STAHLKORROSION (Grundlagen)

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1 STAHLKORROSION (Grundlagen) Dennis Wettels

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3 DIN EN ISO 8044 von Metallen und Legierungen Grundbegriffe und Definitionen Definition: Zerstörung eines Werkstoffes durch: Chemische Reaktion Elektrochemische Reaktion mit Bestandteilen der Umgebung (Atmosphäre, Wasser, Erdreich) Jede nachteilige Veränderung der Werkstoffeigenschaften wird als bezeichnet 2

4 Chemische Tritt aufgrund der Affinität von Stahl zum Sauerstoff auf. Auf frischen Stahloberflächen bildet sich sofort eine Oxidschicht. Voraussetzungen: Sauerstoff und Feuchtigkeit Unlöslich: Oxidschicht wirkt als Schutz Löslich: schreitet weiter fort In Verbindung mit Sauerstoff und Wasser 4Fe + 2H 2 O + 3O 2 4FeO(OH) bildet sich fest haftender, plattiger, poröser Rost Volumenvergrößerung 1:2,5 (Fe:FeO(OH)) 3

5 Elektrochemische Entsteht zwischen zwei Metallen an der Kontaktzone Innerhalb eines Metalls durch Verunreinigungen Voraussetzungen: Lokalelement (Anode + Kathode) Leitfähige Verbindung zwischen Anode und Kathode Elektrolyt Sauerstoff Potentialdifferenz 4

6 Elektrochemische Spannungsreihe Potentialdifferenz: Je weiter zwei Metalle auseinander liegen, desto höher ist die Potentialdifferenz. Umso schneller die Reaktion 5

7 Wirkungsweise Ausbildung eines Galvanischen Elements durch Potenzialdifferenz Unedleres Metall Edleres Metall Anode Kathode Anode wird oxidiert und aufgelöst 6

8 Atmosphärische Gehört zu den elektrochemischen en Beginnt ab 65% rel. Luftfeuchtigkeit Geschwindigkeit ist von der Luftverunreinigung abhängig (Cl 2 und SO 2 ) Stäube halten Feuchtigkeit und Salze sgeschwindigkeit: Landluft Stadtluft Industrieluft Meeresluft 4 60 µm / Jahr µm / Jahr µm / Jahr µm / Jahr 7

9 Wirkungsweise Fe-Ionen lösen sich aus dem Metall Potentialdifferenz A + K = Lokalelement OH + Fe = Eisen(II)hydroxid + Sauerstoff = Eisen(III)hydroxid 8

10 Erscheinungsformen der Flächenkorrosion / Ebenmäßig Lochfraß- / Muldenkorrosion Selektive Interkristalline Transkristalline Kontaktkorrosion Spaltkorrosion Spannungsrisskorrosion 9

11 Flächenkorrosion / Ebenmäßig Flächenkorrosion / Ebenmäßig Dies ist ein gleichmäßiger Angriff und Abtrag über die gesamte Metalloberfläche Atmosphärische Cl 2 und SO 2 wirken als Beschleuniger 10

12 Flächenkorrosion / Ebenmäßig Flächenkorrosion / Ebenmäßig 11

13 Flächenkorrosion / Ebenmäßig Wirkungsweise Es bilden sich anodische und kathodische Teilbereiche Ständiger Ortswechsel dieser Teilbereiche Bildung einer Oxidschicht in neutralen Bereichen In Verbindung mit Cl 2 oder Säure Lochfraß / Muldenkorrosion 12

14 Lochfraß- / Muldenkorrosion Lochfraß- / Muldenkorrosion Nur lokaler Angriff (punktuell) Elektrochemisches Prinzip Kraterförmige, scharfe, nadelstichartige Vertiefungen Unterschied: Verhältnis Ø/ Tiefe Lochfraßkorrosion 1 Muldenkorrosion 1 13

15 Lochfraß- / Muldenkorrosion Ursachen Örtliche Kondensattropfenbildung Poröse sprodukte Mechanische Oberflächenzerstörung Ungleichmäßigkeiten / Strukturfehler Verunreinigungen / Ablagerungen Örtliche Salzanreicherungen 14

