Was ist Korrosion und wie entsteht sie?
Die DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) beschreibt Korrosion als die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, welche eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt (Korrosionserscheinung) und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder eines ganzen Systems (Korrosionsschaden) führen kann.
Korrosion ist ein technischer Prozess, bei dem ein Material durch die Wechselwirkung mit seiner Umgebung verändert wird. Der Begriff stammt vom lateinischen Wort “corrodere”, was “zersetzen”, “zerfressen” oder “zernagen” bedeutet. Wenn Korrosion auftritt, kann dies die Funktion von Bauteilen oder Systemen beeinträchtigen. Es gibt auch eine spezielle Art der Korrosion, die durch Lebewesen verursacht wird, und diese wird als Biokorrosion bezeichnet.
Metallkorrosion ist eine chemische Zerstörung, die von der Oberfläche des Metalls ausgeht und auf einer Redoxreaktion beruht, die Metalloxid mit Sauerstoff als Oxidationsmittel bildet. Besonders die Korrosion von Eisen ist von großer Bedeutung, da sie nur in Gegenwart von Wasser und Sauerstoff auftritt und durch die Anwesenheit anderer, edlerer Metalle sowie von Salzen gefördert wird. Unbeschichtetes Eisen wird durch Korrosion rostig und rau, wenn es nass wird und Luftsauerstoff dazu kommt und weitere Oxidation bewirkt. Verzinktes Eisen wird durch Regen langsam aufgelöst, bis das Grundmetall freigelegt wird. Mit edleren Metallen wie Kupfer, Nickel und Chrom galvanisiertes Eisen wird nach Lochfraß punktweise angegriffen. Korrosion kann auch an anorganischen nichtmetallischen Werkstoffen wie Glas oder Emaille auftreten, insbesondere an historischen Gläsern mit bestimmter Zusammensetzung, die durch die Kombination von Feuchte- und Luftschadstoffwirkungen degradieren können. Auch Naturgummi wird von UV-Licht, Sauerstoff und Ölen und Fetten angegriffen, was dazu führen kann, dass er matt, hart, brüchig oder flüssig-klebrig wird. Gleiches gilt für Polyethylen, das matt werden kann, wenn es UV-Strahlung und Sauerstoff ausgesetzt ist.
-
Korrosion bezeichnet eine chemische Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung.
-
Es handelt sich dabei um eine zerstörende Veränderung des Werkstoffs, die aufgrund von Redoxreaktionen und anderen chemischen Prozessen entsteht.
-
Korrosion tritt vor allem bei Metallen auf, aber auch anorganische nichtmetallische Werkstoffe wie Glas oder Emaille können betroffen sein.
-
Die Auswirkungen von Korrosion sind vielfältig und können von einer Veränderung der Farbe und Oberflächeneigenschaften bis hin zur Beeinträchtigung der Funktionalität eines Bauteils oder Systems reichen.
-
Korrosion kann durch verschiedene Faktoren begünstigt werden, wie zum Beispiel Meerwasser, chemische Substanzen, Luftfeuchtigkeit und andere Umweltbedingungen.
-
Um den Auswirkungen von Korrosion entgegenzuwirken, können verschiedene Methoden angewendet werden, wie zum Beispiel Beschichtungen, Legierungen und andere Korrosionsschutzmittel.
-
Inspektionen per Drohne können bei der Erkennung und Überwachung von Korrosion an Industrieanlagen, Kraftwerken, Schifffahrt und Infrastruktur eine wichtige Rolle spielen.
Welche Auswirkungen hat Korrosion?
Die Auswirkungen von Korrosion können schwerwiegend sein. Sie kann zu Schäden an industriellen Anlagen, Kraftwerken, Schifffahrts- und Transportinfrastruktur führen und die Lebensdauer von Bauteilen und Systemen verkürzen. Die Kosten für Reparaturen und Ersatzteile können erheblich sein.
