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Korrosion

Zersetzen eines Werkstoffs
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Korrosion (von lateinisch corrodere ‚zersetzen‘, ‚zerfressen‘, ‚zernagen‘) ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt. Korrosion kann zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder Systems führen. Eine durch Lebewesen verursachte Korrosion wird als Biokorrosion bezeichnet.

Rostende Eisenbahnschienen

In der Geologie versteht man unter Korrosion die Zersetzung von Gesteinen durch Einwirkung von Wasser und etwa Kohlenstoffdioxid aus der Luft. Solche Verwitterungsprozesse insbesondere unter Mitwirkung von Schwefeldioxid und Frost spielen auch bei Gebäuden eine Rolle. In der Medizin bezeichnet die Korrosion die Zersetzung von Geweben, mit Absicht angewandt, um Schauobjekte zu präparieren.

Die Korrosion von Metallen (Metallkorrosion[1]) ist nach DIN EN ISO 8044 (ehemals DIN 50900) eine von der Oberfläche ausgehende physikochemische Wechselwirkung zwischen Metall und Umgebung, die auf einer Redoxreaktion unter Bildung von Metalloxid mit Sauerstoff als Oxidationsmittel beruht. Vor allem die Korrosion von Eisen zu Rost ist von großer Bedeutung. Sie läuft nur in Gegenwart von Feuchtigkeit und Sauerstoff ab und wird gefördert durch die Anwesenheit von Salzen als Ladungsträgern. Auch der Kontakt mit edleren Metallen wie Kupfer, Nickel und Chrom bewirkt in feuchter Umgebung den Lochfraß von Eisen.[2] Unedlere Metalle wie Zink hingegen schützen Eisen vor Korrosion. Durch Bewitterung wird eine Zinkschicht jedoch über die Jahre abgetragen.
Form und Maß metallischer Korrosion sind von einem komplexen Zusammenspiel verschiedener Parameter abhängig und in der Regel nicht allein anhand von einzelnen Einflüssen vorherzusagen. Auch reagieren Metalle sehr unterschiedlich auf Umgebungsbedingungen. Aluminium, Blei, Chrom, Corten-Stahl, Rostfreier Stahl, Kupfer, Nickel, Silicium, Titan, Zink, Zinn bilden in vielen Fällen eine sauerstoffundurchlässige Oxidschicht (Passivschicht) an der Oberfläche, die das Material vor weiterer Korrosion schützt. Edelmetalle sind ohnehin reaktionsträge.

Polymere wie Kunststoff und Gummi werden zwar durch bestimmte Chemikalien zersetzt und unterliegen einer Alterung, sind jedoch nicht von Korrosion im eigentlichen Sinne betroffen.

Chemie

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In der Chemie bezeichnet Korrosion die chemische Reaktion oder eine elektrochemische Reaktion eines meist metallischen Werkstoffes mit Stoffen aus seiner Umgebung in einem Korrosionselement, wobei eine messbare Veränderung am Werkstoff eintritt, meist eine Änderung der Farbe sowie oft eine negative Veränderung der sonstigen Oberflächeneigenschaften. In bestimmten Fällen kommt es zu einer Massenzunahme am Metall.

Hauptarten der chemischen Korrosion sind dabei:

Die wichtigste elektrochemische Korrosion ist die Bimetallkorrosion beim Kontakt unterschiedlicher Metalle.

