wiley-vch Korrosion und Korrosionsschutz Egon Kunze (Hrsg.) Band 1: Einführung und wissenschaftliche Grundlagen Singapore Toronto Brisbane

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1 Egon Kunze (Hrsg.) Korrosion und Korrosionsschutz Band 1: Einführung und wissenschaftliche Grundlagen wileyvch Berlin Weinheim New York Chichester Brisbane Singapore Toronto

2 Inhalt Band 1: Einführung und wissenschaftliche Grundlagen Herausgeber und Autoren Ixi 1 Allgemeine Einführung Volkswirtschaftliche Bedeutung der Korrosion 1 (D. Behrens f, H. Grafen) 1 Einführung 1 2 Kosten der Korrosionsschäden 2 3 Sekundärkosten von Korrosionsschäden 4 4 Korrosionsarten und Schadensformen 6 e 5 Schadensverhütung als volkswirtschaftliche Aufgabe 14 Literatur Geschichte der Korrosion und des Korrosionsschutzes 18 ( W. v. Baeckmann) 1 Vorgeschichte 18 2 Phlogistontheorie 19 3 Oxidation 20 4 Elektrolytische Korrosion 20 5 Streustromkorrosion 21 6 Mikrobiologische Korrosion 24 7 Korrosionsverhalten von Eisen, Kupfer und Blei 25 8 Passiver Korrosionsschutz Beschichtungen 27 ' 9 Metallische Beschichtungen Erkennen unterschiedlicher Korrosionsarten 30 ' 11 Kathodischer Schutz 30 " 12 Anodischer Schutz 36 = Literatur Definitionen und Allgemeine Begriffe 39 1 Nationale und Internationale Normative Festlegungen 39 2 Definitionen und Begriffe aus dem Korrosionsgebiet 41 3 Begriffe aus dem Gebiet der Oberflächenbehandlung 58 Literatur Dokumentation auf dem Korrosionsgebiet 62 (H. Puschmann, M. Haid) 1 Einführung 62 2 Konventionelle Informationsquellen Handbücher Zeitschriften Sonstige Literatur 67

3 viii Inhalt 3 Zentrale Dokumentation 68 4 Datenbanken Datenbanken für Recherchen zu Korrosion und Korrosionsschutz Elektronische Publikationen Expertensysteme", elektronische Korrosionsinformationssysteme, Internet 72 Literatur 73 2 Allgemeine theoretische Vorstellungen zur Korrosion wissen schaftliche Grundlagen Korrosion von Metallen 77 v IAA Elektrochemische Korrosion in wäßrigen Lösungen ohne gleichzeitige mechanische Beanspruchung 79 1 Grundlagen der elektrochemischen Theorie der Korrosion im aktiven Zustand Elektrochemische und chemische Gleichgewichte, Thermodynamik Kinetik von Korrosionsprozessen: Vom Gleichgewichtspotential zur Stromspannungskurve Anodische und kathodische Teilreaktionen, Mischpotentiale an homogenen Oberflächen Potentialbildung an heterogenen Oberflächen Einfluß der Verformung, kristallographischen Orientierung, Textur und Wärmebehandlung (Fehlordnung und Fehlordnungs konzentration) Passivität und Deckschichtenbildung Kontaktkorrosion und Makroelementbildung Lochkorrosion Selektive Korrosionsarten (interkristalline Korrosion, Schichtkorrosion, Spongiose, Entzinkung) Interkristalline Korrosion Verarmung an Legierungselementen im Korngrenzenbereich Sonstige selektive Korrosionsarten Elektrochemische Korrosion bei gleichzeitiger Einwirkung mechanischer Beanspruchung Spannungsrißkorrosion Überblick Definition Die verschiedenen Arten der Spannungsrißkorrosion und ihre Erscheinungsformen Bedeutung für die Praxis Zeitlicher Ablauf 202

4 Inhalt ix 2 Anodische Spannungsrißkorrosion Mechanismus Beispiele für Schadensfälle aus der Praxis Gegenmaßnahmen Kathodische, wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion Schädigungsarten und Begriffsbildung 225 * 3.2 Voraussetzungen für einen Schadenseintritt Einflußgrößen Mechanismen der kathodischen Spannungsrißkorrosion Beispiele für das Erscheinungsbild der durch kathodische Spannungsrißkorrosion an hochlegierten und hochfesten Werkstoffen hervorgerufenen Schäden Gegenmaßnahmen Schwingungsrißkorrosion Klasssifikation der Schwingungsrißkorrosion Einflußgrößen Modus I: Schwingungsrißkorrosion im aktiven Zustand Modus II: Schwingungsrißkorrosion im stabil passiven Zustand Schwingungsverschleiß (Reibkorrosion, Reiboxidation) 265 Literatur Erosionskorrosion 281 (K Kunze) 1 Einführung Technische Bedeutung Definition Abgrenzung Grundlagen Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit Einfluß der Strömungsarten Zeitlicher Ablauf und Erscheinungsformen Erosionskorrosion unter verschiedenen Bedingungen Erosionskorrosion in einphasigen Strömungen Erosionskorrosion in Kühlwässern Erosionskorrosion in anderen flüssigen Medien Erosionskorrosion in Heißwasser Erosionskorrosion in heißdampfführenden Bauteilen Erosionsoxidation/HeißgasErosionskorrosion Erosionskorrosion in zweiphasigen Strömungen Erosionskorrosion durch Naßdampf Schäden durch Naßdampf Systematische Untersuchungen Erosionskorrosion im System DampfHeißwasser 340