Korrosion ist ein weit verbreitetes Problem in vielen Industriezweigen und in der Infrastruktur. Sie tritt auf, wenn ein metallischer Werkstoff mit Stoffen aus seiner Umgebung in Kontakt kommt und eine chemische oder elektrochemische Reaktion eintritt, die zu einer messbaren Veränderung am Werkstoff führt. Diese Veränderung kann eine Änderung der Farbe oder der sonstigen Oberflächeneigenschaften des Werkstoffs sein, oder in manchen Fällen sogar zu einer Massenzunahme führen.
In bestimmten Fällen kann die chemische Korrosion zu schweren Schäden führen. Beispielsweise kann die Sauerstoffkorrosion von Eisen zu einer massiven Reduzierung der Tragfähigkeit von Brücken, Gebäuden oder anderen Konstruktionen führen, die aus diesem Metall bestehen. Wenn die Korrosion nicht rechtzeitig erkannt und behandelt wird, kann es schließlich zum Zusammenbruch der Struktur kommen. Ähnliche Probleme können bei Schiffen oder anderen Arten von Fahrzeugen auftreten, wo Korrosionen im Laufe der Zeit schwere Schäden an Rümpfen, Motoren und anderen Komponenten verursachen können.
-
Verlust von Material: Korrosion kann zum Verlust von Material an den betroffenen Bauteilen und Infrastrukturen führen, was zu deren Schwächung und letztendlich zu Versagen und Bruch führen kann.
-
Reduzierte Lebensdauer: Korrosion kann die Lebensdauer von Bauteilen und Infrastrukturen verkürzen, was zu höheren Wartungskosten und möglicherweise zu vorzeitigen Austausch führen kann.
-
Beeinträchtigung der Funktion: Korrosion kann die Funktion von Bauteilen und Infrastrukturen beeinträchtigen, z.B. durch verstopfte Rohre, blockierte Ventile oder schlechte elektrische Leitfähigkeit.
-
Sicherheitsrisiko: Korrosion kann zu einer Gefährdung der Sicherheit von Personen führen, wenn z.B. eine Brücke oder ein Bauwerk aufgrund von Korrosion einstürzt.
-
Umweltauswirkungen: Korrosion kann zu Umweltauswirkungen führen, wenn z.B. chemische Substanzen aus korrodierten Rohren in Gewässer gelangen und die Wasserqualität beeinträchtigen.
-
Finanzielle Auswirkungen: Korrosion kann erhebliche finanzielle Auswirkungen haben, einschließlich Kosten für Reparatur und Austausch von beschädigten Bauteilen und Infrastrukturen sowie Produktionsausfälle und Verzögerungen.
Welche Arten von Korrosion gibt es?
Es gibt verschiedene Hauptarten der chemischen Korrosion, die auf unterschiedlichen Ursachen beruhen. Das Anlaufen von Silber unter Bildung von Silbersulfid tritt beispielsweise auf, wenn Silber mit Schwefelverbindungen in Kontakt kommt. Die bakterielle anaerobe Korrosion wird durch Mikroorganismen verursacht, die in Sauerstoff-freien Umgebungen leben und organische Stoffe als Energiequelle verwenden. Die Glaskorrosion tritt auf, wenn Glas in Kontakt mit bestimmten Chemikalien oder Feuchtigkeit kommt. Die Patinabildung bei Kupfer ist eine natürliche Oxidation, die das Kupfer dunkler macht und ihm ein antikes Aussehen verleiht. Die Rostbildung bei Eisen ist eine der bekanntesten Formen der Korrosion, bei der Eisen mit Sauerstoff in Kontakt kommt und Eisenoxid bildet. Die Wasserstoffkorrosion tritt auf, wenn Metalle mit sauren Flüssigkeiten in Berührung kommen und Wasserstoff freigesetzt wird, der den Werkstoff schwächt. Die Wasserstoffversprödung ist eine spezielle Form der Korrosion, bei der Wasserstoff in den Werkstoff eindringt und ihn brüchig macht.
-
Flächenkorrosion: Korrosion, die gleichmäßig über eine Oberfläche stattfindet, verursacht durch chemische Reaktionen zwischen dem Metall und seiner Umgebung, zum Beispiel durch Sauerstoff oder Säuren.
