Korrosion: Arten, Ursachen und Bekämpfung

Korrosion: Ein umfassender Überblick

Was ist Korrosion?

Korrosion ist der zerstörerische Angriff auf ein Material durch eine chemische oder elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung. Wenn die Korrosion mit physischen Schäden einhergeht, spricht man von Korrosionserosion, Reibkorrosion oder korrosivem Verschleiß. Korrosion ist ein natürlicher Prozess, bei dem das Material in eine stabilere Verbindung, meist ein Oxid, umgewandelt wird.

Korrosion betrifft keine Kunststoffe oder Hölzer, diese können jedoch reißen oder brechen.

Korrosion von Eisen führt zu Oxidation.

Arten von Korrosion

Es gibt zwei Hauptarten von Korrosion:

• Trockene Korrosion: Ein Angriff erfolgt durch eine chemische Reaktion ohne die Beteiligung von elektrischem Strom.
• Nasse Korrosion: Diese ist elektrochemischer Natur, d. h. es fließt Strom in der aggressiven Umgebung.

Chemische Korrosion tritt auf, wenn ein Material in einem flüssigen Medium gelöst wird, bis das Material verbraucht oder die Flüssigkeit gesättigt ist.

Elektrochemische Korrosion tritt auf, wenn bestimmte Metalle mit hoher Anzahl an Valenzelektronen dazu neigen, diese an andere Metalle abzugeben und so korrosionsfrei zu bleiben. Es handelt sich um einen Prozess, bei dem ein Metall mit seiner Umgebung zu einem Oxid oder einer anderen Verbindung reagiert. Die Zelle besteht aus einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten.

Die am meisten akzeptierte Definition für elektrochemische Korrosion ist der Übergang von Elektronen und Ionen von einer Phase zur anderen, ein Grenzflächenphänomen. Es handelt sich um Stoffumwandlungen mit grundlegender, aktiver oder passiver Beteiligung eines makroskopischen elektrischen Feldes.

Korrosionsprobleme in der Industrie

Korrosion führt zu einer Verschlechterung von Metallen, die, wenn sie nicht behandelt wird, zu deren Zerstörung führen kann. Dies impliziert große wirtschaftliche Verluste und Produktionsausfälle.

Detaillierte Arten von Korrosion

1. Allgemeine oder gleichmäßige Korrosion

Hierbei erfolgt eine gleichmäßige Abtragung der Metalloberfläche. Diese Art ist weiter unterteilt in:

• Atmosphärische Korrosion: Verursacht die größten Schäden an Materialien. Die Schwere nimmt mit der Menge an Salz, Schwefelverbindungen und anderen Schadstoffen in der Atmosphäre zu. Man unterscheidet zwischen:
  • Industrielle Umgebung: Kann Schwefelverbindungen, Salpetersäure und andere Stoffe enthalten, die die Korrosion von Metallen fördern.
  • Marine Umgebung: Charakteristisch ist das Vorhandensein von Salzsäure.
  • Ländliche Umgebung: Hier tritt die geringste Art von atmosphärischer Korrosion auf, gekennzeichnet durch geringe Mengen an sauren und anderen aggressiven Stoffen.
  Faktoren, die die atmosphärische Korrosion beeinflussen, sind die Temperatur, das Vorhandensein von Verunreinigungen in der Umwelt und die Luftfeuchtigkeit.
• Galvanische Korrosion: Eine Form der beschleunigten Korrosion, die auftreten kann, wenn unterschiedliche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten elektrisch verbunden sind.
• Flüssigmetallkorrosion: Der Abbau von Metallen in Gegenwart von flüssigen Metallen wie Zink, Quecksilber und Cadmium.
• Hochtemperaturkorrosion: Auch bekannt als Verzunderung. Die Korrosionsrate ist direkt von der Temperatur abhängig.

