Korrosion

Korrosion an freiliegendem Metall, einschließlich einer Schraube und Mutter ⓘ

Korrosion ist ein natürlicher Prozess, der ein veredeltes Metall in ein chemisch stabileres Oxid umwandelt. Es handelt sich um die allmähliche Zerstörung von Werkstoffen (in der Regel Metallen) durch chemische oder elektrochemische Reaktionen mit ihrer Umgebung. Die Korrosionstechnik ist der Bereich, der sich mit der Kontrolle und Verhinderung von Korrosion befasst. ⓘ

Im allgemeinen Sprachgebrauch bedeutet dies die elektrochemische Oxidation von Metall in Reaktion mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Hydroxid. Rost, die Bildung von Eisenoxiden, ist ein bekanntes Beispiel für elektrochemische Korrosion. Bei dieser Art von Schäden entstehen typischerweise Oxid(e) oder Salz(e) des ursprünglichen Metalls, was zu einer charakteristischen orangefarbenen Färbung führt. Korrosion kann auch bei anderen Werkstoffen als Metallen auftreten, z. B. bei Keramiken oder Polymeren, obwohl in diesem Zusammenhang der Begriff "Degradation" gebräuchlicher ist. Korrosion verschlechtert die nützlichen Eigenschaften von Werkstoffen und Strukturen wie Festigkeit, Aussehen und Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase. ⓘ

Viele Konstruktionslegierungen korrodieren allein durch die Einwirkung von Luftfeuchtigkeit, doch kann der Prozess durch den Kontakt mit bestimmten Stoffen stark beeinflusst werden. Die Korrosion kann lokal konzentriert sein und eine Grube oder einen Riss bilden, oder sie kann sich über einen großen Bereich erstrecken und die Oberfläche mehr oder weniger gleichmäßig korrodieren. Da Korrosion ein diffusionsgesteuerter Prozess ist, tritt sie an exponierten Oberflächen auf. Folglich können Methoden zur Verringerung der Aktivität der freiliegenden Oberfläche, wie Passivierung und Chromatierung, die Korrosionsbeständigkeit eines Werkstoffs erhöhen. Einige Korrosionsmechanismen sind jedoch weniger sichtbar und weniger vorhersehbar. ⓘ

Die Chemie der Korrosion ist komplex; sie kann als ein elektrochemisches Phänomen betrachtet werden. Während der Korrosion findet an einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche eines Gegenstands aus Eisen eine Oxidation statt, und diese Stelle verhält sich wie eine Anode. Die an dieser anodischen Stelle freigesetzten Elektronen bewegen sich durch das Metall und wandern zu einer anderen Stelle auf dem Metall, wo sie in Gegenwart von H⁺ (das vermutlich aus Kohlensäure (H₂CO₃) stammt, die durch die Auflösung von Kohlendioxid aus der Luft in Wasser in feuchter Atmosphäre entsteht) Sauerstoff reduzieren. Wasserstoffionen im Wasser können auch durch die Auflösung anderer saurer Oxide in der Atmosphäre entstehen). Dieser Punkt verhält sich wie eine Kathode. ⓘ

Rostende Eisenbahnschienen ⓘ

Korrosion (von lateinisch corrodere ‚zersetzen‘, ‚zerfressen‘, ‚zernagen‘) ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt. Korrosion kann zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder Systems führen. Eine durch Lebewesen verursachte Korrosion wird als Biokorrosion bezeichnet. ⓘ

In der Geologie versteht man unter Korrosion die Zersetzung von Gesteinen durch Einwirkung von Wasser und etwa Kohlenstoffdioxid aus der Luft. Solche Verwitterungsprozesse insbesondere unter Mitwirkung von Schwefeldioxid und Frost spielen auch bei Gebäuden eine Rolle. In der Medizin bezeichnet die Korrosion die Zersetzung von Geweben, mit Absicht angewandt um Schauobjekte zu präparieren. ⓘ

Naturgummi wird von UV-Licht, Sauerstoff und Ölen und Fetten angegriffen, matt (gefüllter Luftballon), hart und brüchig (Gummiring) oder flüssig-klebrig. Auch Polyethylen wird matt unter UV und Sauerstoff. ⓘ

Auch an sich wenig korrosionsgefährdete anorganische nichtmetallische Werkstoffe wie Glas oder Emaille können gefährdet sein, beispielsweise historische Gläser bestimmter Zusammensetzung, welche aufgrund kombinierter Feuchte- und Luftschadstoffwirkungen durch Glaskorrosion degradieren. ⓘ

Galvanische Korrosion

Galvanische Korrosion eines Aluminiumblechs trat auf, als das Blech mit einem Träger aus Baustahl verbunden war. ⓘ

Galvanische Korrosion tritt auf, wenn zwei verschiedene Metalle in physikalischem oder elektrischem Kontakt zueinander stehen und in einen gemeinsamen Elektrolyten getaucht werden oder wenn dasselbe Metall Elektrolyten mit unterschiedlichen Konzentrationen ausgesetzt ist. Bei einer galvanischen Verbindung korrodiert das aktivere Metall (die Anode) schneller und das edlere Metall (die Kathode) langsamer. Wenn es separat eingetaucht wird, korrodiert jedes Metall mit seiner eigenen Geschwindigkeit. Welche Art von Metall(en) zu verwenden ist, lässt sich leicht anhand der galvanischen Reihe bestimmen. Zink wird zum Beispiel häufig als Opferanode für Stahlkonstruktionen verwendet. Galvanische Korrosion ist von großem Interesse für die Schifffahrtsindustrie und überall dort, wo (salzhaltiges) Wasser mit Rohren oder Metallstrukturen in Berührung kommt. ⓘ

Faktoren wie die relative Größe der Anode, die Art des Metalls und die Betriebsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Salzgehalt usw.) beeinflussen die galvanische Korrosion. Das Oberflächenverhältnis von Anode und Kathode wirkt sich direkt auf die Korrosionsraten der Materialien aus. Galvanische Korrosion wird häufig durch den Einsatz von Opferanoden verhindert. ⓘ

Galvanische Reihe

In jeder Umgebung (ein Standardmedium ist belüftetes Meerwasser bei Raumtemperatur) ist ein Metall entweder edler oder aktiver als andere, je nachdem, wie stark seine Ionen an der Oberfläche gebunden sind. Zwei Metalle, die in elektrischem Kontakt stehen, teilen sich dieselben Elektronen, so dass das "Tauziehen" an jeder Oberfläche dem Wettbewerb um freie Elektronen zwischen den beiden Materialien entspricht. Wenn der Elektrolyt als Wirt für den Ionenfluss in dieselbe Richtung dient, nimmt das Edelmetall Elektronen vom aktiven Metall auf. Der sich daraus ergebende Massenfluss oder elektrische Strom kann gemessen werden, um eine Hierarchie der Materialien in dem betreffenden Medium zu erstellen. Diese Hierarchie wird als galvanische Reihe bezeichnet und ist für die Vorhersage und das Verständnis von Korrosion nützlich. ⓘ