-
Lochfraßkorrosion: Lokale Vertiefungen auf der Metalloberfläche, die durch lokale Angriffe der Umgebung verursacht werden. Es tritt häufig bei Materialien auf, die einen hohen Anteil an austenitischem Chrom-Nickel-Stahl aufweisen.
-
Muldenkorrosion: Eine Form der Lochfraßkorrosion, bei der sich die Korrosion in einer Vertiefung auf der Metalloberfläche ansammelt und fortsetzt.
-
Schwingungsrisskorrosion: Korrosion, die durch Schwingungen in Metallen verursacht wird, die unter ständiger Spannung stehen, insbesondere bei Materialien wie austenitischen rostfreien Stählen.
-
Spannungsrisskorrosion: Rissbildung, die durch Kombination von Spannung und Korrosion verursacht wird. Diese Art von Korrosion kann bei vielen Materialien auftreten, einschließlich Stahl, Aluminium und Titan.
-
Interkristalline Korrosion: Korrosion, die durch das Aufbrechen von Korngrenzen in einem Material verursacht wird, häufig verursacht durch die Bildung von Carbidphasen bei austenitischen Stählen.
-
Kontaktkorrosion: Korrosion, die auftritt, wenn zwei Metalle mit unterschiedlichen Potentialen leitend miteinander verbunden sind und ein elektrisches Feld erzeugen.
-
Erosionskorrosion: Korrosion, die durch die Kombination von chemischen Angriffen und mechanischer Abnutzung verursacht wird, tritt häufig in Strömungssystemen auf.
-
Messerlinienkorrosion: Eine Art der Lochfraßkorrosion, bei der sich die Korrosion entlang einer Linie auf der Metalloberfläche ausbreitet, häufig durch ungleichmäßige Verteilung der Passivschicht verursacht.
-
Spaltkorrosion: Korrosion, die in Spalten oder Zwischenräumen zwischen zwei Oberflächen auftritt, verursacht durch die Konzentration von korrosiven Chemikalien.
-
Unterwanderungskorrosion: Korrosion, die unter einer Schicht oder einer Beschichtung auftritt und das Material von innen heraus zerstört, häufig durch Feuchtigkeit oder aggressive Chemikalien verursacht.
-
Streustromkorrosion: Korrosion, die auftritt, wenn elektrische Ströme durch ein Material fließen und dabei chemische Reaktionen auslösen, häufig verursacht durch unzureichende Erdung oder Isolierung von elektrischen Leitungen.
Jede Art von Korrosion hat ihre eigenen Ursachen und Merkmale. Es ist wichtig, dass Ingenieure und Hersteller diese kennen und geeignete Schutzmaßnahmen ergreifen, um Korrosion zu vermeiden oder zu minimieren.
Was ist die Korrosionsrate?
Die Korrosionsrate ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der ein Metall von seiner Umgebung angegriffen und zerstört wird. Sie gibt an, wie viel Material in einem bestimmten Zeitraum durch Korrosion verloren geht, und wird üblicherweise in Mikrometer oder Millimeter pro Jahr angegeben.
Die Korrosionsrate variiert je nach Metallart und Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, pH-Wert und der Art und Konzentration von Korrosionsmitteln wie Sauerstoff, Salz und Säuren. Einige Metalle wie Gold und Platin sind sehr beständig gegen Korrosion, während andere wie Eisen, Kupfer und Aluminium relativ leicht korrodieren können.
Die Korrosionsrate kann auch von der Art der Korrosion abhängen, die auftritt. Bei galvanischer Korrosion tritt beispielsweise eine höhere Korrosionsrate auf, wenn das edlere Metall (z.B. Zink) in Kontakt mit dem unedleren Metall (z.B. Stahl) kommt. Bei Lochfraßkorrosion ist die Korrosionsrate an den tiefer liegenden Stellen höher als an den umgebenden Flächen.
Die Korrosionsrate beschreibt die Geschwindigkeit, mit der ein metallischer Werkstoff korrodiert wird.
Die Korrosionsrate hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffs, der Art und Konzentration der korrosiven Substanzen in der Umgebung, der Temperatur und der Feuchtigkeit.
