GALVANISCHE KORROSION

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1 GALVANISCHE KORROSION GRUNDLAGEN BERÜCKSICHTIGEN UND RICHTIG EINSCHÄTZEN Thoralf Müller, Andreas Burkert, Gino Ebell

2 Was ist galvanische Korrosion? Definition Galvanischen Korrosion gemäß DIN EN ISO 8044: Korrosion als Folge der Wirkung eines Korrosionselementes Korrosionselemente können sein: Konzentrationselement Belüftungselement Aktiv/Passivelement Bimetallkorrosion (häufig gleichgestellt mit galvanischer Korrosion) FKKS Praxistag

3 Konzentrationselement Korrosionselement in dem die Potentialdifferenz von einer Differenz in der Konzentration der Angriffsmittel in Nähe der Elektroden herrührt Anode Kathode Elektrodenreaktionen sind darauf ausgerichtet lokale Konzentrationen auszugleichen FKKS Praxistag

4 Belüftungselement Korrosionselement bei dem die Potentialdifferenz von einem Unterschied der Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Elektroden herrührt Anode Kathode FKKS Praxistag

5 Belüftungselement Beispiel Schaden an Brückenseil - Brückenbauwerk aus den 60er Jahren - Letzte Sanierung der Beschichtung vor über 20 Jahren - Lokale Schädigung der Beschichtung und Litzenbrüche in den äußeren Lagen FKKS Praxistag

6 Belüftungselement Beispiel Schaden an Brückenseil FKKS Praxistag

7 Aktiv-Passiv-Element Korrosionselement bei dem ein Teil der Oberfläche im aktiven Zustand als Anode und der übrige Teil der Oberfläche im passiven Zustand als Kathode wirkt. Aktiv-Passiv-Elemente treten systemimmanent an passivierbaren, metallenen Werkstoffen und Korrosionssytemen auf FKKS Praxistag

8 Treten Korrosionselemente immer einzeln auf? Beispiel: Spaltkorrosion an nichtrostenden Stahl Phase 1: Belüftungselement + Aktiv-Passiv-Element Phase 2: Konzentrationselement + Aktiv-Passiv-Element FKKS Praxistag

9 Grundlagen Bimetallkorrosion (früher Kontaktkorrosion) ist eine Form der galvanischen Korrosion, bei der das Korrosionselement durch zwei unterschiedliche Metalle gebildet wird Durch die Ausbildung von Elementen kann die Korrosionsgeschwindigkeit erheblich beschleunigt werden! Die Lebensdauer von Bauteilen kann infolge Elementbildung erheblich von der unter den Umgebungsbedingungen erwarteten Lebensdauer abweichen! FKKS Praxistag

10 Grundlagen Ausbildung eines Bimetallelements mit Mischpotential bei Kontaktierung zweier unterschiedlicher Metalle Fe Zn Zn Elementkorrosion + Eigenkorrosion = beschleunigte Korrosion FKKS Praxistag

11 Grundlagen Voraussetzungen - Metalle mit unterschiedlichem Korrosionspotential - elektronenleitende Verbindung - verbindender Elektrolyt Haupteinflussgrößen - Flächenverhältnis Kathode/Anode - Leitfähigkeit des Elektrolyten - Befeuchtungsdauer/Umgebung - Kinetik der Elektrodenreaktionen Potentialdifferenz lässt keinen Rückschluss auf die tatsächliche Gefährdung durch Bimetallkorrosion zu. Sie gestattet nur die Aussage, ob eine Gefährdung überhaupt möglich ist. Praktische Spannungsreihe verschiedener metallener Werkstoffe in Meerwasser nach Francis et al FKKS Praxistag

12 Einflussgrößen - Flächenverhältnis rostfreier Stahl rostfreier Stahl verzinkter Stahl verzinkter Stahl Bimetallkorrosion möglich reduzierte Bimetallkorrosion FKKS Praxistag 2018