Entfernung von Korrosion

Oft ist es möglich, die Korrosionsprodukte chemisch zu entfernen. So wird beispielsweise Phosphorsäure in Form von Marinegelee häufig auf eisenhaltige Werkzeuge oder Oberflächen aufgetragen, um Rost zu entfernen. Die Korrosionsentfernung ist nicht zu verwechseln mit dem Elektropolieren, bei dem einige Schichten des darunter liegenden Metalls abgetragen werden, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Zum Beispiel kann Phosphorsäure auch zum Elektropolieren von Kupfer verwendet werden, aber dabei wird Kupfer entfernt, nicht die Korrosionsprodukte von Kupfer. ⓘ

Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion

Einige Metalle sind von Natur aus korrosionsbeständiger als andere (einige Beispiele siehe Galvanische Reihe). Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Metalle vor Korrosion (Oxidation) zu schützen, z. B. durch Lackierung, Feuerverzinkung, kathodischen Schutz und Kombinationen dieser Verfahren. ⓘ

Intrinsische Chemie

Goldnuggets korrodieren nicht von Natur aus, nicht einmal in geologischen Zeiträumen. ⓘ

Die korrosionsbeständigsten Materialien sind diejenigen, bei denen die Korrosion thermodynamisch ungünstig ist. Korrosionsprodukte von Gold oder Platin zerfallen in der Regel spontan in reines Metall, weshalb diese Elemente auf der Erde in metallischer Form vorkommen und seit langem geschätzt werden. Gewöhnlichere "unedle" Metalle können nur durch vorübergehende Maßnahmen geschützt werden. ⓘ

Einige Metalle haben von Natur aus eine langsame Reaktionskinetik, auch wenn ihre Korrosion thermodynamisch günstig ist. Dazu gehören Metalle wie Zink, Magnesium und Cadmium. Die Korrosion dieser Metalle erfolgt zwar kontinuierlich und fortlaufend, aber mit einer annehmbar langsamen Geschwindigkeit. Ein extremes Beispiel ist Graphit, das bei der Oxidation große Mengen an Energie freisetzt, aber eine so langsame Kinetik aufweist, dass es unter normalen Bedingungen praktisch immun gegen elektrochemische Korrosion ist. ⓘ

Passivierung

Unter Passivierung versteht man die spontane Bildung eines hauchdünnen Films aus Korrosionsprodukten auf der Metalloberfläche, der als Barriere für die weitere Oxidation dient. Die chemische Zusammensetzung und die Mikrostruktur eines Passivfilms unterscheiden sich von dem darunter liegenden Metall. Die typische Passivschichtdicke auf Aluminium, rostfreiem Stahl und Legierungen liegt innerhalb von 10 Nanometern. Die Passivschicht unterscheidet sich von Oxidschichten, die sich beim Erhitzen bilden und im Mikrometerbereich liegen - die Passivschicht erholt sich, wenn sie entfernt oder beschädigt wird, die Oxidschicht dagegen nicht. Die Passivierung in natürlichen Umgebungen wie Luft, Wasser und Boden bei moderatem pH-Wert ist bei Materialien wie Aluminium, Edelstahl, Titan und Silizium zu beobachten. ⓘ

Die Passivierung wird in erster Linie durch metallurgische und umweltbedingte Faktoren bestimmt. Die Auswirkungen des pH-Werts werden in Pourbaix-Diagrammen zusammengefasst, aber auch viele andere Faktoren spielen eine Rolle. Zu den Bedingungen, die eine Passivierung verhindern, gehören ein hoher pH-Wert bei Aluminium und Zink, ein niedriger pH-Wert oder das Vorhandensein von Chloridionen bei nichtrostendem Stahl, hohe Temperaturen bei Titan (in diesem Fall löst sich das Oxid in das Metall und nicht in den Elektrolyten auf) und Fluoridionen bei Silizium. Andererseits können ungewöhnliche Bedingungen zur Passivierung von Materialien führen, die normalerweise ungeschützt sind, wie z. B. die alkalische Umgebung von Beton für Bewehrungseisen. Der Kontakt mit einem flüssigen Metall wie Quecksilber oder heißem Lot kann die Passivierungsmechanismen oft umgehen. ⓘ

Korrosion in passivierten Materialien

Die Passivierung ist äußerst nützlich, um Korrosionsschäden zu mindern, doch selbst eine hochwertige Legierung korrodiert, wenn ihre Fähigkeit, einen Passivierungsfilm zu bilden, beeinträchtigt ist. Die richtige Auswahl der richtigen Werkstoffsorte für die jeweilige Umgebung ist wichtig für die dauerhafte Leistungsfähigkeit dieser Werkstoffgruppe. Wenn die Passivschicht aufgrund chemischer oder mechanischer Faktoren beschädigt wird, können die wichtigsten Korrosionsarten Lochkorrosion, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion sein. ⓘ

Lochfraßkorrosion

Diagramm mit Querschnitt durch Lochfraßkorrosion ⓘ

Bestimmte Bedingungen, wie z. B. niedrige Sauerstoffkonzentrationen oder hohe Konzentrationen von Spezies wie Chlorid, die als Anionen miteinander konkurrieren, können die Fähigkeit einer bestimmten Legierung zur Neubildung einer Passivierungsschicht beeinträchtigen. Im schlimmsten Fall bleibt fast die gesamte Oberfläche geschützt, aber winzige lokale Fluktuationen werden die Oxidschicht an einigen kritischen Stellen abbauen. Die Korrosion an diesen Stellen wird stark verstärkt und kann je nach den Bedingungen zu verschiedenen Arten von Korrosionslöchern führen. Während die Korrosionsgruben nur unter ziemlich extremen Umständen entstehen, können sie auch dann noch weiter wachsen, wenn sich die Bedingungen wieder normalisieren, da das Innere einer Grube auf natürliche Weise keinen Sauerstoff erhält und der pH-Wert lokal auf sehr niedrige Werte sinkt und die Korrosionsgeschwindigkeit aufgrund eines autokatalytischen Prozesses zunimmt. In extremen Fällen können die scharfen Spitzen von extrem langen und schmalen Korrosionslöchern Spannungskonzentrationen verursachen, die dazu führen, dass ansonsten zähe Legierungen zerbrechen; eine dünne Folie, die von einem unsichtbaren kleinen Loch durchstoßen wird, kann ein daumengroßes Loch unsichtbar machen. Diese Probleme sind besonders gefährlich, weil sie schwer zu erkennen sind, bevor ein Teil oder eine Struktur versagt. Lochfraß gehört nach wie vor zu den häufigsten und schädlichsten Korrosionsformen bei passivierten Legierungen, kann aber durch Kontrolle der Legierungsumgebung verhindert werden. ⓘ