Korrosion (Beispiele)
  •  
    Unpoliertes Tafelsilber mit Silbersulfidbelegung
  •  
    Korrosion von Kupfer
  •  
    Ein stark angerosteter Träger einer genieteten Stahlbrücke
  •  
    Angerostete Verriegelung eines Containers
  •  
    Korrodierter Stahlträger
  •  
    Korrodierter Briefkasten aus Stahlblech auf einer durch Feuerverzinken geschützten Wand

Technik

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Definition

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Der Begriff der Korrosion ist in der DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) wie folgt definiert: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt (Korrosionserscheinung) und zur Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteiles oder eines ganzen Systems (Korrosionsschaden) führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“

Korrosionsrate

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Die Korrosionsrate oder Abtragsrate gibt die Geschwindigkeit der Materialveränderung bzw. des Materialabtrags an. Sie wird in Millimeter je Jahr (mm/a), im angelsächsischen Bereich in mils/year (tausendstel Inch je Jahr) angegeben. Unter standardisierten Bedingungen charakterisiert sie bei metallischen Werkstoffen die Anfälligkeit für Korrosion. Die Korrosionsrate hängt von den Konzentrationen der beteiligten Stoffe (beispielsweise Sauerstoff, Wasser, Chlor), dem pH-Wert, der Temperatur und weiteren Parametern ab. Je nach Bedingungen treten zudem unterschiedliche Formen der Korrosion auf.[3]

Die Korrosionsrate kann im Bereich von mehreren Größenordnungen schwanken. Die meisten Angaben sind daher nur als grobe Richtwerte zu sehen. Für rostfreie Stähle liegt die Rate bei unter 0,001 mm/Jahr, bei Aluminium im einstelligen Tausendstel Bereich und bei niedrig legierten Stählen im Bereich von mehreren Zehntel Millimetern pro Jahr.[4]

Die Messung der Korrosionsrate muss für eine gute Vergleichbarkeit nach dem jeweiligen Standard für eine Anwendung geschehen. Für die Messung an Bauteilen von wenigen Millimetern Größe werden häufig elektrochemische oder Tomografieverfahren verwendet.[5]

Korrosive Mittel

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Sind die Stoffe, die das Bauteil umgeben, auf den Werkstoff einwirken und die Korrosion verursachen, z. B. die Raumluft, Freiluftatmosphäre mit oder ohne Industrieverschmutzung, Meeres-Atmosphäre, Süß- und Salzwasser, Erdboden oder Chemikalien.

Arten der Korrosion

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Initiierung der Lochkorrosion
 
Hochtemperatur-Schwefelkorrosion an einem 12 CrMo 19 5 PI-Stutzen

Korrosionsarten werden nach Material, Ursache und Erscheinungsbild unterschieden. Die Norm definiert 37 verschiedene Korrosionsarten.

In der Technik werden neben werkstoffbasierter Korrosion weitere Arten der Korrosion anhand des Ortes ihres Auftretens unterschieden:

Andere Arten der Korrosion:

Korrosionsschutz

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Ein passiver Korrosionsschutz verhindert den Kontakt des zu schützenden Materials mit dem Korrosionsmedium durch Abschirmung, während bei einem aktiven Schutz die vollständige Trennung von Material und korrosivem Medium nicht erforderlich ist.

Aktiver Schutz

Passiver Schutz

 
Feuerverzinkte geschraubte Stahlbaukonstruktion
  • Feuerverzinken
  • Schutzanstrich bzw. Schutzbeschichtung mit entsprechender Vorbehandlung oder unter Verwendung von Haftvermittlern
  • Sonstiger organischer Transportschutz: Fette, Wachse, fluoriertes Polyurethan (FPU)
  • Anorganischer nichtmetallischer Schutz: Passivierung, Oxide, Glas, insbesondere Borosilikatglas
  • Anorganischer metallischer Schutz: Hämatit (Eisenglimmer), Zink, Aluminium
  • Konstruktive Maßnahmen: durchgehend schweißen etc.
  • Unterschiedliche Metalle nicht in direktem Kontakt verbauen, z. B. keine Chrom- oder Aluminiumzierteile direkt auf Stahl; Kfz-Nummernschilder mit Kunststoffzwischenlage montieren
  • An gefährdeten Stellen Wasserabläufe vorsehen (z. B. in Autotüren)
  • Hohlraumversiegelung
  • Relais mit Schutzgas-Füllung, Reed-Relais
  • Elektrolytisches Vergolden, z. B. in der Zahntechnik[6]
  • Luftfilterung und Überdruckbelüftung von Gehäusen und Schaltschränken, z. B. durch chemisorptive Filter, zur Elimination korrosiver Gase wie H2S

Hinweis: Durch Feuerverzinken entsteht sowohl ein passiver als auch ein aktiver Korrosionsschutz.