16 Lochfraß- / Muldenkorrosion Beispiel 15

17 Lochfraß- / Muldenkorrosion Beispiel 16

18 Lochfraß- / Muldenkorrosion Entstehung Aus der Oxidschicht wird Sauerstoff durch Chloridionen verdrängt. 17

19 Lochfraß- / Muldenkorrosion Entstehung Durch weitere Anlagerungen entsteht ein ungeschützter Bereich Angriff beginnt Loch bildet Anode / Restliche Oberfläche Kathode Sauerstoff-Konzentrationsunterschiede im Loch und Außerhalb Lokalelement Gelöstes Metall + Chlorionen = Salze Mittels Hydrolyse wird Elektrolyt sauer 18

20 Lochfraß- / Muldenkorrosion Entstehung Gefährlich Art von Nicht gut erkennbar Metall gibt bei Belastung plötzlich nach 19

21 Selektive Selektive Legierungen = Mischkristalle Durch lokale Schwankungen (Zusammensetzung) Galvanische Zelle Edleres Metall = Kathode / Unedleres Metall = Anode Anode wird aufgelöst Festigkeitsverluste Unterscheidungsformen: Interkistallin Transkristallin 20

22 Selektive Interkistallin Interkristalline Häufig bei Chrom-Nickel-Stählen Angriff an den Korngrenzen (Kontakt) Grabenartige Furchen an den Korngrenzen Herauslösen ganzer Körner 21

23 Selektive Interkristalline Ursachen: Schweißen, Löten, Erhitzen Bei 400 bis 800 C bildet sich Chromcarbid Matrix verarmt an Chrom, wodurch sbeständigkeit verloren geht Beschleuniger: Saure Lösungen Neutrale Chloridlösungen (Meerwasser) 22

24 Selektive Transkristalline Matrix zerfällt (reißt) mitten im Kristallkörper durch glatte Brüche Entstehung von spaltförmigen snarben Hochfeste Stähle (Spannstahl, Seile) 23

25 Kontaktkorrosion Kontaktkorrosion Elektrochemische Beschleuniger: Abstand der Metalle in der Spannungsreihe Kathodenfläche größer als Anodenfläche 24

26 Kontaktkorrosion Kontaktkorrosion Beispiele: Heißwasserleitung Messingteile und Kupferleitung Dachabdeckungen Verzinktes Blech und Kupfer Heizkörper Eisen/Stahl und Kupferrohre 25

27 Spaltkorrosion Spaltkorrosion Aufgrund Konzentrationsdifferenzen im smedium (Sauerstoff) Spalt vorhanden oder durch Kontaktkorrosion gebildet Möglichkeit bei: Gleichartigem Metall Verschiedenen Metallen Metall und Nichtmetall 26

28 Spaltkorrosion Spaltkorrosion Wirkungsweise: Sauerstoffkonzentrationsdifferenz Bildung von Polen: Wenig Sauerstoff = Anode Viel Sauerstoff= Kathode Beispiele: Punktschweißen, zwischen Stahlplatten, Nieten 27

29 Spannungsrisskorrosion Spannungsrisskorrosion Mechanische Zugbelastung + Angriff Rissbildung: Interkristallin Transkristallin Voraussetzung: Hohe Zugspannung Spezielle smedien Stähle (Legierungen) 28

30 Spannungsrisskorrosion Spannungsrisskorrosion Wirkungsweise: Beginn durch Einleitung von Lösungen an den Schwachstellen (Chloridionen) Ob Spannungsriss oder Lochfraß: Zugspannung spotential Sprödbruch 29

31 Spannungsrisskorrosion Beispiele für spezielle smedien Niedrig- oder unlegierte Stähle: Nitrathaltige / stark alkalische Lösungen Interkristallin 30

32 Spannungsrisskorrosion Beispiele für spezielle smedien Nichtrostende Stähle: Chloridhaltige Lösungen Transkristallin 31