Lochfraß entsteht, wenn sich im Metall ein kleines Loch oder ein Hohlraum bildet, in der Regel als Folge der Entpassivierung eines kleinen Bereichs. Dieser Bereich wird anodisch, während ein Teil des übrigen Metalls kathodisch wird, was zu einer lokalen galvanischen Reaktion führt. Die Verschlechterung dieses kleinen Bereichs dringt in das Metall ein und kann zum Versagen führen. Diese Form der Korrosion ist oft schwer zu erkennen, da sie in der Regel relativ klein ist und durch korrosionsfördernde Verbindungen überdeckt und verborgen werden kann. ⓘ

Schweißnahtverfall und Messerfraß

Normales Mikrogefüge der Oberfläche von nichtrostendem Stahl Typ 304 ⓘ

Sensibilisiertes metallisches Gefüge, das breitere intergranuläre Grenzen zeigt ⓘ

Nichtrostender Stahl stellt eine besondere Herausforderung für die Korrosion dar, da sein Passivierungsverhalten vom Vorhandensein einer wichtigen Legierungskomponente (Chrom, mindestens 11,5 %) abhängt. Aufgrund der hohen Temperaturen beim Schweißen und bei der Wärmebehandlung können sich in den Korngrenzen der nichtrostenden Legierungen Chromkarbide bilden. Diese chemische Reaktion entzieht dem Material im Bereich der Korngrenze Chrom, wodurch diese Bereiche wesentlich weniger korrosionsbeständig werden. Dadurch entsteht eine galvanische Verbindung mit der gut geschützten Legierung in der Nähe, was in stark korrosiven Umgebungen zu "Schweißnahtverfall" (Korrosion der Korngrenzen in den Wärmeeinflusszonen) führt. Dieser Prozess kann die mechanische Festigkeit von Schweißnähten im Laufe der Zeit erheblich verringern. ⓘ

Ein nichtrostender Stahl gilt als "sensibilisiert", wenn sich im Gefüge Chromkarbide bilden. Ein typisches Gefüge eines normalisierten nichtrostenden Stahls vom Typ 304 zeigt keine Anzeichen von Sensibilisierung, während ein stark sensibilisierter Stahl das Vorhandensein von Korngrenzenausscheidungen zeigt. Die dunklen Linien im sensibilisierten Gefüge sind Netze aus Chromkarbiden, die sich entlang der Korngrenzen bilden. ⓘ

Spezielle Legierungen, entweder mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder mit zugesetzten Kohlenstoff-"Gettern" wie Titan und Niob (in den Typen 321 bzw. 347), können diesen Effekt verhindern, aber letztere erfordern eine besondere Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um das ähnliche Phänomen des "Messerlinienangriffs" zu verhindern. Wie der Name schon sagt, beschränkt sich die Korrosion auf eine sehr schmale Zone neben der Schweißnaht, die oft nur wenige Mikrometer breit ist und daher noch weniger auffällt. ⓘ

Spaltkorrosion

Korrosion im Spalt zwischen dem Rohr und dem Rohrboden (beide aus Edelstahl 316) eines Wärmetauschers in einer Meerwasserentsalzungsanlage ⓘ

Bei der Spaltkorrosion handelt es sich um eine örtlich begrenzte Form der Korrosion, die in engen Räumen (Spalten) auftritt, zu denen der Zugang der Arbeitsflüssigkeit aus der Umgebung begrenzt ist. Die Bildung einer differenziellen Belüftungszelle führt zu Korrosion in den Spalten. Beispiele für Spalten sind Spalten und Kontaktbereiche zwischen Teilen, unter Dichtungen, in Rissen und Nähten, mit Ablagerungen gefüllte Räume und unter Schlammhaufen. ⓘ

Die Spaltkorrosion wird durch den Spalttyp (Metall-Metall, Metall-Nichtmetall), die Spaltgeometrie (Größe, Oberflächenbeschaffenheit) sowie metallurgische und umweltbedingte Faktoren beeinflusst. Die Anfälligkeit für Spaltkorrosion kann mit ASTM-Standardverfahren bewertet werden. Eine kritische Spaltkorrosionstemperatur wird üblicherweise verwendet, um die Beständigkeit eines Werkstoffs gegen Spaltkorrosion zu bewerten. ⓘ

Wasserstoffeinkerbung

In der chemischen Industrie versteht man unter Wasserstoffrillen die Korrosion von Rohrleitungen durch Rillen, die durch das Zusammenwirken eines korrosiven Mittels, korrodierter Rohrbestandteile und Wasserstoffgasblasen entstehen. Wenn zum Beispiel Schwefelsäure (H₂SO₄) durch Stahlrohre fließt, reagiert das Eisen im Stahl mit der Säure und bildet eine Passivierungsschicht aus Eisensulfat (FeSO₄) und Wasserstoffgas (H₂). Die Eisensulfatschicht schützt den Stahl vor weiteren Reaktionen; wenn jedoch Wasserstoffblasen mit dieser Schicht in Berührung kommen, wird sie entfernt. Auf diese Weise bildet sich durch eine wandernde Blase eine Rille, wodurch noch mehr Stahl der Säure ausgesetzt wird: ein Teufelskreis. Die Rillenbildung wird durch die Tendenz nachfolgender Blasen, den gleichen Weg zu nehmen, noch verstärkt. ⓘ

Hochtemperaturkorrosion

Hochtemperaturkorrosion ist die chemische Zersetzung eines Werkstoffs (in der Regel eines Metalls) infolge von Erhitzung. Diese nicht-galvanische Form der Korrosion kann auftreten, wenn ein Metall einer heißen Atmosphäre ausgesetzt wird, die Sauerstoff, Schwefel oder andere Verbindungen enthält, die in der Lage sind, den betreffenden Werkstoff zu oxidieren (oder die Oxidation zu unterstützen). So müssen Werkstoffe, die in der Luft- und Raumfahrt, in der Energieerzeugung und sogar in Automotoren verwendet werden, über längere Zeiträume hohen Temperaturen standhalten, in denen sie einer Atmosphäre ausgesetzt sind, die potenziell hochkorrosive Verbrennungsprodukte enthält. ⓘ

