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Korrosion - Referat
Korrosion
Definition: Unter Korrosion versteht man den Angriff und die Zerstörung metallischer Werkstoffe durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit Wirkstoffen der Umgebung.
Korossionsmittel: sind z.B. Luft, Süß- und Salzwasser, Erdboden oder Chemikalien.
Sie wirken auf Werkstoffe ein und verursachen daran Korrosion.
Die Korrosion verursacht große Schäden an Maschen, Pkws und Stahlbauten jedoch können Schäden mit geeigneten Schutzmaßnahmen vermieden werden.
Elektrochemische Korrosionsvorgänge:
Die elektrochemische Korrosion entsteht durch die Reaktion einer Metalloberfläche und einer elektrisch leitenden Wasserschicht dem sogenannten Elektrolyt.
Als Elektrolyt genügt ein Wasserrest in einem Spalt, hauchdünner Feuchtigkeitsfilm aber auch Schweiß von den Handflächen auf dem Werkstück.
Elektrochem. Sauerstoffkorrosion feuchter Stahloberflächen:
In feuchten Räumen oder bei Witterung im Freien werden Metallbauteile von einem Feuchtigkeitsfilm überzogen. Auf der Metalloberfläche reagiert das Eisen mit dem Sauerstoff und dem Wasserstoff aus dem Wasserstropfen bzw. des Wasserfilmes. Fe-Ionen werden durch das Wasser gelöst welche sich mit dem Hydroxid-Ionen (OH-) verbinden. An der Metalloberfläche selbst bildet sich Rost (FeO(OH) bzw. Eisenoxidhydroxid).
Elektrochem. Korrosion an Korrosionselementen:
Diese Korrosion beruht auf denselben Vorgängen, die in einem galvanischen Element ablaufen. Ein galvanisches Element besteht aus zwei Elektroden die aus unterschiedlichen Metallen bestehen die in einem Elektrolyten getaucht sind. Das unedlere Metall der beiden löst sich auf; es korrodiert (angegriffen, zerfressen).
Die Bedingung für ein galvanisches Element liegt an vielen Stellen bei Maschinen und Bauteilen vor. Diese Bereiche werden als Korrosionselemente bezeichnet. Dazu sind zwei unterschiedliche Metalle und ein Elektrolyt erforderlich.
Typische Korrosionselemente sind Schadstellen an Metallüberzügen auf Bauteilen, Berührungsflächen zweier unterschiedlicher Werkstoffe oder auch verschiedene Gefüge-Bestandteile in Legierungen. Das jeweils unedlere Metall wird an diesen Stellen durch elektrolytisches Auflösen zerstört.
Hochtemperatur-Korrosion:
Bei der Hochtemperatur-Korrosion reagiert der Werkstoff direkt mit dem angreifenden Wirkstoff ohne Feuchtigkeitsmitwirkung.
Bei Raumtemperatur reagieren nur aggressive trockene Gase mit dem Werkstoff z.B. Chlorgas, jedoch reagiert der Werkstoff nicht mit Luft. Dies ändert sich allerdings bei erhöhten Temperaturen und trockene Luft reagiert mit dem Werkstoff man nennt diese Korrosion deshalb Hochtemperaturkorrosion oder einfach Verzunderung
Tritt bei Schmieden, Glühen und Härten von Werkstücken auf.
Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild:
Je nach Werkstoff und korrosivem Werkstoff bilden sich die Korrosionsarten und ihren typischen Erscheinungsbildern aus.
• Gleichmäßige Flächenkorrosion: Die Oberfläche wird annähernd gleichmäßig und langsam durch den Korrosionsangriff abgetragen. Tritt bei nicht beschichteten unlegierten Baustählen im Freien oder beim Verzundern von Schmiedteilen auf.
• Mulden- und Lochkorrosion: Die Oberfläche ist durch einen flächigen Korrosionsabtrag mit zusätzlicher Mulden- und Lochbildung gekennzeichnet.
• Lochfraß: Tritt bei nichtrostenden Stählen auf die in Kontakt mit chlorhaltigen Medien kommen z.B. Meerwasser oder gechlorten Wasser. Es entstehen nadelstichartige Einkerbungen am Werkstoff.