Methoden zur Vermeidung dieser Korrosionsart:

• a) Hohe thermodynamische Stabilität, um die Bildung anderer Produkte durch verschiedene Reaktionen zu vermeiden.
• b) Niedriger Dampfdruck, so dass die erzeugten Produkte fest und nicht gasförmig sind, um eine Vermischung mit der Umgebung zu vermeiden.

2. Lokalisierte Korrosion

Der Metallverlust tritt in diskreten oder lokalisierten Bereichen auf. Diese Art ist unterteilt in:

• Spaltkorrosion: Tritt in kleinen Hohlräumen oder Spalten auf, die durch den Kontakt zwischen einem Metallstück und einem ähnlichen oder anderen Metall oder einem nichtmetallischen Element gebildet werden.

Optionen zur Vermeidung von Spaltkorrosion:

• a) Neugestaltung der Ausrüstung oder der Teile, um Risse zu beseitigen.
• b) Verschließen der Spalten mit nicht absorbierenden Materialien, um eine Barriere gegen Feuchtigkeit zu bilden.
• c) Verhindern oder Entfernen der Bildung von Feststoffen auf der Metalloberfläche.

• Lochfraß: Tritt in Bereichen mit geringer allgemeiner Korrosion auf. Ein anodischer Prozess erzeugt kleine Löcher, die sich auf den Körper auswirken. Innerhalb dieser Art gibt es:
  • Reib- oder Verschleißkorrosion: Entsteht durch kleine Bewegungen zwischen zwei sich berührenden Oberflächen.
  • Kavitationskorrosion: Entsteht durch die Bildung und den Kollaps von Blasen an der Metalloberfläche.
• Selektive Korrosion: Betrifft selektiv Edelmetalle wie Kupfer oder Silber-Kupfer-Gold-Legierungen.
• Mikrobiologische Korrosion: Biologische Organismen sind die alleinige Ursache der Korrosion oder wirken als Beschleuniger. Tritt in der Regel in wässrigen Medien auf, wenn die Metalle untergetaucht oder schwimmend sind.

Wirtschaftliche Auswirkungen von Korrosion

Es gibt zwei Arten von wirtschaftlichen Verlusten:

• Direkte Verluste: Treten unmittelbar nach dem Korrosionsangriff auf. Dazu gehören Kosten für Reparaturen, Ersatz von verschlissener Ausrüstung und Kosten für vorbeugende Maßnahmen.
• Indirekte Verluste: Entstehen durch Fehlfunktionen aufgrund von Korrosionsangriffen, z. B. Produktionsstillstände.

1971 zeigte der Hoar-Bericht, wie die Kosten in jedem Land reduziert werden könnten.

Korrosionsschutz

1. Kathodischer Schutz

Ein Material wird gezwungen, die Kathode einer Zelle zu sein, wodurch ein anhaftendes, korrosionsbeständigeres Metall korrodiert, das leichter oxidiert.

2. Anodischer Schutz

Das Metall wird mit einer dünnen Oxidschicht überzogen, um Korrosion zu verhindern.

Materialauswahl

• Für nicht oxidierende und reduzierende Bedingungen wie Säuren und wässrige Lösungen werden Nickel-Chrom-Legierungen verwendet.
• Für oxidierende Bedingungen werden Blei-Legierungen verwendet, für stark oxidierende Bedingungen Chrom und für sehr stark oxidierende Bedingungen Titan.
• Keramische Elemente sind sehr korrosionsbeständig und hochtemperaturbeständig, aber spröde.

Zusammenfassung

Korrosion sollte als ein natürlicher Prozess betrachtet werden, bei dem Metalle in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, was zu einer Verschlechterung führt. Die Forschung und die Konzepte ermöglichen es, Formeln zu entwickeln, die die Lebensdauer von Materialien verlängern.

Beim kathodischen Schutz müssen viele Faktoren berücksichtigt werden.

Die Bekämpfung und Kontrolle von Korrosion ist eine Kunst im Bereich der Instandhaltung und ist angesichts der Vielzahl von Bedingungen, unter denen Umformtechnik, Werkzeuge und insbesondere Rohre eingesetzt werden, von großer Bedeutung.