Die Korrosionsrate kann in unterschiedlichen Einheiten gemessen werden, z.B. in Millimeter pro Jahr oder in Gramm pro Quadratmeter pro Jahr.
Die Korrosionsrate kann auch durch die Wahl des Werkstoffs beeinflusst werden. So gibt es beispielsweise Edelstähle, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine geringere Korrosionsrate aufweisen als andere Metalle.
In einigen Fällen kann die Korrosionsrate durch den Einsatz von Korrosionsschutzmaßnahmen verringert werden. Beispiele dafür sind die Verwendung von Beschichtungen, die Isolation von Werkstoffen oder die Verwendung von Opferanoden.
Die Korrosionsrate kann durch regelmäßige Inspektion und Wartung von Bauteilen und Systemen überwacht werden, um Korrosionsschäden frühzeitig zu erkennen und zu verhindern.
Um die Korrosionsrate zu bestimmen, können verschiedene Methoden wie Gewichtsverlustmessung, elektrochemische Methoden und Oberflächenanalyse eingesetzt werden. Die Kenntnis der Korrosionsrate ist wichtig, um Schäden und Ausfallzeiten von Metallkonstruktionen, Infrastruktur und Anlagen zu minimieren und effektive Schutzmaßnahmen gegen Korrosion zu entwickeln.
Aktiver und passiver Korrosionsschutz
Aktiver Korrosionsschutz zielt darauf ab, ein Metall vor Korrosion zu schützen, insbesondere wenn es häufig in Kontakt mit Wasser oder anderen korrosiven Substanzen kommt. Hierzu wird ein weniger edles Metall verwendet, das als Opfer für die Korrosion dient und somit das zu schützende Metall vor Rostbildung bewahrt.
-
Opferanode: Eine weniger edle Metallanode wird an das zu schützende Metall angeschlossen, um als Opfer für Korrosion zu dienen, anstatt das zu schützende Metall selbst korrodieren zu lassen.
-
Fremdstromanode: Eine elektrische Gleichstromquelle wird verwendet, um eine elektrische Ladung an das zu schützende Metall anzulegen und somit die Korrosion zu verhindern.
-
Thermisches Spritzen: Eine Schutzschicht wird durch Aufsprühen eines korrosionsbeständigen Materials auf die Metalloberfläche aufgebracht, um Korrosion zu verhindern.
-
Feuerverzinken: Eine dauerhafte Schutzschicht wird durch Eintauchen des Metalls in flüssiges Zink erzeugt, um eine Schutzschicht zu bilden, die das darunter liegende Metall vor Korrosion schützt.
-
Sherardisieren: Das Metall wird in eine spezielle Zinkschmelze getaucht, um eine Zinkschicht auf der Metalloberfläche zu erzeugen, die das Metall vor Korrosion schützt.
-
Zinklamellenüberzug: Eine dünne Schutzschicht aus Zink wird auf die Metalloberfläche aufgebracht, um Korrosion zu verhindern.
-
Kathodischer Korrosionsschutz: Durch Anlegen einer Gleichstromquelle wird eine kathodische Schutzschicht auf der Metalloberfläche erzeugt, um Korrosion zu verhindern.
-
Polarisation: Eine elektrische Gleichstromquelle wird verwendet, um die Oxidations- und Reduktionsreaktionen auf der Metalloberfläche zu beeinflussen und Korrosion zu verhindern.
-
Schwachstrom: Eine geringe elektrische Gleichstromquelle wird verwendet, um eine kathodische Schutzschicht auf der Metalloberfläche zu erzeugen, um Korrosion zu verhindern.
-
Inhibitoren: Chemikalien werden in die Umgebung eingebracht, um die Korrosionsreaktionen auf der Metalloberfläche zu verlangsamen oder zu stoppen.
-
Verringerung des Sauerstoffgehaltes: Durch Entfernen von Sauerstoff aus der Umgebung wird die Korrosionsreaktion auf der Metalloberfläche verlangsamt oder gestoppt.