Die Produkte der Hochtemperaturkorrosion können zum Vorteil des Ingenieurs genutzt werden. Die Bildung von Oxiden auf nichtrostenden Stählen beispielsweise kann eine Schutzschicht bilden, die einen weiteren Angriff durch die Atmosphäre verhindert, so dass ein Werkstoff über einen längeren Zeitraum sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen unter widrigen Bedingungen eingesetzt werden kann. Solche Hochtemperaturkorrosionsprodukte in Form von verdichteten Oxidschichten verhindern oder verringern den Verschleiß bei Hochtemperatur-Gleitkontakt von metallischen (oder metallischen und keramischen) Oberflächen. Die thermische Oxidation wird auch häufig als Weg zur Herstellung von kontrollierten Oxid-Nanostrukturen, einschließlich Nanodrähten und dünnen Filmen, genutzt. ⓘ

Mikrobielle Korrosion

Mikrobielle Korrosion, auch bekannt als mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC), ist eine Korrosion, die durch Mikroorganismen, in der Regel chemoautotrophe Organismen, verursacht oder gefördert wird. Sie kann sowohl bei metallischen als auch bei nicht-metallischen Werkstoffen in Gegenwart oder Abwesenheit von Sauerstoff auftreten. Sulfatreduzierende Bakterien sind in Abwesenheit von Sauerstoff (anaerob) aktiv; sie produzieren Schwefelwasserstoff und verursachen Sulfid-Spannungsrisse. In Anwesenheit von Sauerstoff (aerob) können einige Bakterien Eisen direkt zu Eisenoxiden und -hydroxiden oxidieren, andere Bakterien oxidieren Schwefel und produzieren Schwefelsäure, die biogene Sulfidkorrosion verursacht. In den Ablagerungen der Korrosionsprodukte können sich Konzentrationszellen bilden, die zu lokaler Korrosion führen. ⓘ

Die beschleunigte Niedrigwasserkorrosion (ALWC) ist eine besonders aggressive Form der MIC, die Stahlpfähle in Meerwasser nahe der Niedrigwasserlinie betrifft. Sie ist durch einen orangefarbenen Schlamm gekennzeichnet, der nach der Behandlung mit Säure nach Schwefelwasserstoff riecht. Die Korrosionsraten können sehr hoch sein, und die zulässigen Korrosionswerte können bald überschritten werden, was zu einem vorzeitigen Versagen des Stahlpfahls führt. Pfähle, die zum Zeitpunkt der Errichtung beschichtet wurden und über einen kathodischen Schutz verfügen, sind für ALWC nicht anfällig. Bei ungeschützten Pfählen können lokal an den betroffenen Stellen Opferanoden installiert werden, um die Korrosion zu hemmen, oder es kann ein komplettes nachgerüstetes Opferanodensystem installiert werden. Die betroffenen Bereiche können auch mit kathodischem Schutz behandelt werden, wobei entweder Opferanoden oder Strom an eine inerte Anode angelegt werden, um eine Kalkschicht zu erzeugen, die das Metall vor weiterem Angriff schützt. ⓘ

Metallverstaubung

Metal Dusting ist eine katastrophale Form der Korrosion, die auftritt, wenn anfällige Werkstoffe Umgebungen mit hoher Kohlenstoffaktivität ausgesetzt sind, wie Synthesegas und andere Umgebungen mit hohem CO-Gehalt. Die Korrosion äußert sich in einer Zersetzung von losem Metall zu Metallpulver. Der vermutete Mechanismus ist zunächst die Ablagerung einer Graphitschicht auf der Oberfläche des Metalls, in der Regel aus Kohlenmonoxid (CO) in der Dampfphase. Es wird angenommen, dass diese Graphitschicht dann metastabile M₃C-Spezies bildet (wobei M das Metall ist), die von der Metalloberfläche wegwandern. In einigen Fällen wird jedoch keine M₃C-Spezies beobachtet, was auf einen direkten Transfer von Metallatomen in die Graphitschicht hindeutet. ⓘ

Schutz vor Korrosion

Das US-Militär schweißt Ausrüstungen wie Hubschrauber ein, um sie vor Korrosion zu schützen und so Millionen von Dollar zu sparen. ⓘ

Um Korrosionsschäden an metallischen Gegenständen, die der Witterung, Salzwasser, Säuren oder anderen feindlichen Umgebungen ausgesetzt sind, zu verlangsamen, werden verschiedene Behandlungen eingesetzt. Einige ungeschützte Metalllegierungen sind extrem korrosionsanfällig, wie z. B. die in Neodym-Magneten verwendeten, die selbst in trockenen, temperaturstabilen Innenräumen abplatzen oder zu Pulver zerfallen können, wenn sie nicht entsprechend behandelt werden, um die Korrosion zu verhindern. ⓘ

Oberflächenbehandlungen

Bei der Oberflächenbehandlung zum Schutz vor Korrosion muss sehr sorgfältig darauf geachtet werden, dass die Oberfläche vollständig bedeckt ist und keine Lücken, Risse oder Nadellöcher aufweist. Kleine Defekte können wie eine "Achillesferse" wirken, die es der Korrosion ermöglicht, in das Innere einzudringen und große Schäden zu verursachen, selbst wenn die äußere Schutzschicht eine Zeit lang scheinbar intakt bleibt. ⓘ

Angewandte Beschichtungen

Verzinkte Oberfläche ⓘ

Beschichtungen, Anstriche und Emaillierungen sind die gängigsten Korrosionsschutzmaßnahmen. Sie bilden eine Barriere aus korrosionsbeständigem Material zwischen der schädigenden Umgebung und dem Baumaterial. Abgesehen von kosmetischen und fertigungstechnischen Aspekten kann es Kompromisse bei der mechanischen Flexibilität gegenüber der Abriebfestigkeit und der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen geben. Beschichtungen versagen in der Regel nur in kleinen Abschnitten, aber wenn die Beschichtung edler ist als das Substrat (z. B. Chrom auf Stahl), führt eine galvanische Verbindung dazu, dass jeder freiliegende Bereich viel schneller korrodiert als eine unbeschichtete Oberfläche. Aus diesem Grund ist es oft ratsam, mit Aktivmetall wie Zink oder Kadmium zu beschichten. Wenn die Zinkschicht nicht dick genug ist, wird die Oberfläche bald unansehnlich und rostet offensichtlich. Die Lebensdauer steht in direktem Zusammenhang mit der Dicke der Metallbeschichtung. ⓘ

Korrodierendes Stahlgerüst an einer elektrifizierten Eisenbahnstrecke ⓘ

Bei engen Platzverhältnissen ist ein Anstrich mit der Rolle oder dem Pinsel wünschenswert; bei größeren Beschichtungsflächen, wie z. B. Stahldecks und Anwendungen am Wasser, ist das Spritzen besser geeignet. Flexible Polyurethanbeschichtungen, wie z. B. Durabak-M26, können eine antikorrosive Versiegelung mit einer äußerst haltbaren, rutschfesten Membran bieten. Angestrichene Beschichtungen sind relativ einfach aufzutragen und trocknen schnell, auch wenn Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu unterschiedlichen Trocknungszeiten führen können. Heutzutage werden organische Beschichtungen, die aus erdölbasierten Polymeren hergestellt werden, durch viele organische Beschichtungen aus erneuerbaren Quellen ersetzt. Unter den verschiedenen Trägern oder Bindemitteln sind Polyurethane die am meisten erforschten Polymere in solchen Versuchen. ⓘ

