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Korrosion

Die Korrosion ist nach ISO 8044 und VDI 3822 die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung. Bei dieser Reaktion handelt es sich in den meisten Fällen um eine elektrochemische Reaktion, die ausschließlich in Gegenwart ionenleitender Lösungen (Elektrolyte) abläuft. Diese wird als Redox-Reaktion bezeichnet, da sie sich in zwei parallel verlaufende Teilreaktionen teilt: eine anodische Oxidation (Metallauflösung) und eine kathodische Reduktion von Ionen aus dem Elektrolyt. 

Die Folge sind messbare Veränderungen des Werkstoffes, die zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils oder Systems führen können (siehe Schaden). Diese kann durch Korrosionsschutz eingeschränkt oder verhindert werden. Die unterschiedlichen Schadensformen resultieren aus verschiedenen Korrosionsarten. Die wichtigsten Korrosionsarten und -erscheinungen im wässrigen Medium sind: 

Ohne mechanische Beanspruchung 

  • Gleichmäßige Flächenkorrosion ist eine Korrosion mit nahezu gleicher Abtraggeschwindigkeit auf der gesamten Oberfläche. siehe Abb. 1 Korrosion
  • Die Muldenkorrosion dagegen ist durch örtlich unterschiedlichen Massenabtrag gekennzeichnet. Ursache hierfür ist eine örtlich unterschiedliche Korrosionsbelastung (Temperatur, Konzentration, Fließgeschwindigkeit) unter Bildung von Korrosionsprodukten unterschiedlicher Löslichkeit.
    siehe Abb. 2 Korrosion
  • Lochkorrosion ist ein elektrolytisch bedingter und örtlich begrenzter Materialabtrag, der zur Lochbildung (Lochfraß) führt. Die Ursache ist das Vorliegen von Korrosionselementen (siehe DIN 50 900, Teil 2), vor allem in Chloridie enthaltenen Medien ist diese Korrosionserscheinung an nichtrostenden Stählen und Aluminiumlegierungen von Bedeutung. siehe Abb. 3 Korrosion
  • Spaltkorrosion tritt in engen Spalten zwischen artgleichen Metallen oder metallischen und nichtmetallischen Materialien auf. Es liegt ein Korrosionselement vor, das häufig durch Anreicherung von Chloriden oder Verarmung an oxidschichtbildendem Sauerstoff im Spalt gebildet wird. 
  • Kontaktkorrosion (Galvanische Korrosion) entsteht durch Bildung eines Korrosionselementes zwischen Metallen mit unterschiedlichen, freien Korrosionspotenzialen, wobei das unedlere Metall beschleunigt anodisch angegriffen wird und das edlere als kathodische Reaktionsfläche wirkt. Der Korrosionsangriff wird durch die Differenz der freien Korrosionspotenziale und dem Verhältnis der beiden Reaktionsflächen bestimmt. Ungünstig ist die Paarung einer kleinen Anodenfläche zu einer großen Kathodenfläche bei großem Unterschied der freien Korrosionspotenziale. 
  • Selektive Korrosion ist eine Korrosionsart, bei der bestimmte Gefügebestandteile korngrenzennaher Bereiche oder Legierungsbestandteile bevorzugt korrodieren. Formen dieser Korrosionserscheinung sind z. B. die Spongiose, interkristalline Korrosion, Entzinkung und Entaluminierung.
    siehe Abb. 4 und 5 Korrosion
  • Spongiose (Grafitisierung) ist ein selektiver Korrosionsangriff am Gusseisen bei mangelhafter Schutzschichtbildung unter Auflösung des Ferrits und Perlits. Dabei bleibt die ursprüngliche Bauteilgestalt durch das mit Korrosionsprodukten gefüllte Grafitgerüst erhalten. siehe Abb. 6 Korrosion
  • Interkristalline Korrosion bezeichnet den bevorzugten Korrosionsangriff in korngrenzennahen Bereichen. Bei nichtrostenden Stählen tritt diese Erscheinung durch eine Chromverarmung infolge von Karbidausscheidungen an den Korngrenzen auf. Diese Korrosionsart kann zu einem rasch fortschreitenden Kornzerfall führen. siehe Abb. 7 Korrosion
  • Die Entzinkung oder Entaluminierung wird an Buntmetallen durch selektives Korrodieren der zink- oder aluminiumreichen Phasen verursacht. 
  • Stillstandskorrosion ist eine in stagnierenden Flüssigkeiten auftretende Korrosion, die nur während des betrieblichen Stillstandes einer Anlage abläuft. 
  • Mikrobiologische Korrosion ist eine Korrosion, bei der Mikroorganismen mitwirken, z. B. sulfatreduzierende Bakterien.

Korrosion: Gleichmäßiger Flächenabtrag (Schliffbild) Abb. 1 Korrosion: Gleichmäßiger Flächenabtrag (Schliffbild) Korrosion: Muldenfraß Abb. 2 Korrosion: Muldenfraß Korrosion: Lochfraß Abb. 3 Korrosion: Lochfraß Korrosion: Selektive Angriffsform Abb. 4 Korrosion: Selektive Angriffsform Korrosion: Selektive Angriffsform (Schliffbild) Abb. 5 Korrosion: Selektive Angriffsform (Schliffbild) Korrosion: Spongiose (Schliffbild) Abb. 6 Korrosion: Spongiose (Schliffbild) Korrosion: Interkristalline Angriffsform (REM-Aufnahme); REM=Rasterelektronenmikroskop) Abb. 7 Korrosion: Interkristalline Angriffsform (REM-Aufnahme); REM=Rasterelektronenmikroskop)

