Als Korrosion wird üblicherweise der Abbau des Metalls durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung bezeichnet, vgl Abbildung 1. Allgemein betrachtet kann Korrosion als die Tendenz des Metalls angesehen werden, in seinen natürlichen Zustand zurückzukehren, ähnlich dem Oxid, aus dem es ursprünglich geschmolzen wurde. Nur Edelmetalle wie Gold und Platin kommen in der Natur in metallischem Zustand vor.
Einige Metalle bilden auf der Oberfläche eine dichte schützende Oxidschicht, die eine weitere Korrosion verhindert. Wenn die Oberflächenschicht gebrochen ist, heilt sie sich selbst. Diese Metalle sind passiviert. Unter atmosphärischen Bedingungen bilden die Korrosionsprodukte von Zink und Aluminium eine ziemlich dichte Schicht und weitere Korrosion wird verhindert.
Ebenso bildet sich auf der Oberfläche von Edelstahl eine dichte Schicht aus Eisen und Chromoxid und auf der Oberfläche von Titan eine Schicht aus Titanoxid. Die Schutzschicht dieser Metalle erklärt ihre gute Korrosionsbeständigkeit. Rost hingegen ist ein nicht schützendes Korrosionsprodukt auf Stahl. Rost ist porös, nicht fest haftend und verhindert keine weitere Korrosion, vgl Figur 2.
Arten von Korrosion
Im Allgemeinen beinhaltet metallische Korrosion den Verlust von Metall an einer Stelle auf einer exponierten Oberfläche. Korrosion tritt in verschiedenen Formen auf, die von gleichmäßigen Angriffen über die gesamte Oberfläche bis hin zu starken lokalen Angriffen reichen.
Die chemischen und physikalischen Bedingungen der Umgebung bestimmen sowohl die Art als auch die Geschwindigkeit von Korrosionsangriffen. Die Bedingungen bestimmen auch die Art der gebildeten Korrosionsprodukte und die zu ergreifenden Kontrollmaßnahmen. In vielen Fällen ist es unmöglich oder eher teuer, den Korrosionsprozess vollständig zu stoppen; es ist jedoch normalerweise möglich, den Prozess auf akzeptable Niveaus zu steuern.
Auf den folgenden Seiten gehen wir auf die verschiedenen Korrosionsformen ein, um Ihnen eine Vorstellung von deren Eigenschaften zu geben.
Gleichmäßige Korrosion
Gleichmäßige oder allgemeine Korrosion ist gekennzeichnet durch Korrosionsangriffe, die gleichmäßig über die gesamte Oberfläche oder auf einen großen Teil der Gesamtfläche verlaufen. Die allgemeine Verdünnung wird fortgesetzt, bis das Metall abgebaut ist. Gleichmäßige Korrosion ist die Korrosionsart, bei der die größte Menge an Metall verschwendet wird.
Beispiele für Metalle, die einer gleichmäßigen Korrosion unterliegen:
- Stahl in kohlensäurehaltigem Wasser
- Edelstahl in reduzierenden Säuren (z. B. EN 1.4301 (AISI 304) in Schwefelsäure)
Lochkorrosion
Lochkorrosion ist eine lokalisierte Form von Korrosionsangriffen. Lochkorrosion bildet Löcher oder Vertiefungen auf der Metalloberfläche. Es perforiert das Metall, während die Gesamtkorrosion, gemessen am Gewichtsverlust, eher minimal sein dürfte. Die Eindringgeschwindigkeit kann je nach Aggressivität der Flüssigkeit das 10- bis 100-fache der allgemeinen Korrosion betragen. Lochfraß tritt leichter in einer stagnierenden Umgebung auf.
Beispiel für Metall, das Lochfraßkorrosion ausgesetzt ist:
- Edelstahl im Meerwasser
Spaltkorrosion
Spaltkorrosion ist – wie Lochfraßkorrosion – eine lokalisierte Form des Korrosionsangriffs. Spaltkorrosion beginnt jedoch leichter als Lochfraß. Spaltkorrosion tritt an engen Öffnungen oder Zwischenräumen zwischen zwei Metalloberflächen oder zwischen Metallen und nichtmetallischen Oberflächen auf und ist normalerweise mit einem stagnierenden Zustand im Spalt verbunden. Spalten, wie sie beispielsweise an Flanschverbindungen oder an Gewindeverbindungen zu finden sind, sind daher oft die kritischsten Stellen für Korrosion.
Beispiel für Metall, das Spaltkorrosion ausgesetzt ist:
- Edelstahl im Meerwasser
Interkristalline Korrosion
Wie der Name schon sagt, tritt interkristalline Korrosion an Korngrenzen auf. Interkristalline Korrosion wird auch als Interkristallitkorrosion bezeichnet. Typischerweise tritt diese Korrosionsart auf, wenn sich während des Schweißprozesses oder in Verbindung mit unzureichender Wärmebehandlung Chromkarbid an den Korngrenzen ausscheidet. Ein schmaler Bereich um die Korngrenze herum kann daher Chrom verarmen und weniger korrosionsbeständig als der Rest des Materials werden. Dies ist bedauerlich, da Chrom eine wichtige Rolle bei der Korrosionsbeständigkeit spielt.