Reaktive Beschichtungen

Wenn die Umgebung kontrolliert wird (insbesondere in Kreislaufsystemen), können ihr häufig Korrosionsschutzmittel zugesetzt werden. Diese Chemikalien bilden eine elektrisch isolierende oder chemisch undurchlässige Beschichtung auf exponierten Metalloberflächen, um elektrochemische Reaktionen zu unterdrücken. Solche Methoden machen das System weniger empfindlich gegenüber Kratzern oder Defekten in der Beschichtung, da zusätzliche Inhibitoren überall dort verfügbar gemacht werden können, wo Metall freigelegt wird. Zu den korrosionshemmenden Chemikalien gehören einige der Salze in hartem Wasser (römische Wassersysteme sind bekannt für ihre mineralischen Ablagerungen), Chromate, Phosphate, Polyanilin, andere leitfähige Polymere und eine breite Palette speziell entwickelter Chemikalien, die Tensiden ähneln (d. h. langkettige organische Moleküle mit ionischen Endgruppen). ⓘ

Eloxierung

Dieses Kletterseil ist gelb eloxiert. ⓘ

Aluminiumlegierungen werden häufig einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Die elektrochemischen Bedingungen im Bad werden sorgfältig eingestellt, so dass in der Oxidschicht des Metalls gleichmäßige, mehrere Nanometer breite Poren entstehen. Diese Poren ermöglichen es dem Oxid, viel dicker zu werden, als es unter passivierenden Bedingungen möglich wäre. Am Ende der Behandlung werden die Poren geschlossen und bilden eine härtere als die übliche Oberflächenschicht. Wird diese Schicht zerkratzt, übernimmt der normale Passivierungsprozess den Schutz der beschädigten Stelle. ⓘ

Eloxal ist sehr widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Korrosion, weshalb es häufig für Gebäudefassaden und andere Bereiche verwendet wird, in denen die Oberfläche regelmäßig mit den Elementen in Kontakt kommt. Trotz ihrer Widerstandsfähigkeit muss sie häufig gereinigt werden. Wird es nicht gereinigt, kommt es zu einer natürlichen Verfärbung der Kanten. Bei der Anodisierung wird eine Anode in eine Kathode umgewandelt, indem eine aktivere Anode mit ihr in Kontakt gebracht wird. ⓘ

Biofilm-Beschichtungen

Es wurde eine neue Form des Schutzes entwickelt, indem bestimmte Arten von Bakterienfilmen auf die Oberfläche von Metallen in hochkorrosiven Umgebungen aufgebracht werden. Dieser Prozess erhöht die Korrosionsbeständigkeit erheblich. Alternativ können antimikrobiell wirkende Biofilme verwendet werden, um die Korrosion von Baustahl durch sulfatreduzierende Bakterien zu verhindern. ⓘ

Schalung mit kontrollierter Durchlässigkeit

Die kontrollierte Permeabilitätsschalung (CPF) ist eine Methode zur Verhinderung der Korrosion der Bewehrung durch eine natürliche Verbesserung der Haltbarkeit der Abdeckung während des Betoneinbaus. CPF wurde in Umgebungen eingesetzt, um die Auswirkungen von Karbonatisierung, Chloriden, Frost und Abrieb zu bekämpfen. ⓘ

Kathodischer Schutz

Der kathodische Schutz (KKS) ist eine Technik zur Kontrolle der Korrosion einer Metalloberfläche, indem diese zur Kathode einer elektrochemischen Zelle gemacht wird. Kathodische Schutzsysteme werden am häufigsten zum Schutz von Stahlrohrleitungen und -tanks, Stahlpfeilern, Schiffen und Offshore-Ölplattformen eingesetzt. ⓘ

Schutz durch eine Opferanode

Opferanode, die am Rumpf eines Schiffes befestigt ist ⓘ

Für eine wirksame CP wird das Potenzial der Stahloberfläche so lange negativ polarisiert (gedrückt), bis die Metalloberfläche ein einheitliches Potenzial aufweist. Bei einem gleichmäßigen Potenzial wird die treibende Kraft für die Korrosionsreaktion gestoppt. Bei galvanischen CP-Systemen korrodiert das Anodenmaterial unter dem Einfluss des Stahls, so dass es schließlich ausgetauscht werden muss. Die Polarisierung wird durch den Stromfluss von der Anode zur Kathode verursacht, der durch den Unterschied im Elektrodenpotenzial zwischen Anode und Kathode angetrieben wird. Die gängigsten Opferanodenmaterialien sind Aluminium, Zink, Magnesium und verwandte Legierungen. Aluminium hat die höchste Kapazität, und Magnesium hat die höchste Antriebsspannung und wird daher dort eingesetzt, wo der Widerstand höher ist. Zink ist universell einsetzbar und bildet die Grundlage für die Verzinkung. ⓘ

Mit Opferanoden sind eine Reihe von Problemen verbunden. Dazu gehört aus ökologischer Sicht die Freisetzung von Zink, Magnesium, Aluminium und Schwermetallen wie Kadmium in die Umwelt, einschließlich des Meerwassers. Aus der Arbeitsperspektive gelten Opferanodensysteme als weniger präzise als moderne kathodische Schutzsysteme, wie z. B. kathodische Schutzsysteme mit eingeprägtem Strom (ICCP). Ihre Fähigkeit, den erforderlichen Schutz zu bieten, muss regelmäßig durch eine Unterwasserinspektion durch Taucher überprüft werden. Da sie eine begrenzte Lebensdauer haben, müssen die Opferanoden im Laufe der Zeit regelmäßig ausgetauscht werden. ⓘ

Kathodischer Korrosionsschutz mit gepresstem Strom

Bei größeren Bauwerken können galvanische Anoden aus wirtschaftlichen Gründen nicht genug Strom liefern, um einen vollständigen Schutz zu gewährleisten. Beim kathodischen Druckstromschutz (ICCP) werden Anoden verwendet, die an eine Gleichstromquelle (z. B. einen Gleichrichter für den kathodischen Schutz) angeschlossen sind. Anoden für ICCP-Systeme sind röhrenförmige und massive Stäbe aus verschiedenen Spezialmaterialien. Dazu gehören Gusseisen mit hohem Siliziumgehalt, Graphit, Mischmetalloxid, platinbeschichtetes Titan oder niobbeschichtete Stäbe und Drähte. ⓘ