Bauten: Korrosion von Gestein

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In der Geologie ist Korrosion die zersetzende chemische Verwitterung von Gesteinen durch verschiedene in Wasser gelöste Agentien (siehe auch → Mischungskorrosion). Auch bei Bauten tritt eine solche Korrosion auf, dort oft Steinfraß genannt. Wie das Wort Verwitterung andeutet, spielt dabei die Witterung oder vielmehr das regionale Klima eine große Rolle. Durch konstruktive Maßnahmen kann Korrosion an steinernen Bauteilen verringert werden, z. B. durch

  • Verwendung solider Materialien,
  • Tropfkanten,
  • überstehende Dachkanten zum Schutz der Fassaden,
  • Pflege,
  • Vermeidung von Bewuchs,
  • Vorbeugung von Hochwasser- und Grundwasser­schäden,
  • Vermeidung von Baumbepflanzung oberhalb von Abwasserleitungen.

Medizin: Korrosion von Gewebe

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In der Medizin versteht man unter „Korrosion“ die Zerstörung von tierischem Gewebe, die durch eine Entzündung oder ätzende Mittel hervorgerufen wird.

Andererseits spielt auch die Korrosion von Metallen in der Implantologie und der Zahnmedizin eine Rolle. Korrosionsprodukte als Verbindungen oder Ionen können bioaktive (z. B. Magnesium oder Calcium) aber auch allergene (z. B. Nickel) oder pathologische Effekte haben. Das vielseitige klinische Erscheinungsbild wird als Metallose bezeichnet und ist in den Anfängen meist symptomlos.[7]

Schaupräparate zum Studium der Anatomie werden mitunter durch Korrosion hergestellt.

Siehe auch

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Literatur

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  • Helmut Kaesche: Die Korrosion der Metalle – Physikalisch-chemische Prinzipien und aktuelle Probleme. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1979, ISBN 3-540-08881-4.
  • Fonds der Chemischen Industrie: Korrosion / Korrosionsschutz (= Folienserie und Textheft, Nr. 8). Frankfurt am Main 1994.
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Commons: Korrosion – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Korrosion – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. ↑ W. Tödt: Messung und Verhütung der Metallkorrosion. Walter de Gruyter & Co., Berlin 1941.
  2. ↑ Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay: Chemie. Ein Lehrbuch für alle Naturwissenschaftler. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26241-5, S. 595 ff.
  3. ↑ Corrosion Rate Website der American Galvanizers Association. Abgerufen am 2. Januar 2016.
  4. ↑ Metals for Corrosion Resistance: Part II – Catherine Houska Website des Nickel Institute. Abgerufen am 2. Januar 2016.
  5. ↑ Sebastian Meyer, Andreas Wolf, Daniela Sanders, Kamila Iskhakova, Hanna Ćwieka: Degradation Analysis of Thin Mg-xAg Wires Using X-ray Near-Field Holotomography. In: Metals. Band 11, Nr. 9, 8. September 2021, ISSN 2075-4701, S. 1422, doi:10.3390/met11091422 (mdpi.com [abgerufen am 18. April 2022]).
  6. ↑ Klaus Müller: Vier Jahre Erfahrungen mit EF-NE-NEM-Legierungen. In: Zahnärztliche Praxis. 36. Jahr, Heft 4, 12. April 1984, S. 130–132.
  7. ↑ Klaus Müller: Kleines Handbuch der oralen Implantologie. Kap. 16: Zur klinischen Relevanz der Metallose. 1978, ISBN 3-9800176-2-1, S. 137–143.
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