Korrosion ist die Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung, g, die eine meßbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt

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1 Korrosion ist die Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung, g, die eine meßbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt Diese Reaktion kann zu einem Diese Reaktion kann zu einem Korrosionsschaden, oder aber auch zum Schutz des Werkstoffes führen! 1

2 Korrosion im Sinne von Oxidation findet bei allen Stoffen statt Jeder Stoff versucht, die zu seiner Produktion aufgewendete Energie wieder loszuwerden Dies gelingt ihm durch atomare Umlagerungsprozesse unter Beteiligung seiner Elektronenwolken Bei Metallen ist die Oxidation immer mit der Abgabe von Elektronen verbunden Die Korrosionsursachen Inhomogenitäten im Gefüge einer hetero- Inhomogenitäten im Gefüge einer heterogenen Legierung Inhomogenitäten zwischen Grundmetall und elektronenleitenden Deckschichten Kontaktelementbildung Inhomogene Spannungszustände Inhomogenes Medium (gel. Sauerstoff) Bereiche unterschiedlicher Temperatur 2

3 Das elektrochemische Element besteht aus Anode, Elektrolyt und Kathode die beiden Elektroden Anode und Kathode sind elektrisch leitend miteinander verbunden zwischen Anode und Kathode wandern Elektronen, im Elektrolyten Ionen die Geschwindigkeit der anodischen Auflösung des Metalls wird vom Reaktionsumsatz an der Kathode bestimmt 3

4 Die Korrosionstypen in wässrigen Lösungen Fremdstromkorrosion Wasserstoffkorrosion Sauerstoffkorrosion Redox - Korrosion Kontaktkorrosion Die Kontaktkorrosion anodische Reaktion = Oxidationsreaktion kathodische Reaktion = Reduktionsreaktion 4

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6 Die elektrochem. Spannungsreihe Mg,Al,Mn,Zn,Cr,Fe,Ni,Sn,Pb,(H 2 ),Cu,Ag,Pt unedel dl 0 edel dl 6

7 Die Korrosionsbeständigkeit unter Sauerstoffkorrosionsbedingungen nimmt in folgender Reihenfolge zu: unlegierter Stahl verzinkter Stahl Messing Kupfer nichtrostender Stahl Die Korrosion reiner Metalle entspricht von der Vorstellung her der Kontaktkorrosion letztlich besteht auch ein reines Metall aus einer unendlichen Anzahl anodischer und kathodischer Bereiche sind diese Bereiche annähernd gleich groß und wechseln sie ständig ihren Ladungszustand, so kommt es zu einer gleichmässigen Flächenkorrosion des Metalls 7

8 Gefüge-Schliffbilder von Stahl Korrosionstypen der Metalle in Wässern (Kathodenreaktionen) Wasserstoffkorrosionstyp bei ph-werten < 5, 2H e- H 2 Sauerstoffkorrosionstyp bei ph-werten > 5, O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Wasserzersetzung bei ph-werten > 7 und stark elektronegativen Metallen, (Al,Mg) 2H 2 O + 2e - 2OH - + H 2 8

9 In wasserführenden Anlagen verläuft die Korrosion metallischer Werkstoffe vorwiegend nach dem Sauerstoffkorrosionstyp, da die meisten Wässer einen ph- Wert zwischen 5 und 9 aufweisen Die Elektrodenreaktionen Die Reduktion von Sauerstoff (in neutralen und alkalischen Wässern), bzw. von Wasserstoff in sauren Wässern macht auf jeden Fall den Kathodenraum alkalisch Die Oxidation der Metalle macht den Anodenraum in jedem Falle sauer, wodurch sich dieser quasi selbst stabilisiert 9

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11 Die Alkalisierung des Kathodenraums führt in Kalziumhydrogencarbonat- haltigen Wässern zur Verschiebung des Kalk - Kohlensäure - Gleichgewichts nach: Ca(HCO 3 ) 2 +OH - CaCO 3 +HCO 3- +H 2 O und damit zur Abscheidung von kristallinem Kalziumcarbonat in sehr dünner Schicht (< 10-4 cm) 11

12 Versuch des Hygiene-Instituts Gelsenkirchen Der kathodische Korrosionsschutz mit Fremdstrom durch eine äußerlich angelegte Gleichstromquelle lassen sich die Ruhepotenziale metallischer Werkstoffe in der gewünschten Richtung verschieben Dieser Effekt wird genutzt, um die Potenziale von Korrosionsanoden und Korrosionskathoden einander anzugleichen, so dass letztlich die Triebkraft zur Korrosion ausgeschaltet wird 12