Beispiele für Metalle, die interkristalliner Korrosion unterliegen:
- Edelstahl – der unzureichend geschweißt oder wärmebehandelt ist
- Edelstahl EN 1.4401 (AISI 316) in konzentrierter Salpetersäure
Selektive Korrosion
Selektive Korrosion ist eine Korrosionsart, die ein einzelnes Element einer Legierung angreift und das Element in der Legierungsstruktur auflöst. Folglich wird die Struktur der Legierung geschwächt.
Beispiele für selektive Korrosion:
- Die Entzinkung von unstabilisiertem Messing, wodurch ein geschwächtes, poröses Kupfergefüge entsteht
- Graphitisierung von Grauguss, wobei durch Eisenauflösung ein sprödes Graphitskelett zurückbleibt
Erosionskorrosion
Erosionskorrosion ist ein Prozess, der Korrosion und Erosion beinhaltet. Die Geschwindigkeit des Korrosionsangriffs wird durch die relative Bewegung einer korrosiven Flüssigkeit und einer Metalloberfläche beschleunigt. Der Angriff ist in Bereichen mit hoher Geschwindigkeit oder turbulenter Strömung lokalisiert. Erosionskorrosionsangriffe sind durch Rillen mit gerichtetem Muster gekennzeichnet.
Beispiele für Metalle, die Erosionskorrosion unterliegen:
- Bronze im Meerwasser
- Kupfer im Wasser
Kavitationskorrosion
Eine gepumpte Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit verringert den Druck. Wenn der Druck unter den Flüssigkeitsdampfdruck fällt, bilden sich Dampfblasen (die Flüssigkeit siedet). In den Bereichen, in denen sich Dampfblasen bilden, kocht die Flüssigkeit. Steigt der Druck wieder an, kollabieren die Dampfblasen und erzeugen intensive Stoßwellen. Folglich entfernt der Kollaps der Dampfblasen Metall oder Oxid von der Oberfläche.
Beispiele für Metalle, die der Kavitation unterliegen:
- Gusseisen in Wasser bei hoher Temperatur
- Bronze im Meerwasser
Spannungsrisskorrosion (SCC)
Spannungsrisskorrosion (SCC) bezieht sich auf den kombinierten Einfluss von Zugspannung (angelegt oder intern) und korrosiver Umgebung. Das Material kann ohne wesentliche Verformung oder offensichtliche Verschlechterung des Materials reißen. Lochkorrosion ist oft mit den Phänomenen der Spannungsrisskorrosion verbunden.
Beispiele für Metalle, die Spannungsrisskorrosion unterliegen:
- Edelstahl EN 1.4401 (AISI 316) in Chloriden
- Messing in Ammoniak
Korrosionsermüdung
Rein mechanische Ermüdung liegt vor, wenn ein Material, das einer zyklischen Belastung weit unterhalb der Zugfestigkeit ausgesetzt wird, versagen kann. Wird das Metall gleichzeitig einer korrosiven Umgebung ausgesetzt, kann das Versagen bei noch geringerer Belastung und nach kürzerer Zeit erfolgen. Im Gegensatz zur rein mechanischen Ermüdung gibt es bei der korrosionsunterstützten Ermüdung keine Ermüdungsgrenze.
Beispiel für Metalle, die Korrosionsermüdung unterliegen:
- Aluminiumkonstruktionen in korrosiver Atmosphäre
Galvanische Korrosion
Wenn ein korrosiver Elektrolyt und zwei metallische Materialien in Kontakt kommen (galvanische Zelle), nimmt die Korrosion am unedleren Material (der Anode) zu und am edelsten (der Kathode) ab. Die Zunahme der Korrosion wird als galvanische Korrosion bezeichnet. Die Korrosionsneigung eines Metalls oder einer Legierung in einer galvanischen Zelle wird durch ihre Stellung in der galvanischen Spannungsreihe bestimmt. Die galvanische Reihe zeigt die relative Vornehmheit verschiedener Metalle und Legierungen in einer bestimmten Umgebung (z. B. Meerwasser).
Je weiter die Metalle in der galvanischen Reihe voneinander entfernt sind, desto größer ist die Wirkung der galvanischen Korrosion. Metalle oder Legierungen am oberen Ende sind edel, während die am unteren Ende am wenigsten edel sind.
Beispiele für Metalle, die galvanischer Korrosion ausgesetzt sind:
- Stahl in Kontakt mit 1.4401
- Aluminium in Kontakt mit Kupfer
Beim kathodischen Korrosionsschutz werden die Prinzipien der galvanischen Korrosion genutzt. Kathodischer Korrosionsschutz ist ein Mittel, um die Korrosion einer Metalloberfläche durch die Verwendung von Opferanoden (Zink oder Aluminium) oder eingeprägten Strömen zu reduzieren oder zu verhindern.
