Korrosion ist der Abbau einer Legierung oder die fortschreitende Zersetzung eines Bauteils, verursacht durch dessen Kontakt mit der Umwelt. Die Zersetzung metallischer Legierungen, die der Atmosphäre, Meerwasser, Chemikalien oder anderen ungünstigen Bedingungen ausgesetzt sind, kann durch verschiedene Techniken verhindert werden.
Einige exponierte metallische Legierungen, wie sie beispielsweise in Elektromagneten verwendet werden, sind korrosionsanfällig und können selbst unter sauberen, temperaturstabilen Innenbedingungen zu Pulver zerfallen, sofern sie nicht ausreichend gegen Korrosion geschützt werden.
Fast alle Legierungen korrodieren oder rosten in gewissem Maße. Korrosion ist eine Form der Oxidation, wobei das Rosten einen Teil der Korrosion darstellt. Rost entsteht, wenn die Legierung mit Luft und Feuchtigkeit in Kontakt kommt und sich eine Eisenoxidschicht bildet. Korrosion tritt auf, wenn Legierungen Sauerstoff und Chemikalien ausgesetzt sind, was zur Bildung von Metalloxiden oder -salzen führt.
Korrosion bei Stahl
Da herkömmlicher Stahl aus verschiedenen Metallen, darunter Eisen, besteht, kann er korrodieren. Edelstahl hingegen enthält mindestens 18 Prozent Chrom und bildet auf der Oberfläche eine schützende Chromoxidschicht. Auch Vanadium trägt wesentlich zur Korrosionsbeständigkeit bei.
Korrosion bei Aluminium und Magnesium
Auch Aluminiumlegierungen sind korrosionsanfällig, jedoch bildet sich bei Kontakt mit Wasser eine schützende Schicht aus Aluminiumoxid, die die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Magnesium hingegen ist besonders anfällig für Korrosion (insbesondere galvanische Korrosion), die sich als graue Schicht auf der Oberfläche zeigt. Unter allen metallischen Legierungen besitzen Magnesiumlegierungen die schlechtesten Korrosionsschutzeigenschaften.
Korrodieren Zink und Nickel?
Zink reagiert mit Kohlendioxid aus der Luft und bildet einen Zinkhydroxidfilm, der das Metall vor weiteren Reaktionen schützt. Aus diesem Grund wird Zink häufig zur Verzinkung anderer Legierungen genutzt, um Korrosion vorzubeugen. Reines Nickel ist äußerst korrosionsbeständig, besonders gegenüber verschiedenen Reduktionsmitteln. In Verbindung mit Chrom entstehen Legierungen, die in oxidierenden wie reduzierenden Umgebungen eine exzellente Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Korrosion ist das Ergebnis oft komplexer chemischer Reaktionen, die durch verschiedene Umwelteinflüsse ausgelöst werden können. Die häufigste Korrosionsform ist die gleichmäßige (Uniform-)Korrosion, bei der die Oberfläche eines Materials gleichmäßig angegriffen wird. Sie gilt als die harmloseste Form, da die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften leicht messbar und reproduzierbar sind.
Tritt eine rasche Korrosion an den Korngrenzen einer Legierung auf, während der Rest der Oberfläche intakt bleibt, spricht man von interkristalliner Korrosion. Verunreinigungen können sich an den Korngrenzen ablagern – meist durch unsachgemäße Wärmebehandlung – und so die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen, ohne den restlichen Werkstoff zu schädigen.
Spaltkorrosion ist eine besonders aggressive, lokal begrenzte Korrosionsart, die aus stationären Mikroklimata mit unterschiedlichen Ionen-Konzentrationen zwischen zwei Metallteilen entsteht. Sie tritt häufig in geschützten Bereichen auf, etwa zwischen überlappenden Flächen oder unter Ablagerungen wie Schmutz. Auch stehendes Wasser in Haarrissen kann diesen Prozess hervorrufen.
Spannungsrisskorrosion entsteht durch das Zusammenwirken von Scherbeanspruchung und einer korrosiven Umgebung, meist bei hohen Temperaturen. Dafür müssen drei Faktoren gleichzeitig wirken: Erstens eine empfindliche Legierung, zweitens eine feuchte Umgebung und drittens eine maximale Zugspannung, die den Riss initiiert und dessen Ausbreitung ermöglicht.
Spannungsrisskorrosion entsteht durch das Zusammenwirken von Scherbeanspruchung und einer korrosiven Umgebung, meist bei hohen Temperaturen. Dafür müssen drei Faktoren gleichzeitig wirken: Erstens eine empfindliche Legierung, zweitens eine feuchte Umgebung und drittens eine maximale Zugspannung, die den Riss initiiert und dessen Ausbreitung ermöglicht.
Es gibt verschiedene Strategien, um Korrosion in Legierungen zu verhindern. Die grundlegendste besteht in der Auswahl der richtigen Legierung, beispielsweise durch die Kombination von korrosionsbeständigem Nickel mit oxidationsbeständigem Chrom, um eine Legierung zu schaffen, die sowohl in oxidierenden als auch reduzierenden Medien eingesetzt werden kann.
Eine weitere effektive Methode ist die Kontrolle der Reaktivität der Legierung gegenüber bestimmten korrosionsfördernden Chemikalien. Dies kann durch die Reduzierung des Kontakts mit bestimmten Stoffen, Standortwechsel oder das Senken der Chemikalienkonzentration in Luft oder Wasser erreicht werden.
Laut einer aktuellen Studie, veröffentlicht im Journal Proceedings on Engineering Sciences, erhöht das Beschichten eines Materials mit einer anderen metallischen Legierung die Wahrscheinlichkeit, dass das aufgetragene Metall schneller zerfällt als das darunterliegende. Diese Oberflächenbeschichtung lässt sich auf zwei Arten realisieren:
Auch Lackierungen schützen die Legierung, indem sie das Durchdringen der elektrochemischen Ladung zum korrosiven Medium und zum Metall darunter verhindern.
Darüber hinaus ist die Regulierung der Umgebung eine der wirksamsten Methoden, um Korrosion zu minimieren. Dies kann so einfach sein wie das Vermeiden von Regen oder Wasser, oder auch das Reduzieren der Mengen an Schwefel, Sauerstoff oder Kohlenstoff in der Umgebung. Bei Heizkörpern etwa können Veränderungen der Rauigkeit, des pH-Wertes oder der Sauerstoffkonzentration im Wasser vor Korrosion schützen.
Eine weitere Methode zur Korrosionsvermeidung bei Legierungen ist der Einsatz von Inhibitoren. Korrosionsinhibitoren sind Substanzen, die gezielt mit der Oberfläche der Legierung oder mit den umgebenden Gasen reagieren und so elektrochemische Reaktionen, die Korrosion verursachen, unterbinden. Durch ihre Ablagerung auf der Legierungsoberfläche bilden sie eine schützende Schicht.
Inhibitoren können als Mischung oder Schutzschicht durch verschiedene Dispersionsverfahren aufgebracht werden. Besonders verbreitet ist die Passivierung als Methode zum Aufbringen von Korrosionsinhibitoren. Darüber hinaus kommen Verfahren wie die Verzinkung und Galvanisierung zum Einsatz, bei denen das Werkstück in ein Bad aus geschmolzenem Schutzmetall getaucht oder eine dünne Metallschicht – beispielsweise aus Chrom oder Nickel – durch ein elektrolytisches Bad aufgetragen wird.
