Wikipedia · einfach zusammengefasst · Stand
Korrosion
Korrosion (von lateinisch corrodere ‚zersetzen', ‚zerfressen', ‚zernagen') ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, …
Inhalt5 Abschnitte
Grundbegriff und Bedeutung
Korrosion ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt. Dadurch kann die Funktion eines Bauteils oder eines ganzen Systems beeinträchtigt werden. Eine durch Lebewesen verursachte Korrosion heißt Biokorrosion.
Bei Metallen handelt es sich nach DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) um eine von der Oberfläche ausgehende physikochemische Wechselwirkung zwischen Metall und Umgebung. Die Reaktion ist meistens elektrochemischer Natur, kann aber auch chemisch oder metallphysikalisch sein. Die messbare Veränderung wird als Korrosionserscheinung bezeichnet; führt sie zu einer Funktionsbeeinträchtigung, liegt ein Korrosionsschaden vor.
Korrosion betrifft nicht nur Metalle: In der Geologie und bei Gebäuden bezeichnet sie die chemische Zersetzung von Gestein. In der Medizin ist damit die Zerstörung tierischen Gewebes gemeint. Polymere wie Kunststoff und Gummi können zwar durch Chemikalien zersetzt werden und altern, sind aber nicht im eigentlichen Sinne von Korrosion betroffen.
Chemische Grundlagen und Metallkorrosion
Metallkorrosion beruht häufig auf einer Redoxreaktion, also einer chemischen Reaktion mit Elektronenübertragung. Dabei kann mit Sauerstoff als Oxidationsmittel ein Metalloxid entstehen. Sichtbare Folgen sind zum Beispiel eine Farbänderung und eine Verschlechterung der Oberflächeneigenschaften. In bestimmten Fällen nimmt die Masse des Metalls durch die gebildeten Reaktionsprodukte sogar zu.
Besonders wichtig ist die Korrosion von Eisen zu Rost. Sie findet nur statt, wenn Feuchtigkeit und Sauerstoff vorhanden sind. Salze fördern den Vorgang, weil sie als Ladungsträger wirken. Berührt Eisen in feuchter Umgebung ein edleres Metall wie Kupfer, Nickel oder Chrom, kann Lochfraß entstehen. Dabei wird das Eisen örtlich stark angegriffen. Unedlere Metalle wie Zink können Eisen dagegen schützen, allerdings wird eine Zinkschicht durch Bewitterung im Laufe der Jahre abgetragen.
Einige Metalle und Legierungen bilden eine sauerstoffundurchlässige Oxidschicht, die Passivschicht. Sie schützt das darunterliegende Material vor weiterer Korrosion. Dies geschieht in vielen Fällen bei Aluminium, Blei, Chrom, Corten-Stahl, rostfreiem Stahl, Kupfer, Nickel, Silicium, Titan, Zink und Zinn. Edelmetalle sind bereits aufgrund ihrer geringen Reaktionsbereitschaft widerstandsfähig.
Zu den chemischen Erscheinungsformen gehören das Anlaufen von Silber unter Bildung von Silbersulfid, bakterielle anaerobe Korrosion, Glaskorrosion, die Patinabildung bei Kupfer, die Rostbildung bei Eisen beziehungsweise allgemeine Sauerstoffkorrosion, Wasserstoff- oder Säurekorrosion und Wasserstoffversprödung. Die wichtigste elektrochemische Form ist die Bimetallkorrosion beim Kontakt unterschiedlicher Metalle.
Korrosionsrate und korrosive Umgebung
Die Korrosionsrate oder Abtragsrate beschreibt die Geschwindigkeit der Materialveränderung beziehungsweise des Materialabtrags. Sie wird in Millimeter je Jahr (mm/a) angegeben, im angelsächsischen Raum auch in mils/year, also Tausendstel Inch je Jahr. Unter standardisierten Bedingungen kennzeichnet sie bei metallischen Werkstoffen deren Korrosionsanfälligkeit.
Die Rate hängt unter anderem von den Konzentrationen beteiligter Stoffe wie Sauerstoff, Wasser und Chlor, vom pH-Wert, von der Temperatur und von weiteren Parametern ab. Je nach Bedingungen können außerdem verschiedene Korrosionsformen auftreten. Weil die Werte über mehrere Größenordnungen schwanken können, sind viele Angaben nur grobe Richtwerte. Bei rostfreien Stählen liegt die Korrosionsrate unter 0,001 mm/Jahr, bei Aluminium im einstelligen Tausendstelbereich und bei niedrig legierten Stählen bei mehreren Zehntel Millimetern pro Jahr.
Für vergleichbare Ergebnisse muss die Messung nach dem jeweils für die Anwendung geltenden Standard erfolgen. An Bauteilen von wenigen Millimetern Größe werden häufig elektrochemische Verfahren oder Tomografieverfahren eingesetzt.
