Grundlagen und Mechanismen der Metallkorrosion

Grundlagen der Korrosion

Korrosion ist ein komplexer elektrochemischer Prozess, bei dem ein Metall mit seiner Umgebung interagiert. Dies führt zu einer Verschlechterung der physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie zu einer Verringerung der Materialstärke. Dabei treten Oxidations- und Reduktionsreaktionen auf, die einen Elektronenfluss zwischen einer Anode und einer Kathode durch ein leitendes Medium (Elektrolyt) ermöglichen.

Voraussetzungen für Korrosion

• Vorhandensein einer Anode und einer Kathode.
• Elektrische Verbindung zwischen Anode und Kathode.
• Ein Elektrolyt, der den Ionentransport ermöglicht.
• Ein elektrisches Potenzialgefälle.

Elektrochemische Prozesse

Die Anode gibt Elektronen ab und korrodiert, während die Kathode Elektronen aufnimmt. Die freie Energie bestimmt das Verhalten des Metalls:

• Aktives Metall: Positive freie Energie; das Metall korrodiert (z. B. Eisen, Zink).
• Passives Metall: Trotz positiver Energie bleibt das Metall aufgrund einer Schutzschicht scheinbar unangegriffen.
• Edelmetalle: Null oder negative freie Energie; keine Korrosionsreaktion möglich.

Spezielle Korrosionsformen

Sauerstoffkonzentrationszellen

Diese entstehen durch ungleichmäßige Sauerstoffverteilung, etwa unter Ablagerungen, Dichtungen oder Gelenken. Die Stelle mit der geringeren Sauerstoffkonzentration fungiert als Anode und korrodiert bevorzugt.

Aktiv-Passiv-Zellen

Wenn eine schützende Passivschicht (z. B. bei Edelstahl) lokal beschädigt wird, entsteht eine kleine Anode (aktives Metall) in einer großen Kathodenfläche (passiver Film), was zu schneller Lochfraßkorrosion führt.

Filiform- und Interkristalline Korrosion

• Filiformkorrosion: Tritt unter Lack- oder Chromschichten auf, wenn Feuchtigkeit in Defekte eindringt.
• Interkristalline Korrosion: Hierbei korrodieren die Korngrenzen bevorzugt, da sie chemisch aktiver sind als das Korninnere. Dies ist besonders bei Edelstahl und bestimmten Aluminiumlegierungen ein Problem.

Reibkorrosion

Schnelle Korrosion an Schnittstellen hochbelasteter Auflageflächen, die leichten Schwingungen ausgesetzt sind.

Schutzmaßnahmen

Korrosion kann durch folgende Maßnahmen minimiert werden:

• Regelmäßige Reinigung der Oberflächen.
• Vermeidung von Feuchtigkeitsstau durch geeignete Konstruktion.
• Verwendung von Schutzschichten.
• Einsatz von stabilisierten oder kohlenstoffarmen Legierungen (z. B. 304L oder 316L Edelstahl).