Lochfraßkorrosion

Grundprinzip

Lochfraßkorrosion, auch Lochkorrosion oder Lochfraß genannt, ist eine Form der Korrosion, bei der an Materialoberflächen kleine, punktförmige Löcher entstehen. Besonders typisch ist sie bei passivierten Metallen, also Metallen mit einer schützenden Oxidschicht. Obwohl die Schadstellen an der Oberfläche oft klein aussehen, können sie sich in der Tiefe trogförmig und teils erheblich ausweiten. Deshalb bleibt Lochfraßkorrosion häufig lange unbemerkt und ist für Werkstoffe besonders gefährlich.

Entstehung und Verstärkung

Bei aktiven metallischen Werkstoffen wie Baustählen erfolgt der metallische Abtrag durch Korrosion eher gleichmäßig. Bei passivierten Metallen in einem chlorid- oder bromidhaltigen Elektrolyten kann dagegen an Fehlstellen der Passivschicht eine punktförmige Korrosion beginnen. Solche Fehlstellen können zum Beispiel durch eingelagerte Fremdmetallpartikel entstehen. Dort verdrängen Chlorid- oder Bromidionen den Sauerstoff aus der Oxidschicht des passivierten Metalls.

Lagern sich weitere Chlorid- oder Bromidionen an, entsteht ein Bereich ohne schützende Oxidschicht. Diese Stelle wird zum Angriffspunkt für Korrosion. Unter günstigen Bedingungen kann eine Repassivierung stattfinden: Das Chloridion wird wieder durch Sauerstoff verdrängt, und die schützende Oxidschicht ist repariert.

Wenn keine Repassivierung gelingt, schreitet die Lochkorrosion fort. Weil der Lochdurchmesser klein ist, gelangt nur wenig Sauerstoff in das Loch. Dadurch wird die Repassivierung behindert. Gleichzeitig ist der Sauerstoffgehalt außerhalb des Lochs deutlich größer als im Loch, sodass ein Konzentrationselement entsteht.

Das kleine Loch wirkt als Anode, die restliche Oberfläche als Kathode. Die Korrosionsgeschwindigkeit hängt vom Flächenverhältnis zwischen Kathode und Anode ab. Da die Anode sehr klein ist, kann die Reaktion sehr schnell voranschreiten.

Im Loch gelöstes Metall kann zum Beispiel mit Chloridionen Salze bilden. Durch Hydrolyse entstehen Oxonium-Ionen, die den Elektrolyten im Loch ansäuern. Dadurch sinkt der pH-Wert, das freie Korrosionspotential steigt, und die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt zu. Die im Artikel angegebene Reaktion lautet: FeCl2 + H2O → FeClOH + H+ + Cl−. Ein niedriger pH-Wert verhindert außerdem die Neubildung oder Reparatur der Passivoxidschicht. Unter pH 7 sind Eisenoxide thermodynamisch nicht stabil, was im Pourbaix-Diagramm dargestellt wird.

Begünstigende Bedingungen

Lochkorrosion tritt besonders unter bestimmten kritischen Bedingungen auf. Dazu gehören ein hoher Chloridgehalt im korrosiven Medium und, bei Kupferwerkstoffen, ein hoher Sulfatgehalt. Auch hohe Temperaturen fördern die Korrosion.

Weitere begünstigende Faktoren sind ein niedriges Elektrodenpotential des Werkstoffs, ein niedriger pH-Wert des Elektrolyten und eine geringe Sauerstoffkonzentration im Elektrolyten. Wenig Sauerstoff bedeutet, dass keine oder nur eine erschwerte Repassivierung stattfinden kann. Ebenfalls ungünstig ist eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, zum Beispiel in Wasserkreisläufen.

Betroffene und beständige Werkstoffe

Lochkorrosion kann unter anderem an rostfreien Stählen, Kupferlegierungen in Wasserkreisläufen sowie Aluminium- oder Magnesiumlegierungen auftreten. Als Beispiel für einen rostfreien Stahl nennt der Artikel 1.4301, auch V2A genannt.

Chrom-Nickel-Stähle können durch Legieren mit Molybdän widerstandsfähiger gegen Lochfraßkorrosion gemacht werden. Der Zusatz von Molybdän stabilisiert die Passivschicht auf der Stahloberfläche und ermöglicht eine schnellere Repassivierung. Dieser Schutz kann jedoch durch lokale Chromverarmung zerstört werden, etwa wenn beim Glühen Chromcarbide entstehen. Das kann zu interkristalliner Korrosion führen.

Zur Vermeidung dieser sogenannten Sensibilisierung wurden ELC-Stähle entwickelt. Sie haben einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt und können deshalb keine Chromcarbide bilden. Als besonders widerstandsfähige Werkstoffe werden 1.4362, 1.4404, 1.4462 und 1.4571 genannt.

Glas als Sonderfall

Lochfraßkorrosion kann auch als Sonderphänomen der Glaskorrosion auftreten. Sie entsteht bei der Verwitterung bestimmter historischer Gläser, wenn beim Schmelzprozess die Mischungsverhältnisse der Kalium-, Natrium- und Calciumanteile ungünstig gewählt wurden.

Solche umweltsensitiven Glasvarietäten reagieren auf Luftfeuchte in Kombination mit säurebildenden Luftschadstoffen. Beispiele dafür gibt es bei mittelalterlichen Bleiglasfenstern.