Anodischer Schutz

Ein passiver Korrosionsschutz verhindert den Kontakt des zu schützenden Materials mit dem Korrosionsmedium durch Abschirmung, während bei einem aktiven Schutz die vollständige Trennung von Material und korrosivem Medium nicht erforderlich ist. ⓘ

Aktiver Schutz

• Opferanode
• Fremdstromanode
• Thermisches Spritzen
• Feuerverzinken
• Sherardisieren
• Zinklamellenüberzug
• kathodischer Korrosionsschutz
• Polarisation
• Schwachstrom
• Inhibitoren
• Verringerung des Sauerstoffgehaltes
• Förderung der Passivschichtbildung
• Homogenisierung des Gefüges
• Optimierung der Oberfläche ⓘ

Passiver Schutz ⓘ

Feuerverzinkte geschraubte Stahlbaukonstruktion ⓘ

• Feuerverzinken
• Schutzanstrich bzw. Schutzbeschichtung mit entsprechender Vorbehandlung oder unter Verwendung von Haftvermittlern
• Sonstiger organischer Transportschutz: Fette, Wachse, fluoriertes Polyurethan (FPU)
• Anorganischer nichtmetallischer Schutz: Passivierung, Oxide, Glas, insbesondere Borosilikatglas
• Anorganischer metallischer Schutz: Hämatit (Eisenglimmer), Zink, Aluminium
• Konstruktive Maßnahmen: durchgehend schweißen etc.
• Unterschiedliche Metalle nicht in direktem Kontakt verbauen, z. B. keine Chrom- oder Aluminiumzierteile direkt auf Stahl; Kfz-Nummernschilder mit Kunststoffzwischenlage montieren
• An gefährdeten Stellen Wasserabläufe vorsehen (z. B. in Autotüren)
• Hohlraumversiegelung
• Relais mit Schutzgas-Füllung, Reed-Relais
• Elektrolytisches Vergolden, z. B. in der Zahntechnik
• Luftfilterung und Überdruckbelüftung von Gehäusen und Schaltschränken, z. B. durch chemisorptive Filter, zur Elimination korrosiver Gase wie H₂S ⓘ

Hinweis: Durch Feuerverzinken entsteht sowohl ein passiver als auch ein aktiver Korrosionsschutz. ⓘ

Geschwindigkeit der Korrosion

Diese Neodym-Magnete korrodierten extrem schnell, nachdem sie nur 5 Monate im Freien gelegen hatten. ⓘ

Die Bildung einer Oxidschicht wird durch das Deal-Grove-Modell beschrieben, das zur Vorhersage und Kontrolle der Oxidschichtbildung in verschiedenen Situationen verwendet wird. Ein einfacher Test zur Messung der Korrosion ist die Gewichtsverlustmethode. Bei dieser Methode wird ein sauberes, gewogenes Stück des Metalls oder der Legierung für eine bestimmte Zeit der korrosiven Umgebung ausgesetzt, anschließend gereinigt, um Korrosionsprodukte zu entfernen, und gewogen, um den Gewichtsverlust zu bestimmen. Die Korrosionsrate (R) wird wie folgt berechnet ⓘ

$R={\frac {kW}{\rho At}}$ ⓘ

wobei k eine Konstante ist, W ist der Gewichtsverlust des Metalls in der Zeit t, A ist die Oberfläche des Metalls, die der Korrosion ausgesetzt ist, und ρ ist die Dichte des Metalls (in g/cm³). ⓘ

Andere gebräuchliche Ausdrücke für die Korrosionsrate sind Eindringtiefe und Änderung der mechanischen Eigenschaften. ⓘ

Wirtschaftliche Auswirkungen

Die eingestürzte Silver Bridge, von der Ohio-Seite aus gesehen ⓘ

Im Jahr 2002 veröffentlichte die US Federal Highway Administration eine Studie mit dem Titel "Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States" (Korrosionskosten und Präventionsstrategien in den Vereinigten Staaten) über die direkten Kosten im Zusammenhang mit Metallkorrosion in der US-Industrie. Im Jahr 1998 beliefen sich die jährlichen direkten Gesamtkosten der Korrosion in den USA auf ca. 276 Milliarden Dollar (ca. 3,2 % des Bruttoinlandsprodukts der USA). Aufgeschlüsselt nach fünf spezifischen Wirtschaftszweigen belaufen sich die wirtschaftlichen Verluste auf 22,6 Mrd. $ in der Infrastruktur, 17,6 Mrd. $ in der Produktion und im verarbeitenden Gewerbe, 29,7 Mrd. $ im Verkehrswesen, 20,1 Mrd. $ in der Regierung und 47,9 Mrd. $ in der Versorgungswirtschaft. ⓘ

Rost ist eine der häufigsten Ursachen für Brückenunfälle. Da Rost ein viel größeres Volumen hat als die ursprüngliche Eisenmasse, kann seine Ansammlung auch zum Versagen führen, indem er benachbarte Teile auseinanderdrückt. Er war die Ursache für den Einsturz der Mianus River Bridge im Jahr 1983, als die Lager von innen rosteten und eine Ecke der Fahrbahnplatte von ihrem Auflager drückten. Drei Fahrer, die sich zu diesem Zeitpunkt auf der Fahrbahn befanden, starben, als die Platte in den darunter liegenden Fluss stürzte. Die anschließende NTSB-Untersuchung ergab, dass ein Abfluss in der Straße wegen der Erneuerung des Straßenbelags verstopft und nicht wieder freigegeben worden war; infolgedessen drang das abfließende Wasser in die Aufhängungen ein. Rost war auch ein wichtiger Faktor bei der Silver Bridge-Katastrophe von 1967 in West Virginia, als eine stählerne Hängebrücke innerhalb einer Minute zusammenbrach und 46 Fahrer und Passagiere, die sich zu diesem Zeitpunkt auf der Brücke befanden, ums Leben kamen. ⓘ

Ebenso kann die Korrosion von betonummanteltem Stahl und Eisen zum Abplatzen des Betons führen, was schwere strukturelle Probleme verursacht. Dies ist eine der häufigsten Versagensarten bei Stahlbetonbrücken. Messgeräte, die auf dem Halbzellenpotenzial basieren, können die potenziellen Korrosionsstellen aufspüren, bevor es zum Totalversagen der Betonstruktur kommt. ⓘ

Bis vor 20-30 Jahren wurden verzinkte Stahlrohre in großem Umfang in Trinkwassersystemen für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie im gewerblichen und öffentlichen Bau verwendet. Heute haben diese Systeme das schützende Zink längst verbraucht und korrodieren von innen, was zu schlechter Wasserqualität und Rohrbrüchen führt. Die wirtschaftlichen Auswirkungen auf Hausbesitzer, Wohnungseigentümer und die öffentliche Infrastruktur werden auf 22 Milliarden Dollar geschätzt, da sich die Versicherungsbranche auf eine Welle von Schadensfällen aufgrund von Rohrbrüchen vorbereitet. ⓘ

