Phänomene und Mechanismen P. Linhardt

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1 Korrosion Phänomene und Mechanismen P. Linhardt

2 BIP (2010) = 284 Mrd. * 3,5% = 10 Mrd ,- je Einwohner *Quelle: Statistik Austria

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4 BEGRIFFE (nach ÖNORM EN ISO 8044) Korrosion Reaktion eines (metallischen) Werkstoffes mit seiner Umgebung Korrosionserscheinung Messbare Veränderung des Werkstoffes Korrosionsschaden Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder eines ganzen Systems durch Korrosion KORROSION KORROSIONSERSCHEINUNG = / SCHADEN

5 Der elektrochemische Korrosionsmechanismus zwei gekoppelte Teilprozesse an der Grenzfläche Werkstoff/Medium kathodische Reaktion Oxidationsmittel (Medium) anodische Reaktion Metallatom (Werkstoff) e - reduzierte Form (Medium) Metallion (Medium) O + 2 H O + 4 e - 4 OH H + 2 e H e - Korrosionsprodukte Deckschichten Passivschichten

6 ph Alkalisierung bei Kathoden O 2 H O 2 Kathode Stahl OH Wasser - OOH (OH) O, O e Anode H OH - e- H + ph Versauerung bei Anoden Kathode H H 2 Beachte: Örtliche Trennung von Anoden und Kathoden sind möglich Formen der Lokalkorrosion (Mulden-, Lochkorrosion, )

7 Lochkorrosion/NIRO (CrNi 18/10) chloridinduziert Lagerung im Freien Salzsprühnebel von Straße

8 Lochkorrosion/NIRO - Mechanismus O2 Wasser e- OH - (OH) Rost 2 2+ H O H Cl Cl - Passivschicht CrNi-Stahl

9 Bimetallkorrosion unlegierter Stahl beschichtet + Nichtrostender Stahl Klimaanlage

10 Mechanismus der Bimetallkorrosion Wasser Metalle sind nicht metallenleitend verbunden: Kathoden Rost Anoden NIRO e - Stahl Alkalisierung der Oberfläche NIRO Metalle sind metallenleitend verbunden: Versauerung Gusseisen Rost NIRO e- Stahl Bestimmende Größen: Art der Metalle Flächenverhältnis Elektrolytische Leitfähigkeit

11 Kupferinduzierte Korrosion Verzinkter Stahl Warmwasserrohr

12 Kupferinduzierte Korrosion Cu 2+ Cu Wasser Zn Zn 2+ Cu 2+ Cu 2+ Cu Cu 2+ Cu 2+ Rost Wasser O Rost 2 H O 2 Cu OH Wasser - Rost Stahl e - Stahl e - Stahl e - 1. Primäre Zementation 2. Sekundäre Zementation 3. Kontaktelement REM-Bild EDX-Elementverteilung Cu Zn

13 Heizungsrohre

14 ca. 2 mm/a EDX-Analyse Korrosionsprodukte

15 Makroelement bei Heizungsrohren O2 - Kathode Beton Anode e _ LECK Erdung Heizungsrohr Filzhülle NASS! PE-Folie Verletzung ph = 12 ph = 7 Bewehrungs stahl Fundamenterder

16 Korrosion durch Fremdstrom Gasrohr / Elektrophysikalische Mauertrockenlegung Rohr Mauerwerk + Anode Anode Kathode Elektroosmose - Kathode

17 Flusskraftwerke Lochkorrosion an nichtrostendem Stahl Chloridgehalt niedrig: ppm Cl - Turbinen Schaufel Mn Laufradring G-X3CrNi 13 4

18 MIC durch Manganoxidierende Mikroorganismen Biomineralisierter Braunstein stellt an nichtrostendem Stahl ein stärkeres Oxidationsmittel als der Sauerstoff dar Die Empfindlichkeit von nichtrostendem Stahl gegenüber Chlorid steigt dadurch stark an

19 Schrittweise potentiostatische Strom-Potential-Kurve von in Flusswasser Freies Korrosionspotential von in Schweisfurth s medium beimpft mit Flusswasser 50 mv/step, 300 s/step Ennoblement

20 Messung des elektrochemischen Rauschens (EN) ZRA I - Hi-Z E + Strom-Rauschen Strom-Rauschen Anode Kathode Potential-Rauschen nicht-invasive Methode zur Messung der Korrosionsaktivität speziell geeignet für Korrosions-Monitoring relativ einfache Messtechnik derzeit nicht standardisiert in Messverfahren & Auswertung (empirisch)

21 Schnelle Evaluierung von Korrosionsinhibitoren Experimenteller Aufbau EIS Electrochemical Workstation IM6 EN 2x Agilent 6.5 digit DVM Impedanzwandler ZRA Temperaturmessung (TC-K) Zelle beheizt Magnetrührer Bezugselektrode Rotameter C

22 ERGEBNISSE Elektrochemisches Rauschen (EN) BEISPIEL: Salzlösung+C Stahl ohne/mit Inhibitor Potentialrauschen von C1020 in 3% NaCl + C, 60 C ohne/mit ohne/mit KI3205, Inhibitor trendbereinigt Stromrauschen von C1020 in 3% NaCl + C, 60 C ohne/mit ohne/mit KI3205, trendbereinigt Inhibitor 0,002 6,0E-06 0,0015 4,0E-06 0,001 2,0E-06 Potential (V) 0,0005 Strom (A) 0,0E+00-2,0E ,0E-06-0,0005-6,0E-06-0,001-8,0E-06 Zeit (s) Zeit (s) ohne Inhibitor mit KI3205 ohne Inhibitor mit KI3205 Verringerung der Korrosionsrate: ca. -95%

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