Allgemeine Methoden zum Schutz von Metallen und Legierungen gegen Korrosion

Korrosion ist eines der ältesten und teuersten Probleme in der Werkstofftechnik. Von rostenden Stahlkonstruktionen und maroden Rohrleitungen bis hin zu ausfallenden elektronischen Komponenten und geschwächten Teilen in der Luft- und Raumfahrt - Korrosion kann die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit von Metallen und Legierungen erheblich beeinträchtigen. Nachfolgend finden Sie moderne, gängige und praktische Methoden, um die Korrosion von Metallen und Legierungen zu verhindern.

1. Materialauswahl und Legierung

Eine der grundlegendsten Methoden zur Verhinderung von Korrosion beginnt bereits bei der Konstruktion mit der richtigen Auswahl eines Metalls oder einer Legierung für die jeweilige Umgebung. Verschiedene Metalle haben sehr unterschiedliche Korrosionseigenschaften; während beispielsweise Kohlenstoffstahl unter feuchten oder salzhaltigen Bedingungen schnell rostet, sind rostfreie Stähle, Aluminium- und Titanlegierungen wesentlich korrosionsbeständiger.

In solchen Fällen spielt das Legieren eine wichtige Rolle. Der Zusatz von Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Aluminium kann die Korrosionsbeständigkeit deutlich erhöhen. Rostfreier Stahl enthält beispielsweise mindestens 10,5 % Chrom, das eine dünne, stabile Oxidschicht bildet, die das darunter liegende Metall vor Korrosion schützt. Auch Legierungen auf Ni- und Co-Basis werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit in aggressiven chemischen und Hochtemperaturumgebungen sehr häufig verwendet.

2. Schutzbeschichtungen und Oberflächenbehandlungen

Dies ist eine der allgemeinsten Methoden zum Schutz vor Korrosion: Aufbringen einer Schutzbarriere zwischen dem Metall und seiner Umgebung. Sie verhindert, dass Wasser, Sauerstoff und andere korrosive Chemikalien an die Oberfläche gelangen.

Zu den gängigen Beschichtungen gehören Lacke, Epoxidbeschichtungen, Polymerfilme und Keramikbeschichtungen. In der Industrie sind galvanische Beschichtungen - das Aufbringen von Zink auf Stahl - äußerst effektiv. Zink bietet nicht nur eine physikalische Barriere, sondern fungiert auch als Opferschicht - das Zink korrodiert anstelle des Stahls.

Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren (bei Aluminium), Passivieren (bei Edelstahl) und Konversionsbeschichtungen verbessern ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit, indem sie die natürliche Oxidschicht auf der Metalloberfläche stärken oder stabilisieren.

3. Kathodischer Schutz

Derkathodische Schutz ist eine der gängigsten elektrochemischen Techniken, die bei großen Metallstrukturen wie Pipelines, unterirdischen Tanks, Schiffsrümpfen und Offshore-Plattformen zum Einsatz kommt. Die Idee hinter dieser Technik ist recht einfach: Korrosion ist ein Prozess, bei dem ein Metall eine Anode in einer entsprechenden elektrochemischen Zelle ist. Um die Korrosion zu stoppen oder deutlich zu verringern, muss das betreffende Metall gezwungen werden, eine Kathode zu werden.

Es gibt zwei Hauptarten des kathodischen Schutzes. Bei Opferanodensystemen wird ein reaktiveres Metall wie Magnesium oder Zink an der Struktur angebracht. Das Opfermetall korrodiert anstelle der geschützten Struktur. Fremdstromsysteme verwenden eine externe Stromquelle, um einen Schutzstrom zu liefern, und bieten eine genauere Kontrolle für große oder komplexe Systeme.

4. Kontrolle der Umgebung

Die Korrosionsrate wird stark von Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert und dem Vorhandensein von Salzen oder Schadstoffen beeinflusst. Die Kontrolle dieser Bedingungen kann die Korrosion erheblich verlangsamen.

Die Verringerung der Luftfeuchtigkeit durch Luftentfeuchter oder Klimatisierungssysteme ist in geschlossenen Umgebungen wirksam. In der chemischen Verarbeitung oder bei industriellen Anwendungen dienen die Anpassung des pH-Werts und/oder die Entfernung von Korrosionsmitteln dazu, die Lebensdauer der betroffenen Metallteile zu verlängern: So ist beispielsweise die Kontrolle der Chloridkonzentration entscheidend, um Lochfraß bei nichtrostenden Stählen zu vermeiden.

5. Gute Konstruktion und strukturelle Praktiken

Eine schlechte Konstruktion kann den Korrosionsprozess selbst bei korrosionsbeständigen Werkstoffen beschleunigen. Spalten, scharfe Ecken, stagnierende Zonen und Bereiche, in denen sich Feuchtigkeit ansammelt, sind ideale Orte für örtliche Korrosion.

Eine gute korrosionsbeständige Konstruktion zeichnet sich durch glatte Oberflächen, ordnungsgemäße Entwässerung, ausreichende Belüftung und Zugänglichkeit aus, um eine einfache Inspektion und Wartung zu ermöglichen. Vermeiden Sie nach Möglichkeit den direkten Kontakt ungleicher Metalle, da es zu galvanischer Korrosion kommen kann, wenn zwei ungleiche Metalle in einer korrosiven Umgebung elektrisch miteinander verbunden sind.

6. Anwendung von Korrosionsinhibitoren

Eine sehr verbreitete Methode der Korrosionskontrolle ist die Zugabe von Korrosionsinhibitoren, d. h. Substanzen, die einer korrosiven Umgebung zugesetzt werden, um die Korrosionsrate des Systems zu verringern. Inhibitoren wirken in der Regel durch Adsorption an der Metalloberfläche und Bildung eines Schutzfilms oder durch Veränderung der elektrochemischen Reaktionen der Korrosion.

Der Einsatz von Inhibitoren ist in Kühlwassersystemen, Kesseln, Rohrleitungen und geschlossenen Industriekreisläufen üblich. Obwohl Inhibitoren keine dauerhaften Lösungen sind, sind sie in kontrollierten Umgebungen, in denen Beschichtungen oder Materialersatz nicht praktikabel sind, sehr wirksam.

7. Regelmäßige Inspektion und Wartung

Keine Korrosionsschutzstrategie ist vollständig ohne die Teile Inspektion und Wartung. Selbst die besten Beschichtungen nutzen sich mit der Zeit ab, und die Umweltbedingungen ändern sich. Regelmäßige Inspektionen ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Korrosion, so dass Reparaturen vorgenommen werden können, bevor ernsthafte Schäden auftreten.

Instandhaltungsmaßnahmen können in Form von Neubeschichtungen, dem Austausch von Opferanoden, der Reinigung von Oberflächen oder der Anpassung von Umweltkontrollen erfolgen. In vielen Fällen ist die vorbeugende Instandhaltung wesentlich kostengünstiger als die Reparatur oder der Ersatz korrodierter Strukturen.

Schlussfolgerung

Die Korrosionsprävention bei Metallen und Legierungen sollte umfassend und proaktiv sein. Die Auswahl korrosionsbeständiger Werkstoffe, das Aufbringen von Schutzbeschichtungen, Umweltkontrollen und eine angemessene Konstruktion - all diese Methoden spielen eine wichtige Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer und der Erhaltung der strukturellen Integrität. Ich hoffe, dass Sie nach dieser Lektüre diese allgemeinen Korrosionsschutztechniken besser verstehen und anwenden können. Weitere Informationen finden Sie bei Stanford Advanced Materials (SAM).