-
Förderung der Passivschichtbildung: Eine dünne Schutzschicht aus Oxiden, die die Metalloberfläche vor Korrosion schützt, wird durch chemische Reaktionen oder Beschichtung auf der Metalloberfläche erzeugt.
-
Homogenisierung des Gefüges: Durch Erhitzen und Abschrecken des Metalls wird eine gleichmäßigere Metalloberfläche erzeugt, die weniger anfällig für Korrosion ist.
-
Optimierung der Oberfläche: Durch Polieren oder Strahlen der Metalloberfläche wird die Rauheit reduziert und die Metalloberfläche widerstandsfähiger gegen Korrosion gemacht.
Passiver Korrosionsschutz bezieht sich auf die Verwendung von Beschichtungen und Überzügen, um das Metall von seiner Umgebung zu isolieren und es vor Korrosion zu schützen.
-
Feuerverzinken: Ein Verfahren zur Verzinkung von Stahl, bei dem das Metall in flüssiges Zink getaucht wird, um eine Zinkschicht auf der Oberfläche zu erzeugen.
-
Schutzanstrich bzw. Schutzbeschichtung: Eine Beschichtung, die auf der Oberfläche des Metalls aufgetragen wird, um es vor Korrosion zu schützen. Eine entsprechende Vorbehandlung oder die Verwendung von Haftvermittlern kann dabei notwendig sein, um eine gute Haftung der Beschichtung zu gewährleisten.
-
Anorganischer metallischer Schutz: Metallische Materialien wie Hämatit (Eisenglimmer), Zink oder Aluminium können als Schutzschicht verwendet werden, um das darunterliegende Material vor Korrosion zu schützen.
-
Anorganischer nichtmetallischer Schutz: Passivierung, Oxide oder Glas, insbesondere Borosilikatglas, können als Schutzschicht dienen, um das Metall vor Korrosion zu schützen.
-
Sonstiger organischer Transportschutz: Fette, Wachse oder fluoriertes Polyurethan (FPU) können auf die Oberfläche des Metalls aufgetragen werden, um es während des Transports vor Korrosion zu schützen.
-
Konstruktive Maßnahmen: Durchgehendes Schweißen oder die Vermeidung von direktem Kontakt zwischen verschiedenen Metallen können dazu beitragen, Korrosion zu reduzieren.
-
Hohlraumversiegelung: Ein Verfahren zur Versiegelung von Hohlräumen in einem Bauteil, um das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zu verhindern.
-
Unterschiedliche Metalle nicht in direktem Kontakt verbauen: Durch die Verwendung von Kunststoffzwischenlagen oder anderen Materialien, die als Barrieren zwischen verschiedenen Metallen dienen, kann Korrosion vermieden werden.
-
An gefährdeten Stellen Wasserabläufe vorsehen: Die Verwendung von Wasserabläufen an Stellen, an denen Wasser oder Feuchtigkeit eindringen können, kann dazu beitragen, Korrosion zu reduzieren.
-
Relais mit Schutzgas-Füllung oder Reed-Relais: Diese Technologien können dazu beitragen, Korrosion in elektronischen Geräten zu reduzieren.
-
Elektrolytisches Vergolden: Ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Metallen, das in der Zahntechnik häufig angewendet wird.
-
Luftfilterung und Überdruckbelüftung von Gehäusen und Schaltschränken: Die Verwendung von chemisorptiven Filtern kann dazu beitragen, korrosive Gase wie H2S aus der Luft zu entfernen und somit Korrosion in elektronischen Geräten zu reduzieren.
Korrosion ist ein natürlicher Prozess, der nicht vollständig gestoppt werden kann. Ein Korrosionsschutz kann jedoch dazu beitragen, dass sich der Prozess verlangsamt und die Lebensdauer des betroffenen Materials verlängert wird.