Korrosion bei Nichtmetallen

Die meisten keramischen Werkstoffe sind fast völlig immun gegen Korrosion. Die starken chemischen Bindungen, die sie zusammenhalten, lassen nur sehr wenig freie chemische Energie in der Struktur übrig; man kann davon ausgehen, dass sie bereits korrodiert sind. Wenn Korrosion auftritt, handelt es sich fast immer um eine einfache Auflösung des Materials oder eine chemische Reaktion und nicht um einen elektrochemischen Prozess. Ein gängiges Beispiel für den Korrosionsschutz von Keramik ist der Kalk, der Kalknatronglas zugesetzt wird, um seine Wasserlöslichkeit zu verringern; obwohl er nicht annähernd so löslich ist wie reines Natriumsilikat, bildet normales Glas submikroskopische Risse, wenn es Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Aufgrund seiner Sprödigkeit führen solche Risse zu einer drastischen Verringerung der Festigkeit eines Glasobjekts in den ersten Stunden bei Raumtemperatur. ⓘ

Korrosion von Polymeren

Ozonrissbildung in Schläuchen aus Naturkautschuk ⓘ

Die Zersetzung von Polymeren umfasst mehrere komplexe und oft schlecht verstandene physiochemische Prozesse. Diese unterscheiden sich deutlich von den anderen hier besprochenen Prozessen, so dass der Begriff "Korrosion" nur in einem lockeren Sinne des Wortes auf sie angewandt wird. Aufgrund ihres großen Molekulargewichts kann durch das Mischen einer bestimmten Masse von Polymeren mit einer anderen Substanz nur sehr wenig Entropie gewonnen werden, so dass sie im Allgemeinen recht schwer aufzulösen sind. Die Auflösung ist zwar in einigen Polymeranwendungen ein Problem, aber es ist relativ einfach, dagegen anzugehen. ⓘ

Ein häufigeres und damit verbundenes Problem ist das "Aufquellen", bei dem kleine Moleküle in die Struktur eindringen, die Festigkeit und Steifigkeit verringern und eine Volumenänderung verursachen. Umgekehrt werden viele Polymere (vor allem flexibles Vinyl) absichtlich mit Weichmachern gequollen, die aus der Struktur ausgelaugt werden können und Sprödigkeit oder andere unerwünschte Veränderungen verursachen. ⓘ

Die häufigste Form des Abbaus ist jedoch eine Abnahme der Polymerkettenlänge. Mechanismen, die Polymerketten brechen, sind Biologen aufgrund ihrer Wirkung auf die DNA bekannt: ionisierende Strahlung (am häufigsten ultraviolettes Licht), freie Radikale und Oxidationsmittel wie Sauerstoff, Ozon und Chlor. Ozonrissbildung ist ein bekanntes Problem, das zum Beispiel Naturkautschuk betrifft. Kunststoffadditive können diese Prozesse sehr effektiv verlangsamen, und das kann so einfach sein wie ein UV-absorbierendes Pigment (z. B. Titandioxid oder Ruß). Kunststoff-Einkaufstüten enthalten diese Zusätze oft nicht, so dass sie leichter zu ultrafeinen Abfallpartikeln zerfallen. ⓘ

Korrosion von Glas

Glaskorrosion ⓘ

Glas zeichnet sich durch einen hohen Grad an Korrosionsbeständigkeit aus. Aufgrund seiner hohen Wasserbeständigkeit wird es häufig als Primärverpackungsmaterial in der Pharmaindustrie verwendet, da die meisten Arzneimittel in einer wässrigen Lösung aufbewahrt werden. Neben seiner Wasserbeständigkeit ist Glas auch robust, wenn es bestimmten chemisch aggressiven Flüssigkeiten oder Gasen ausgesetzt wird. ⓘ

Die Glaskrankheit ist die Korrosion von Silikatgläsern in wässrigen Lösungen. Sie wird durch zwei Mechanismen gesteuert: diffusionsgesteuerte Auslaugung (Ionenaustausch) und hydrolytische Auflösung des Glasnetzwerks. Beide Mechanismen hängen stark vom pH-Wert der Kontaktlösung ab: Die Geschwindigkeit des Ionenaustauschs nimmt mit einem pH-Wert von 10-0,5pH ab, während die Geschwindigkeit der hydrolytischen Auflösung mit einem pH-Wert von 100,5pH zunimmt. ⓘ

Mathematisch gesehen werden die Korrosionsraten von Gläsern durch die normalisierten Korrosionsraten der Elemente NRi (g/cm²-d) charakterisiert, die als Verhältnis der Gesamtmenge der in das Wasser abgegebenen Spezies Mi (g) zur wasserberührenden Oberfläche S (cm²), der Kontaktzeit t (Tage) und dem Gewichtsanteil des Elements im Glas fi bestimmt werden:

$\mathrm {NR} _{i}={\frac {M_{i}}{Sf_{i}t}}$. ⓘ

Die Gesamtkorrosionsrate ist die Summe der Beiträge aus beiden Mechanismen (Auslaugung + Auflösung) NRi=NRxi+NRh. Die diffusionsgesteuerte Auslaugung (Ionenaustausch) ist charakteristisch für die Anfangsphase der Korrosion und beinhaltet den Ersatz von Alkaliionen im Glas durch ein Hydronium (H₃O⁺) Ion aus der Lösung. Sie führt zu einer ionenselektiven Verarmung der oberflächennahen Schichten der Gläser und bewirkt eine umgekehrte Quadratwurzelabhängigkeit der Korrosionsrate von der Expositionszeit. Die diffusionskontrollierte normalisierte Auslaugungsrate von Kationen aus Gläsern (g/cm²-d) ist gegeben durch:

$\mathrm {NR} x_{i}=2\rho {\sqrt {\frac {D_{i}}{\pi t}}}$, ⓘ

wobei t die Zeit ist, Di der effektive Diffusionskoeffizient des i-ten Kations (cm²/d), der vom pH-Wert des Kontaktwassers als Di = D_i0-10-pH abhängt, und ρ die Dichte des Glases (g/cm³) ist. ⓘ

Die Auflösung des Glasnetzwerks ist charakteristisch für die späteren Phasen der Korrosion und bewirkt eine kongruente Freisetzung von Ionen in die Wasserlösung mit einer zeitunabhängigen Rate in verdünnten Lösungen (g/cm²-d):