5 Vorgänge x Inhalt Erosionskorrosion in feuchten Gasströmen Schutzmaßnahmen gegen Erosionskorrosion Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Werkstoffwahl Schutz durch Beschichtungen Fertigung und Montage Betriebsweise Überwachungsmaßnahmen Untersuchungsmethoden, Meß und Prüftechnik Praxisnahe Prüfungen Spezielle Untersuchungsmethoden Streulichtsonde HitzdrahlAnemometrie LaserDopplerAnemometrie (LDA) RadioTracerMeßtechnik Dünnschichtaktivierung (DSA) 356 Literatur Kavitationskorrosion 367 (H. Louis, P. T. Tai) 1 Technische Bedeutung Kavitationsvorgang in der Flüssigkeit Kavitationssysteme Beschreibung des Schädigungsablaufes Kenngrößen zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens Wechselwirkung von Kavitation mit Erosion und Korrosion Prüfverfahren zur Ermittlung des Werkstoffverhaltens Strömungskammern Strahlkammer (Lichtarowicz cell) Rotierende Scheibe Magnetostriktiver Schwinger Werkstoffauswahl Schadensfrüherkennung und Abhilfemaßnahmen 414 Literaturverzeichnis Korrosion durch Reaktion in nichtwäßrigen Medien Allgemeines 421 (E. Heitz) Literatur Korrosion in anorganischen Flüssigkeiten 422 (K. E. Heusler) 1 Korrosion in flüssigem Ammoniak Eigenschaften des flüssigen Ammoniaks, elektrochemische Spannungsreihe 422

6 Inhalt xi 1.2 Elektrochemisches Verhalten einiger Metalle Eisen Nickel Andere Gebrauchsmetalle Korrosion in konzentrierter Schwefelsäure Korrosion in Schwefeldioxid, Thionylchlorid und Sulfurylchlorid Korrosion in Salpetersäure und DistickstofFtetroxid Korrosion in wasserfreier Flußsäure Korrosion in Halogenen 445 Literatur Korrosion in organischen Medien 452 (E. Heitz) 1 Einführung Carbonsäuren Allgemeines Ameisensäure Essigsäure Propionsäure und höhere Monocarbonsäuren Alkohole Allgemeines Methanol Ethanol Mehrwertige Alkohole, langkettige aliphatische Alkohole Halogenierte Kohlenwasserstoffe Allgemeines Unlegierte Stähle Rostfreie Stähle Aluminium und Aluminiumlegierungen Kupfer und Kupferlegierungen Korrosion in Mischungen von halogenierten Kohlenwasserstoffen mit anderen Lösungsmitteln Hydrolyse der Halogenkohlenwasserstoffe Korrosionsmechanismen Folgerungen für die Praxis 467 Literatur Korrosion durch metallphysikalische Reaktion Wasserstoffinduzierte Schäden bei Raumtemperatur 470 (H. Greifen) 1 Wasserstoff in Stählen Wasserstoffverhalten im Metallgitter Korrosionsschäden an un und niedriglegierten Stählen durch elektrolytisch entwickelten Wasserstoff Untersuchungsmethoden 487

7 xii Inhalt 3 Rißausbreitung in molekularem Wasserstoff Hydridversprödung refraktärer Metalle 496 Literatur Einwirkung von flüssigen oder festen Metallen auf andere Metalle Voraussetzungen für das Eintreten von MetallInduzierter WerkstoffSchädigung MetallPaarungen Erscheinungsformen der metallinduzierten Werkstoffschädigung Einflußgrößen Analogien zwischen MetallInduzierter Werstoffschädigung und PhysikalischChemisch bzw. Elektrochemisch Induzierter Wasserstoffrißbildung (PIW bzw. EIW) Schadensbeispiele 535 Literatur Hochtemperaturkorrosion durch Salzschmelzen 542 (L. Singheiser) 1 Einleitung Heißgaskorrosion durch Schmelzen und heiße Gase, Korrosion unter Ablagerungen Experimentelle Untersuchungen zur sulfatinduzierten Hochtemperaturkorrosion Thermodynamische Aspekte der sulfatinduzierten Hochtemperaturkorrosion Mechanismus und Kinetische Aspekte der Hochtemperatur korrosion in sulfathaltigen Schmelzen Hochtemperaturkorrosion von Legierungen und Schutzschichten in sulfathaltigen Ablagerungen Hochtemperaturkorrosion bei basischem Angriff Hochtemperaturkorrosion bei saurem Angriff Temperaturabhängigkeit der sulfatinduzierten Hochtemperaturkorrosion Korrosion in vanadiumhaltigen Brennstoffen Chloridinduzierte Hochtemperaturkorrosion 571 Literatur Hochtemperaturkorrosion von Metallen durch Reaktion mit Gasen Hochtemperaturkorrosion unter isothermen Bedingungen ohne gleichzeitige mechanische Beanspruchung 573 (H. J. Grabke) 1 Thermodynamik Oxidation von Metallen 583? 2.1 Anfangsstadien der Oxidation Nichtstöchiometrie und Fehlordnung der Oxide Kinetik der Phasengrenzreaktion 591