Spezialbeschichtungen
Spezialbeschichtungen sind eine Möglichkeit, um einen gezielten Korrosionsschutz zu erreichen. Dabei handelt es sich um spezielle Beschichtungen, die je nach Anforderung und Bedarf entwickelt und eingesetzt werden. Es gibt beispielsweise Beschichtungen, die speziell für den Einsatz in der Offshore-Industrie entwickelt wurden und extremen Bedingungen standhalten müssen. Auch im Bereich der Luft- und Raumfahrt gibt es spezielle Beschichtungen, die beispielsweise vor der Einwirkung von Strahlung oder extremen Temperaturen schützen.
Spezialbeschichtungen können auf verschiedene Arten aufgebracht werden, z.B. durch Sprühen, Tauchen oder Aufrollen. Dabei ist es wichtig, dass die Beschichtung gleichmäßig und haftfest aufgetragen wird, um eine effektive Schutzwirkung zu erzielen.
Je nach Anwendungsbereich können die Kosten für Spezialbeschichtungen höher sein als für herkömmliche Korrosionsschutzmaßnahmen. Allerdings können sie im langfristigen Vergleich kosteneffektiver sein, da sie oft länger halten und weniger Wartung erfordern.
Insgesamt bieten Spezialbeschichtungen eine Möglichkeit, um maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen und Anwendungen im Bereich des Korrosionsschutzes zu schaffen.
Welche Rolle spielen Drohnen, Unterwasserdrohnen und Inspektionskameras für die Erkennung von Korrosion?
Drohnen, Unterwasserdrohnen und Inspektionskameras spielen eine wichtige Rolle bei der Erkennung von Korrosion und der Bewertung von Korrosionsschutzmethoden, insbesondere bei schwer zugänglichen Orten wie Pipelines, Brücken, Türmen und anderen Infrastrukturprojekten aber auch in der Prozessindustrie.
Drohnen und Unterwasserdrohnen können mit Kameras und Sensoren ausgestattet werden, die eine genaue Untersuchung der Korrosions- und Schutzschichten ermöglichen. Sie können auch schneller und effizienter als traditionelle Inspektionsmethoden sein und erlauben es, Schäden zu identifizieren, bevor sie zu größeren Problemen führen.
Inspektionskameras können ebenfalls verwendet werden, um Bereiche zu inspizieren, die für Menschen schwer zugänglich sind. Sie können auch eingesetzt werden, um Korrosion zu erkennen, die von außen nicht sichtbar ist, indem sie z.B. in Rohren, Rohrleitungen oder anderen Hohlräumen eingesetzt werden.
Darüber hinaus können die von diesen Geräten gesammelten Daten und Bilder dazu beitragen, den Fortschritt von Korrosion zu überwachen, den Zustand von Schutzbeschichtungen zu bewerten und Korrosionsschutzmethoden zu verbessern, indem sie genaue Informationen über die Wirksamkeit von Korrosionsschutzbeschichtungen und anderen Schutzmaßnahmen liefern.
Fazit
Korrosion ist ein weit verbreitetes Problem, das nicht nur zu wirtschaftlichen Schäden, sondern auch zu Sicherheitsrisiken führen kann. Es gibt verschiedene Methoden, um Korrosion zu vermeiden oder zu reduzieren, die entweder aktiv oder passiv sein können. Aktive Korrosionsschutzmethoden umfassen beispielsweise den kathodischen Schutz, während passive Methoden wie Lackierungen und Kunststoffbeschichtungen auf den Schutz des Werkstoffs durch einen Überzug setzen.
Die Verwendung von Drohnen, Unterwasserdrohnen und Inspektionskameras bietet heute eine effektive Möglichkeit, Korrosion und den Zustand von Materialien und Oberflächen zu überwachen und zu bewerten. Durch den Einsatz von Technologien wie beispielsweise Wärmebildkameras können Korrosionsschutzmethoden schnell und präzise auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden.
Insgesamt ist es wichtig, Korrosion als ein ernstes Problem zu sehen und frühzeitig geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um sie zu vermeiden oder zu reduzieren. Eine sorgfältige Planung, Umsetzung und Überwachung von Korrosionsschutzmaßnahmen kann dazu beitragen, die Lebensdauer von Materialien zu verlängern, die Sicherheit zu erhöhen und wirtschaftliche Schäden zu minimieren.
