Was ist Korrosion

Korrosion ist ein zerstörender Prozess, der bei metallischen Werkstoffen unter dem Einfluss äußerer Faktoren vorwiegend durch chemische oder elektrochemische Reaktionen auftritt. Bei diesem Prozess handelt es sich um eine Wechselwirkung des Metalls mit der Umgebung, die zu einem Festigkeitsverlust und einer Zerstörung seiner Struktur führt. Die Hauptfaktoren, die zur Entstehung von Korrosion beitragen, sind Feuchtigkeit, Sauerstoff, Salze und chemisch aktive Substanzen.

Eisenmetalle wie Eisen, Stahl und Gusseisen sind besonders anfällig für Korrosionsprozesse, da sie bei Kontakt mit Sauerstoff und Feuchtigkeit oxidieren. Während dieses Prozesses entstehen verschiedene Verbindungen, darunter Oxide und Hydroxide.

Wenn Eisen beispielsweise mit Sauerstoff aus der Luft oder Wasser reagiert, entsteht Eisenhydroxid, das dann zu Rost wird. Diese Reaktion kann durch die Gleichung ausgedrückt werden:

4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃

Mit der Zeit verwandelt sich das ursprünglich langlebige Metall, aus dem Waffen, Gebäudestrukturen und Maschinen hergestellt wurden, in eine lose Rostschicht und verliert so vollständig seine nützlichen Eigenschaften. Dieser Prozess ist natürlich, da künstlich hergestellte Metalle dazu neigen, in ihren natürlichen Zustand zurückzukehren.

Korrosive Zerstörung verursacht ernsthafte Probleme in der Industrie, im Transportwesen und im Baugewerbe. Um Metall vor Zerstörung zu schützen, werden verschiedene Methoden eingesetzt, darunter der Einsatz von Korrosionsschutzlegierungen, das Aufbringen von Schutzbeschichtungen und der Einsatz elektrochemischer Methoden.

Ursachen für Korrosion

Eisenmetalle sind am anfälligsten für Rostbildung, da ihre Struktur besonders empfindlich auf die Einwirkung von Sauerstoff und Wasser reagiert. Allerdings ist Feuchtigkeit nicht der einzige Korrosionsfaktor, da viel auch von der Zusammensetzung der Legierung abhängt. Beispielsweise kann ein Metall in einer feuchten Umgebung stabil bleiben, in einer sauren Umgebung jedoch anfällig für Zerstörung sein.

Korrosionsprozesse können in unterschiedlichen Umgebungen auftreten:

Atmosphärische Korrosion - entsteht im Freien durch Einwirkung von Sauerstoff, Feuchtigkeit, Schadgasen und anderen atmosphärischen Faktoren.
Bodenkorrosion — im Zusammenhang mit dem Kontakt von Metall mit dem Boden. Die Geschwindigkeit der Korrosion wird durch die chemische Zusammensetzung des Bodens und seinen Säuregehalt bestimmt: Je niedriger der pH-Wert, desto schneller zersetzt sich das Metall.
Belüftungskorrosion - tritt auf, wenn ein Teil eines Metallobjekts ständig mit Luft in Kontakt ist, während der andere isoliert bleibt.
Elektrische Korrosion — verursacht durch Streuströme, beispielsweise in der Nähe von Bahngleisen oder unterirdischen Leitungen.
Biologische Korrosion — entsteht unter dem Einfluss von Mikroorganismen, die Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und andere aggressive Stoffe freisetzen.
Korrosion in chemisch aktiven Umgebungen — verursacht durch Säuren, Laugen, Salze und andere Elektrolyte, einschließlich Süß- und Meerwasser.

Der Hauptverursacher von Korrosion ist Sauerstoff, der über Luft oder Wasser mit der Metalloberfläche reagiert. Dieser Prozess führt zur Bildung von Rost und anderen Oxiden.