Korrosive Mittel sind Stoffe beziehungsweise Umgebungen, die auf ein Bauteil einwirken und Korrosion verursachen. Dazu gehören Raumluft, Freiluftatmosphäre mit oder ohne Industrieverschmutzung, Meeresatmosphäre, Süß- und Salzwasser, Erdboden und Chemikalien.
Korrosionsarten und Schutzmaßnahmen
Korrosionsarten werden nach Werkstoff, Ursache und Erscheinungsbild unterschieden; die Norm definiert 37 verschiedene Arten. In der Technik erfolgt die Einteilung häufig auch nach dem Ort oder der Form des Angriffs. Dazu zählen Kontaktkorrosion, Lochfraßkorrosion, Muldenkorrosion, Flächenkorrosion, Spannungsrisskorrosion, Schwingungsrisskorrosion, Spaltkorrosion, interkristalline Korrosion, Messerlinienkorrosion, Erosionskorrosion, Unterwanderungskorrosion und Streustromkorrosion. Weitere Formen sind Filiformkorrosion und Hochtemperaturkorrosion. Kontaktkorrosion kann entstehen, wenn zwei Metalle mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen leitend miteinander verbunden sind.
Korrosionsschutz wird in aktive und passive Maßnahmen eingeteilt. Passiver Korrosionsschutz schirmt den Werkstoff vom Korrosionsmedium ab und verhindert damit den Kontakt. Beim aktiven Schutz ist eine vollständige Trennung nicht erforderlich; stattdessen werden die Reaktionsbedingungen beeinflusst oder andere Materialien gezielt in die Vorgänge einbezogen.
Zu den aktiven Verfahren gehören Opferanode, Fremdstromanode, thermisches Spritzen, Feuerverzinken, Sherardisieren, Zinklamellenüberzug, kathodischer Korrosionsschutz, Polarisation, Schwachstrom und Inhibitoren. Inhibitoren sind Stoffe, welche die Korrosionsreaktion hemmen. Weitere Möglichkeiten sind die Verringerung des Sauerstoffgehalts, die Förderung einer Passivschicht, die Homogenisierung des Werkstoffgefüges und die Optimierung der Oberfläche.
Passive Maßnahmen umfassen Schutzanstriche und Schutzbeschichtungen mit geeigneter Vorbehandlung oder Haftvermittlern. Fette, Wachse und fluoriertes Polyurethan (FPU) können als organischer Transportschutz dienen. Anorganische nichtmetallische Schutzschichten bestehen beispielsweise aus Passivierungen, Oxiden oder Glas, besonders Borosilikatglas; metallische Schutzstoffe sind unter anderem Hämatit (Eisenglimmer), Zink und Aluminium.
Auch die Konstruktion ist wichtig: Nähte können durchgehend geschweißt, unterschiedliche Metalle durch Zwischenlagen voneinander getrennt und an gefährdeten Stellen Wasserabläufe vorgesehen werden. Weitere Beispiele sind Hohlraumversiegelungen, Schutzgasfüllungen in Relais, elektrolytisches Vergolden sowie Luftfilterung und Überdruckbelüftung von Gehäusen und Schaltschränken. Chemisorptive Filter können dabei korrosive Gase wie H₂S entfernen. Feuerverzinken bietet sowohl passiven als auch aktiven Korrosionsschutz.
Gestein, Gebäude und Medizin
In der Geologie ist Korrosion die zersetzende chemische Verwitterung von Gesteinen durch verschiedene im Wasser gelöste Stoffe. Beteiligt sein können Wasser und Kohlenstoffdioxid aus der Luft. Bei Bauwerken wird dieser Vorgang auch Steinfraß genannt. Das regionale Klima hat großen Einfluss; auch Schwefeldioxid und Frost können bei Verwitterungsprozessen an Gebäuden mitwirken.
Korrosion an steinernen Bauteilen lässt sich durch solide Materialien und konstruktive Maßnahmen verringern. Dazu gehören Tropfkanten, überstehende Dachkanten zum Schutz von Fassaden, regelmäßige Pflege, die Vermeidung von Bewuchs sowie die Vorbeugung gegen Hochwasser- und Grundwasserschäden. Oberhalb von Abwasserleitungen sollte außerdem auf Baumbepflanzung verzichtet werden.
In der Medizin bezeichnet Korrosion die Zerstörung tierischen Gewebes durch Entzündungen oder ätzende Mittel, die als Ätzmittel oder Corrosiva bezeichnet werden. Korrosion kann auch absichtlich eingesetzt werden, um anatomische Schaupräparate herzustellen.
Daneben ist die Korrosion von Metallen in der Implantologie und Zahnmedizin bedeutsam. Freigesetzte Korrosionsprodukte können als Verbindungen oder Ionen unterschiedliche Wirkungen haben: Magnesium oder Calcium können bioaktiv wirken, Nickel kann allergene Effekte auslösen, und andere Produkte können pathologische Folgen haben. Das vielseitige klinische Erscheinungsbild wird Metallose genannt und bleibt im Anfangsstadium meist symptomlos.