13 Flächenverhältnis Anode/Kathode Flächenregel I = I + I Ges EL Eigen II EEEE = EE RR pppp + RR pppp + RR MM Bestimmung der elektrochemischen Kennwerte u.a. nach DIN EN möglich ii EEEE = SS CC SS AA EE rr pp E = Potentialdifferenz Kathode/Anode i EL = Elementstromdichte I ges = Gesamtkorrosionsstrom S A = Anodenfläche I EL = Anteil der Elementkorrosion S C = Kathodenfläche I Eigen = Eigenkorrosion R P = Polarisationswiderstand r p = spezifischer Polarisationswiderstand R M = Elektrolytwiderstand FKKS Praxistag

14 Einflussgrößen Leitfähigkeit des Elektrolyten Korrosionsgeschwindigkeit von feuerverzinktem Stahl mit und ohne Kontakt zu nichtrostendem Stahl unter verschiedenen Umgebungsbedingungen Quelle: Nürnberger et. al Leitfähigkeit des Oberflächenfilms Elektrolytwiderstand FKKS Praxistag

15 Einflussgrößen Leitfähigkeit des Elektrolyten FKKS Praxistag

16 Beispiel Befestigungsmittel Solarpaneel Bimetallelement Aluminium/nichtrostender Stahl Auslagerungszeit 3 Jahre Stadtatmosphäre C3 (Berlin) Meeresatmosphäre (Insel Helgoland) Schraube und Bauteil Korrosionsprodukte Aluminium Verbinder Aluminium FKKS Praxistag

17 Einflussgrößen Elektrodenkinetik Reaktionskinetik der jeweiligen Metalle beeinflusst die Gesamtkinetik der galvanischen Korrosion (artgleich) Ausbildung von Deckschichten und Oxidflmen können anodische/kathodische Teilreaktionen hemmen FKKS Praxistag

18 Beispiel Metallpaarungen in feuchten Wüstensand Gebäudeneubau in Saudi-Arabien Außenfassade mit Metallpaarungen aus NiRo, Titan- und Aluminiumwerkstoffen Randbedingungen Klima/Umgebung: Tagsüber hohe Temperaturen (bis 50 C) Standort an Küste des persischen Golfs mit entsprechender Chloridbelastung Nachts starke Abkühlung, hohe Kondensation Oberflächen mit chloridhaltigen Wüstensand Ist Bimetallkorrosion möglich und welche Metallpaarung ist günstig/ungünstig? Labormessungen u.a. in feuchtem Wüstensand FKKS Praxistag

19 Beispiel Metallpaarungen in feuchten Wüstensand FKKS Praxistag

20 Beispiel Metallpaarungen in feuchten Wüstensand FKKS Praxistag

21 Beispiel Metallpaarungen in feuchten Wüstensand Abschätzung der Korrosion am Al nach 50 Jahren: - bis 175 µm bei Kontakt mit Titan - bis 700 µm bei Kontakt mit FKKS Praxistag

22 Korrosionsschutz FKKS Praxistag

23 Ausnahmen Auch ohne elektronenleitende Verbindung ist hier Bimetallkorrosion möglich! Me 2+ Metall 2 Kupfer Elektrolyt Metall 1 e - e - verzinkter Stahl Quelle: ikz praxis, Ausgabe 4/2002 Deshalb niemals: Kupfer in Fließrichtung vor Zink/verzinktem Stahl! FKKS Praxistag

24 Beispiele aus der Praxis Stütze in Parkhaus feuerverzinkt galvanisch verzinkt Artgleiches Material ist nicht immer vorteilhaft! FKKS Praxistag

25 Beispiele aus der Praxis Schadensfall Bronzeskulptur FKKS Praxistag

26 Beispiele aus der Praxis Schadensfall Bronzeskulptur DIN EN ISO in C3 max. 50 µm/jahr Befestigungsmittel aus unlegiertem Stahl nach 20 Jahren max. 2 mm Querschnittsminderung hier 8 mm = 200 µm/jahr = C FKKS Praxistag

27 Beispiele aus der Praxis Schadensfall Bronzeskulptur FKKS Praxistag

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