Die wichtigsten Arten der Metallkorrosion

Korrosion wird nach dem Zerstörungsmechanismus klassifiziert:

Chemische Korrosion — entsteht durch die direkte Einwirkung aggressiver Substanzen auf das Metall, was zur Bildung von Oxiden führt. Besonders intensiv tritt es in Gegenwart von Säuren, Laugen und Salzen auf.
Elektrochemische Korrosion — entsteht durch die Bildung galvanischer Elemente auf der Metalloberfläche. Der Unterschied im Elektrodenpotential führt zur Bewegung von Elektronen und beschleunigt den Zerstörungsprozess.

Es gibt auch andere Arten von Korrosion:

Interkristallin - ist mit einer Veränderung der Struktur des Metalls verbunden, die es anfällig für Zerstörung macht.
Ermüdung — entsteht bei längerer mechanischer Belastung und führt zur Rissbildung im Material.

Chemische Korrosion

Der Prozess der chemischen Korrosion umfasst Oxidations-Reduktions-Reaktionen, bei denen das Metall in Oxidverbindungen umgewandelt wird. Beispielsweise bildet Eisen bei Wechselwirkung mit Feuchtigkeit und Sauerstoff Rost (Fe₂O₃) und Aluminium bildet einen Oxidfilm (Al₂O₃), der es vor weiterer Zerstörung schützt.

Die Zerstörung von Metallen wird durch die Einwirkung von Säuren und Laugen wie Schwefelsäure, Salpetersäure oder Ammoniak beschleunigt.

Zum Schutz vor chemischer Korrosion werden verschiedene Maßnahmen ergriffen:

Aufbringen von Schutzbeschichtungen,
Verwendung von Korrosionsschutzadditiven,
Verwendung spezieller, gegen chemische Einflüsse beständiger Legierungen.

Elektrochemische Korrosion

Diese Art der Korrosion wird durch die Wechselwirkung des Metalls mit der Umgebung durch elektrochemische Reaktionen verursacht. In einem solchen System fungiert das Metall als Anode oder Kathode und die Bewegung der Elektronen führt zu seiner Zerstörung.

Ein Beispiel ist die Wechselwirkung von Eisen mit Wasser und Sauerstoff. Dabei wird Eisen oxidiert und Sauerstoff nimmt Elektronen auf, wodurch Eisenoxide entstehen.

Die Geschwindigkeit der Korrosion ist abhängig von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und der Anwesenheit aggressiver Stoffe. Im Meerwasser ist der Prozess besonders intensiv, da dieses eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Zu den Methoden zum Schutz vor elektrochemischer Korrosion gehören:

Kathodischer Schutz — die Verwendung spezieller Anoden, die der Konservierung des Grundmetalls geopfert werden.
Elektrischer Schutz — Verwendung einer externen Gleichstromquelle, die ein schützendes elektrisches Feld erzeugt.
Korrosionsinhibitoren — Stoffe, die elektrochemische Reaktionen verlangsamen.

Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion

Um Korrosion zu verhindern, werden verschiedene grundlegende Methoden angewendet:

1. Schutzbeschichtungen

Farben und Lacke - eine Barriere zwischen dem Metall und der Umgebung schaffen.
Polymerbeschichtungen — vor Feuchtigkeit, UV-Strahlung und Temperaturschwankungen schützen.
Galvanische Beschichtungen (Verzinken, Verchromen) — bildet eine Schutzschicht auf der Metalloberfläche.

2. Elektrochemischer Schutz

Kathodischer Schutz — Verwendung von Opferanoden (beispielsweise aus Zink oder Aluminium).
Anwendung von Gleichstrom - bildet ein elektrisches Feld, das Oxidation verhindert.

3. Korrosionsinhibitoren

Diese Substanzen werden auf das Metall aufgetragen und bilden einen Schutzfilm, der die Zerstörung verlangsamt.

Abschluss

Der Korrosionsschutz von Metallen trägt entscheidend dazu bei, die Lebensdauer von Produkten zu verlängern und die Betriebskosten zu senken. Durch den Einsatz von Schutzbeschichtungen, speziellen Legierungen und elektrochemischen Verfahren können wir zerstörerische Prozesse minimieren, was insbesondere im Bauwesen, im Transportwesen und in der Industrie von Bedeutung ist. Moderne Technologien werden ständig verbessert und bieten immer wirksamere Lösungen zur Korrosionsbekämpfung.