Mit mechanischer Beanspruchung 

  • Erosionskorrosion bezeichnet das Zusammenwirken von mechanischem Oberflächenabtrag (siehe Abrasion) und Korrosion, wobei die Korrosion durch Zerstörung von Schutzschichten als Folge der Erosion ermöglicht wird. siehe Abb. 8 Korrosion 
  • Kavitationskorrosion nennt man das Zusammenwirken von Kavitation und Korrosion, bei der die Korrosion durch örtliche und kavitative Zerstörung der Schutzschichten ermöglicht oder beschleunigt wird. siehe Abb. 9 Korrosion
  • Reibkorrosion wird durch mechanische Reibung und damit Zerstörung von Deck- oder Passivschichten bei Korrosionsangriff eines aggressiven Mediums möglich. 
  • Spannungsrisskorrosion erscheint als Rissbildung in Metallen unter Einwirkung bestimmter Korrosionsmedien bei verschiedenen Zugbeanspruchungen, wobei eine verformungsarme Trennung ohne sichtbare Korrosionsprodukte kennzeichnend ist. siehe Abb. 11 und 12 Korrosion 
  • Schwingungsrisskorrosion ist eine verformungsarme, meist transkristalline Rissbildung in Metallen bei Zusammenwirken von mechanischer Wechselbeanspruchung und Korrosion. siehe Abb. 12 Korrosion

Korrosion: Materialabtrag durch Erosionskorrosion Abb. 8 Korrosion: Materialabtrag durch Erosionskorrosion Korrosion: Materialabtrag durch Kavitationskorrosion Abb. 9 Korrosion: Materialabtrag durch Kavitationskorrosion Korrosion: Bruchfläche bei interkristalliner Spannungsrisskorrosion (REM-Aufnahme) Abb. 10 Korrosion: Bruchfläche bei interkristalliner Spannungsrisskorrosion (REM-Aufnahme) Korrosion: Korrosionsrisse durch transkristalline Spannungsrisskorrosion (Schliffbild) Abb. 11 Korrosion: Korrosionsrisse durch transkristalline Spannungsrisskorrosion (Schliffbild) Korrosion: Bruchfläche bei Schwingungsrisskorrosion (REM-Aufnahme) REM=Rasterelektronenmikroskop Abb. 12 Korrosion: Bruchfläche bei Schwingungsrisskorrosion (REM-Aufnahme) REM=Rasterelektronenmikroskop

Weitere Begriffe 

  • Korrosionselement ist ein aus einer Anode und Kathode, die metallisch und elektrolytisch leitend verbunden sind, bestehendes galvanisches Element. Das Element kann durch unterschiedliche Metalle (Kontaktkorrosion), Gefügephasen (selektive Korrosion), Belüftung und lonenkonzentrationen (Spalt- und Lochkorrosion) hervorgerufen werden. Dabei wirken elektrochemisch unedlere Metalle, Gefügephasen usw. als Anode (Metallionen treten in den Elektrolyt über) und das elektrochemisch edlere Metall als Kathodenfläche (Kationen werden aus dem Elektrolyt reduziert). Durch unterschiedliche Belüftung und Niederschläge von Korrosionsprodukten können sich auch auf homogenen Metallflächen lokale Anoden und Kathoden ausbilden. 
  • Das Elektrodenpotenzial ist das elektrische Potenzial eines Metalls oder eines elektronenleitenden Festkörpers in einem Elektrolyten. Dieses kann nur als Spannung gegen eine Bezugselektrode gemessen werden. siehe Abb. 13 Korrosion
  • Eine Bezugselektrode ist eine Elektrode, die sich durch angelegte äußere Spannungen in ihrer Potenziallage wenig verändert. Das Potenzial einer Bezugselektrode bezieht sich auf die Standardwasserstoffelektrode. 
  • Freies Korrosionspotenzial (Ruhepotenzial) wird jenes Potenzial bezeichnet, das sich ohne Einwirkung von äußeren elektrischen Strömen am elektrolytbenetzten Metall einstellt. 
  • Lochkorrosionspotenzial (Lochfraßpotenzial) bezeichnet das kritische Potenzial der Lochkorrosion mit den Bedingungen sich ständig neu bildender und stetig wachsender Löcher. 
  • Repassivierungspotenzial kennzeichnet ein kritisches Potenzial, bei dessen Unterschreitung der Korrosionsvorgang im Lochgrund gestoppt wird und das Loch sich wieder passiviert. 
  • Passivierung bezeichnet den Übergang eines Metalls aus dem aktiven in den passiven Korrosionszustand (Passivität). Diese kann elektrochemisch oder chemisch erfolgen. 
  • Passivität liegt vor, wenn sich bei Metallen unter stationären Bedingungen die anodische Metall-auflösung verringert wie beim Verändern des Elektrodenpotenzials zu edleren Werten oder beim Erhöhen der Konzentration an gelösten, oxidierenden Stoffen. Hierbei bildet sich auf der mediumbenetzten Metalloberfläche eine dünne, geschlossene Oxidschicht (Passivschicht, Schutzschicht), welche die weitere Metallauflösung stark mindert und elektrochemisch unedlen Reinmetallen oder Metalllegierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit (siehe Beständigkeitstabelle) verleiht.

Korrosion: Praktische elektrochemische Spannungsreihe für Meerwasser Abb. 13 Korrosion: Praktische elektrochemische Spannungsreihe für Meerwasser