• Kontaktkorrosion: Liegt vor wenn zwei Bauteile unterschiedlicher Werkstoffe direkt aneinander grenzen und ein Elektrolyt (Feuchtigkeit) vorliegt. Das unedlere Metall wird durch Korrosion aufgelöst. Tritt z.B. bei Verschraubungen auf.
• Spaltkorrosion: Tritt auf wenn durch behinderten Luftzutritt in einem Spalt unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen im Elektrolyt herrschen. Z.B. bei Passungsspalt zwischen Durchgangsloch und Schraube.
• Belüftungskorrosion: Tritt bei Behältern auf die teilweise mit Wasser gefüllt sind. Der Korrosionsangriff tritt etwas unterhalb des Flüssigkeitsstandes auf. Ursache sind die unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen an der Oberfläche und in tieferen Schichten des Wassers.
• Selektive Korrosion: Verläuft bevorzugt entlang bestimmter Gefügeberreiche des Werkstoffes.
Die Bereiche des zerstörten Gefüges unterscheidet man in
• Interkristalline Korrosion: Zerstörung erfolgt entlang der Korngrenzen.
• Transkristalline Korrosion: Zerstörung erfolgt durch die Körner.
Die selektive Korrosion tritt nur im Korngrößenbereich auf, ist daher mit freiem Auge nicht erkennbar und deshalb besonders gefährlich.
• Spannungsriss- und Schwingungsrisskorrosion: Sie entsteht durch Zusammenwirkung von elektrochemischen Angriff und starker Zugbelastung eines Bauteils. Die Korrosion verläuft je nach Wirkmedium und Belastungsart interkristallin oder transkristallin.
Korrosionsschutz-Maßnahmen:
Auswahl geeigneter Werkstoffe:
Die Beste und billigste Art des Korrosionsschutzes ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe.
Dabei ist es wichtig das Korrosionsverhalten von Werkstoffen gegenüber den verschiedenen Wirkstoffen zu kennen.
Häufig ist es aus technischen Gründen nicht möglich den Werksstoff zu wählen der die beste Korrosionsbeständigkeit hat z.B. auf Grund von Festigkeitsanforderung und Kostengründen.
Korrosionsschutzgerechte Konstruktion:
Am besten ist es Maschinen und Bauteile so zu gestalten, dass keine korrosionsgefährdeten Stellen vorliegen.
• Kontaktkorrosionsstellen können durch gleiche Werkstoffe und Isolierzwischenschichten vermieden werden.
• Spalte durch sachgerecht ausgeführte Schweißverbindungen vermeiden anstatt von Schraubverbindungen.
• Möglichst glatte Oberflächen durch Schleifen oder Polieren.
• Spannungsspitzen im Bauteil ausschließen durch Vermeidung von scharfkantigen Kerben oder schroffen Querschnittsübergängen.
Verminderung der Aggressivität des umgebenden Stoffes:
Der umgebende Stoff ist meistens insgesamt nicht korrosiv, sondern nur einzelne Bestandteile wie z.B. Feuchtigkeit in der Luft oder Säureionen in Kühlschmierstoffen.
Durch entfernen dieser korrosiven Stoffe aus dem umgebenden Medium kann die Korrosion vermindert oder ganz ausgeschalten werden.
Bsp.: Kühlschmierstoffen und Schmierstoffen werden Inhibitoren beigemischt. Sie binden eingeschleppte aggressive Bestandteile, wie z.B. Salz- oder Säureionen, und machen sie damit unschädlich.
Inhibitoren sind passivierend wirkende, ölige oder salzartige Stoffe. Sie bilden eine nur wenige Moleküllagen dicken Schutzfilm auf dem Werkstoff.
Korrosionsschutz während und nach der spanenden Fertigung:
Während der spanenden Fertigung werden Inhibitoren dem Kühlschmierstoff beigefügt um die Korrosion des Werkstoffes zu verhindern.
Nach der Fertigung muss das an der Werkstückoberfläche haftende Wasser entfernt werden und das Werkstück bis zum nächsten Bearbeitungsschritt geschützt werden.