8 Inhalt xiii 2.4 Diffusionskontrolliertes Wachstum dichter Zunderschichten auf Metallen Wachstum von Chromoxid und Aluminiumoxid durch Korngrenzdiffusion Oxidation von Legierungen Innere Oxidation und Übergang zur äußeren Oxidation, Phasengrenze Oxid/Legierung Oxidation von binären Legierungen: FeCr, NiCr, CoCr, FeAl, NiAl Oxidation von Legierungen mit drei Hauptbestandteilen: FeNiCr, FeCrAl, NiCrAl Oxidation von Hochtemperaturlegierungen Sulfidierung, Aufkohlung und Chlorierung von Metallen und Legierungen Sulfidierung von Metallen und Legierungen Aufkohlung und Metal Dusting Chlorierung von Metallen und Legierungen Korrosion durch mehrere Komponenten komplexer Gasatmosphären Oxidation und Sulfidierung Innere und äußere Sulfidbildung Oxidation und Aufkohlung Oxidation und Nitrierung Oxidation und Chlorierung 638 Literatur Hochtemperaturkorrosion bei gleichzeitiger mechanischer Beanspruchung 648 (M. Schütze) 1 Deckschichtrißbildung Deckschichtrißheilung Randzonenverarmung an schutzschichtbildenden Legierungselementen Innere Korrosion in der Metallrandzone und deren Auswirkungen auf das mechanische Verhalten der Werkstoffe Das isotherme KorrosionsKriechWechselwirkungsdiagramm 681 Literatur Hochtemperaturoxidation unter zyklischer Temperaturbeanspruchung 687 (M. Schütze) Literatur Reaktion mit Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen Erste Beobachtungen an Stählen Abgrenzung des Druckwasserstoffangriffs von anderen Schädigungsarten 703

9 Alterung Grundlagen xiv Inhalt 3 Kennzeichnende Eigentümlichkeiten des Druckwasserstoffangriffs Einflußgrößen beim Druckwasserstoffangriff Kombinationen von Einflußgrößen: Beständigkeitsgrenzen für Stähle oberhalb 200 C, APINelsonDiagramm Mechanistische Aspekte des Druckwasserstoffangriffs Schadensfälle und Schadensabwehrmaßnahmen Schadensfälle Schadensabwehr 752 Literatur Korrosion von nichtmetallischen anorganischen Werkstoffen Grundlagen 766 (W. Kohler, A. Padel) 1 Korrosion in sauren Lösungen Korrosion in wäßrig neutralen Lösungen Korrosion in alkalischen Lösungen Korrosion in organischen Medien Korrosion durch Schmelzen, Dämpfe und Gase 787 Literatur Korrosion von organischen Werkstoffen (R. Henkhaus) Verhalten von Kunststoffen gegenüber Flüsssigkeiten Korrosion als Volumenproblem Chemisch und/oder physikalisch aktive Medien Weitere werkstoffseitige Einflüsse Einfluß von Temperatur, Zeit (Dauer) und Konzentration Einfluß mechanischer Spannungen Verhalten von Kunststoffen gegenüber atmosphärischen Einflüssen 803 Literatur Mikrobielle Materialzerstörung 807 ( W. Sand) 1 Mikroorganismen und Korrosion Mikroorganismen und ihr Stoffwechsel Bakterien und Cyanobakterien Pilze und Hefen Algen Flechten Wachstum von Mikroorganismen Einflußfaktoren Substrat (Energieund Kohlenstoffquelle) Stickstoff, Phosphor und Spurenelemente Wasser und Wasseraktivität 816

10 Anaerobiosis Sauerstoff Inhalt xv Wasserstoffionenkonzentration (phwert) Redoxpotential (EhWert) Aerobiosis Temperatur Wachstumsverlauf Wachstum auf Oberflächen (Biofilm und Biofouling) Mikrobiologisch beeinflußte Materialzerstörung Keramische Werkstoffe (Naturstein, Beton, Keramik, Glas) Metallische Werkstoffe (Eisen und Nichteisenmetalle) Werkstoffe aus Naturstoffen (Holz, Leder, Wolle, Baumwolle, Papierprodukte) Werkstoffe aus Kunststoffen (Kunststoffe, Gummi, Farben, Lacke, Putze) Kohlenwasserstoffe (Mineralöle, Kohlenwasserstoffe) Materialschutz Passiver Materialschutz 834 ^ Materialwahl Berücksichtigung des Standortes (Mikrogeographie und klima) Konstruktive Maßnahmen Simulation des biogenen Angriffes Aktiver Materialschutz Physikalische Gegenmaßnahmen (Hitze, Strahlung, Filtration, Trocknung) Chemische Gegenmaßnahmen Zusammenfassung und Ausblick 842 Literatur 843