurde.

Phosphatier-Strasse (Autos)

Die Rohkarosserie kommt in ein Reinigungsbad zum reinigen, danach in ein Tauchbad in Phosphorsäure oder Lösung von Hydrogenphosphaten. Es kommt zur Bildung einer Eisen/- Zinkphosphatschicht auf dem Metall. In die Hohlräume wird flüssiges Wachs gefüllt.

Nichtmetallüberzüge

Pflanzenöle, Anstriche mit Kunstharzlacken oder Chlorkautschuklacken

Passivierung

Überzüge die auf natürlichem Weg entstehen (an der Luft) Aluminium, Chrom und Nickel bilden wie Zink dünne Oxidschichten und verhindern somit die Korrosion des Metalls darunter.

Kathodischer Schutz

Man verbindet den gefährdeten Stahl elektrisch leitend mit einem Metall das leichter oxidiert wird. Beispiel: Hochseeschiffe Opferanode=> An Stahlteilen von Hochseeschiffen werden Zinkplatten angebracht. Das unedlere Zink gibt über das Eisen Elektronen an Akzeptoren im Meerwasser ab (v.a. gelöster Sauerstoff) => Die Oxidation findet also am Zink statt Das Zink fungiert als Anode und das Meerwasser(v.a. gelöster Sauerstoff) als Kathode. Somit ist der Stahl geschützt.

Bild einer Opferanode

Ganz rechts sieht man eine ungebrauchte Anode, in der Mitte eine, die noch zu ca. 60% besteht und ganz links eine, die schon vollständig aufgelöst ist.