Dies geschieht durch Tauchen in ein Korrosionsschutzöl, dieses enthält Inhibitor- und Wasserverdränger-Zusatz.
Werkstücke die nach der Fertigung ins Lager gehen werden mit einer Klarlackschicht überzogen oder in Korrosionsschutzöl getränkt und in Spezialpapier eingewickelt.
Korrosions-Schutzschichten auf Eisenwerkstoffen:
Bei unlegierten oder niedrig legierten Stählen sowie bei Eisen-Gusswerkstoffen kommt eine Schutzschicht eines Korrosionsschutzes zum Einsatz. Diese werden je nach Schutzdauer, geforderte Eigenschaften und angreifenden Stoffen gewählt.
• Korrosionsschutz blanker Stahlteile:
Die Oberflächen vieler Bauteile von Maschinen müssen blank bleiben damit sie ihren Zweck erfüllen können z.B. Gleitbahnen, Führungen, Zahnräder und Spindeln.
Diese Oberflächen werden durch schleifen und polieren der Oberflächen als auch durch einölen und einfetten mit Korrosionsschutzöl oder Korrosionsschutzfett vor Korrosion geschützt.
• Korrosionsschutz durch chemische Oberflächenbehandlung:
Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke in ein Behandlungsbad getaucht. Auf der Oberfläche des Werkstücks bildet sich durch eine chemische Reaktion eine mikroporige Reaktionsschicht mit deiner dicke von wenigen µm. Durch einölen mit einem Korrosionsschutz werden diese Poren geschlossen und anschließend mit einem wasserabweisenden Schutzfilm versehen.
Die Werkstücke bieten nur in der Werkstatt und im Fertigungsbetrieb ausreichend Korrosionsschutz. Im Freien ist diese Korrosionsschutzart ungeeignet.
• Korrosionsschutzanstrich:
Werden bei Maschinengehäuse, Blechverkleidungen und Stahltragwerken verwendet. Sie überziehen das Bauteil mit einer zusammenhängenden Lackschicht. Ihre Schutzdauer beträgt meist viele Jahre.
Die Schutzdauer hängt von der Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche ab. Sie müssen absolut fettfrei, frei von Schmutz und Rost sein.
Das Aufbringen des Schutzanstrichs erfolgt durch Spritzen, elektrostatisches Spritzlackieren, Pulverlackieren oder Tauchen.
Aufwendige Schutzanstriche wie z.B. bei Pkw-Karosserieblech sind aus bis zu 6 Schichten aufgebaut.
Metallische Überzüge:
• Feuerverzinken:
Eine Zinkschicht wird auf das Stahlbauteil, durch tauchen in ein Zinkschmelzbad, gebracht.
Dies bietet einen guten Korrosionsschutz im Freien.
• Galvanisch abgeschiedene Metallüberzüge:
Werden nicht nur zum Korrosionsschutz sondern auch wegen ihres dekorativen Aussehens z.B. an Pkw-Zierteilen eingesetzt.
Bevorzugte Schichtmetalle sind Nickel, Chrom und Cu-Zn-Cr-Mehrfachschichten.
Katodischer Korrosionsschutz:
• Mit Opferanoden:
Das zu schützende Bauteil z.B. ein erdverlegtes Rohr wir mit Magnesiumplatten verbunden. Mit der Bodenfeuchtigkeit entsteht ein galvanisches Element wobei sich die Magnesiumplatten(Opferanode genannt) auflöst. Das Rohr ist die Katode und somit geschützt.
• Mit Fremdstromanode:
Das Bauteil ist als Katode an den negativen Pol einer Batterie angeschlossen, während Graphitanoden am positiven Pol hängen.
Das Bauteil ist die Katode und somit gegen Korrosion geschützt.
Korrosionsschutz von Al-Werkstoffen:
Bei Aluminium-Bauteilen wird die natürliche Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums durch anodische Oxidation zusätzlich verbessert.
Das Bauteil wird als Anode in eine Elektrolytzelle gehängt. Auf dem Al-Bauteil bildet sich eine harte, korrosionsbeständige fest haftende Oxidschicht aus Al2O3.
Diese Eloxalschicht ist durchscheinend, so dass das Als-Bauteil seinen Metallglanz behält.
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