13 Der kathodische Korrosionsschutz mit Inertanoden Natürlich unterliegen die mittels Fremdstrom zur Anode gemachten Werkstoffe auch einer Eigenkorrosion an sich selbst Man verwendet daher besonders edle, korrosionsresistente (inerte) Anodenwerkstoffe wie z.b. Titan Die Anoden müssen dergestalt in dem Schutzobjekt angeordnet sein, dass das Schutzpotenzial alle zu schützenden Metallbereiche gleichmäßig erreicht evtl. Einbauten müssen mit zusätzlichen Anoden versehen werden, um Stromschatten zu vermeiden 13

14 Fallbeispiel 1 kathodischer Korrosionsschutz mit Inert- Anoden in einem Mehrschicht - Filter Montagebeispiel 14

15 Die Steuerung des Schutzstromes erfolgt mit Hilfe von Referenzelektroden, mittels Unterbrecher- Potentiostaten, oder rein potentiostatisch Front- u. Rückansicht des Steuerschrankes 15

16 Fallbeispiel 2 Fallbeispiel 3 16

17 Fallbeispiel 4 Die Passivität der nichtrostenden Metalle die hohe Sauerstoffaffinität vieler Metalle (Cr,Al,Ti) führt zur Ausbildung submikroskopisch dünner Oxidfilme deren Stromleitfähigkeit ist so gering, dass die anodischen und teilweise auch die kathodischen Teilreaktionen unterbunden werden aber: Verletzungen der Passivschicht sind äußerst kritisch! 17

18 Zu Fallbeispiel 9 beginnende Nadelstichkorrosion an einer Schweißnaht, Querschliff Fallbeispiel 5 Nadelstichkorrosion in einem als Pendelbehälter betriebenen Heißwasserspeicher aus nichtrostendem Stahl (1.4541) 18

19 Fallbeispiel 6 (zu 5) Kathodisch geschützter Heißwasserleerlaufbehälter - vergl. Fallbeispiel 5 Fallbeispiel 7 Rohrleitungsschutz ab Rohrleitungsschutz ab DN 125 mit zentrisch geführter Titan- Drahtanode 19

20 Fallbeispiel 8 Anwendung des Großrohrinnenschutzes in einer Klärwerksleitung aus nichtrostendem Stahl (1.4301), DN 700 Fallbeispiel 9 Außenansicht der Klärwerksrohrleitungen man erkennt die von außen aufgesetzten Reparaturstücke 20

21 Der kathodische Korrosionsinnenschutz ist sowohl präventiv als auch im Sanierungsfall das Mittel der Wahl, wenn die Qualität des Mediums nicht beeinflusst werden darf oder soll 21

22 Die Einsatzgrenzen des kathodischen Korrosionschutzes der ph- Wert des Elektrolyten darf 4 nicht unterschreiten, da sonst das Wasserstoffpotenzial erreicht wird und kathodisch vorwiegend Wasserstoffgas entwickelt wird die Leitfähigkeit des Elektrolyten muß min 100 S cm -1 betragen, da ansonsten der Schutzstromfluß durch zu hohe Widerstände behindert würde Der kathodische Korrosionsschutz mit fremdstromgespeisten Opferanoden kommt in weitverzweigten, dünnen Rohrnetzen zum Einsatz und wird auch als elektrolytische Wasserbehandlung bezeichnet dabei bewirken die Anodenabbauprodukte den Aufbau einer künstlichen Deckschicht an den Kathodenflächen des Rohrnetzes 22

23 Korrosionsschutz durch elektrolytischen Sauerstoffentzug mit Hilfe von anodisch polarisierten Weicheisenelektroden ist es möglich, den im Medium gelösten Sauerstoff abzubinden das bei der Reaktion entstehende Eisen(2)- hydroxid stellt selbst wiederum ein starkes Reduktionsmittel dar 2 Fe(OH) 2 + 1/2 O 2 Fe 2 O H 2 O Produktpalette Berosafe GmbH Kathodischer Korrosionsinnenschutz mit Fremdstrom und Inertanoden (Filter, Heißwasserspeicher, Großrohre) Kathodischer Korrosionsinnenschutz mit Fremdstrom und Opferanoden (Trinkwasserrohrlei- tungen) Korrosionsinnenschutz durch elektrolytischen Sauerstoffentzug (Fernheizwerke, Kühlwasserkreisläufe) 23

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