$\mathrm {NR} h=\rho r_{h}$, ⓘ

wobei rh die stationäre Hydrolyse- (Auflösungs-) Rate des Glases (cm/d) ist. In geschlossenen Systemen erhöht der Verbrauch von Protonen aus der wässrigen Phase den pH-Wert und bewirkt einen schnellen Übergang zur Hydrolyse. Eine weitere Sättigung der Lösung mit Siliziumdioxid behindert jedoch die Hydrolyse und führt dazu, dass das Glas wieder in einen ionenaustausch-, d. h. diffusionsgesteuerten Korrosionszustand übergeht. ⓘ

Unter typischen natürlichen Bedingungen sind die normalisierten Korrosionsraten von Silikatgläsern sehr niedrig und liegen in der Größenordnung von 10-7-10-5 g/(cm²-d). Die sehr hohe Beständigkeit von Silikatgläsern in Wasser macht sie für die Immobilisierung von gefährlichen und nuklearen Abfällen geeignet. ⓘ

Tests zur Glaskorrosion

Auswirkung des Zusatzes einer bestimmten Glaskomponente auf die chemische Beständigkeit gegen Wasserkorrosion eines bestimmten Basisglases (Korrosionstest ISO 719). ⓘ

Es gibt zahlreiche genormte Verfahren zur Messung der Korrosion (auch chemische Beständigkeit genannt) von Gläsern in neutraler, basischer und saurer Umgebung, unter simulierten Umweltbedingungen, in simulierter Körperflüssigkeit, bei hoher Temperatur und hohem Druck und unter anderen Bedingungen. ⓘ

Das Standardverfahren ISO 719 beschreibt eine Prüfung der Extraktion von wasserlöslichen basischen Verbindungen unter neutralen Bedingungen: 2 g Glas, Partikelgröße 300-500 μm, werden 60 min in 50 ml entionisiertem Wasser der Klasse 2 bei 98 °C gehalten; 25 ml der erhaltenen Lösung werden gegen 0,01 mol/l HCl-Lösung titriert. Das für die Neutralisation benötigte HCl-Volumen ist in der folgenden Tabelle angegeben. ⓘ

Benötigte Menge an 0,01M HCl zur Neutralisation der extrahierten basischen Oxide, ml	Extrahiertes Na2O Äquivalent, μg	Hydrolytische Klasse ⓘ
< 0.1	< 31	1
0.1-0.2	31-62	2
0.2-0.85	62-264	3
0.85-2.0	264-620	4
2.0-3.5	620-1085	5
> 3.5	> 1085	> 5

Der genormte Test ISO 719 ist nicht geeignet für Gläser mit wenig oder nicht extrahierbaren alkalischen Bestandteilen, die aber dennoch von Wasser angegriffen werden, z. B. Quarzglas, B₂O₃-Glas oder P₂O₅-Glas. ⓘ

Übliche Gläser werden in die folgenden Klassen unterschieden: Hydrolytische Klasse 1 (Typ I): Zu dieser Klasse, die auch als neutrales Glas bezeichnet wird, gehören Borosilikatgläser (z. B. Duran, Pyrex, Fiolax). ⓘ

Glas dieser Klasse enthält wesentliche Mengen an Boroxiden, Aluminiumoxiden und Erdalkalioxiden. Durch seine Zusammensetzung hat Neutralglas eine hohe Beständigkeit gegen Temperaturschocks und die höchste hydrolytische Beständigkeit. Gegenüber sauren und neutralen Lösungen weist es eine hohe chemische Beständigkeit auf, gegenüber alkalischen Lösungen wegen seines geringen Alkaligehalts. ⓘ

Hydrolytische Klasse 2 (Typ II): Diese Klasse enthält in der Regel Natriumsilikatgläser, die durch Oberflächenveredelung eine hohe hydrolytische Beständigkeit aufweisen. Natriumsilikatglas ist ein Silikatglas, das Alkali- und Erdalkalioxide und vor allem Natriumoxid und Calciumoxid enthält. ⓘ

Hydrolytische Klasse 3 (Typ III): Glas der 3. hydrolytischen Klasse enthält in der Regel Natriumsilikatgläser und hat eine mittlere hydrolytische Beständigkeit, die doppelt so schlecht ist wie die von Typ-1-Gläsern. ⓘ

Die saure Klasse DIN 12116 und die alkalische Klasse DIN 52322 (ISO 695) sind von der hydrolytischen Klasse DIN 12111 (ISO 719) zu unterscheiden. ⓘ

Chemie

In der Chemie bezeichnet Korrosion die chemische Reaktion oder eine elektrochemische Reaktion eines meist metallischen Werkstoffes mit Stoffen aus seiner Umgebung in einem Korrosionselement, wobei eine messbare Veränderung am Werkstoff eintritt, meist eine Änderung der Farbe sowie oft eine negative Veränderung der sonstigen Oberflächeneigenschaften. In bestimmten Fällen kommt es zu einer Massenzunahme am Metall. ⓘ

Hauptarten der chemischen Korrosion sind dabei:

• Anlaufen von Silber unter Bildung von Silbersulfid
• Bakterielle anaerobe Korrosion
• Glaskorrosion
• Patinabildung bei Kupfer
• Rost­bildung bei Eisen bzw. allgemeiner Sauerstoffkorrosion
• Wasserstoffkorrosion (Säurekorrosion)
• Wasserstoffversprödung ⓘ

Die wichtigste elektrochemische Korrosion ist die Bimetallkorrosion beim Kontakt unterschiedlicher Metalle. ⓘ

Korrosion (Beispiele)

• 

  Unpoliertes Tafelsilber mit Silbersulfidbelegung

• 

  Korrosion von Kupfer

• 

  Ein stark angerosteter Träger einer genieteten Stahlbrücke

• 

  Angerostete Verriegelung eines Containers

• 

  Korrodierter Stahlträger ⓘ

Technik

Definition

Der Begriff der Korrosion ist in der DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) wie folgt definiert: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt (Korrosionserscheinung) und zur Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteiles oder eines ganzen Systems (Korrosionsschaden) führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“ ⓘ

Korrosionsrate

Die Korrosionsrate oder Abtragsrate gibt die Geschwindigkeit der Materialveränderung bzw. des Materialabtrags an. Sie wird in Millimeter je Jahr (mm/a), im angelsächsischen Bereich in mils/year (tausendstel Inch je Jahr) angegeben. Unter standardisierten Bedingungen charakterisiert sie bei metallischen Werkstoffen die Anfälligkeit für Korrosion. Die Korrosionsrate hängt von den Konzentrationen der beteiligten Stoffe (beispielsweise Sauerstoff, Wasser, Chlor), dem pH-Wert, der Temperatur und weiteren Parametern ab. Je nach Bedingungen treten zudem unterschiedliche Formen der Korrosion auf. ⓘ

Die Korrosionsrate kann im Bereich von mehreren Größenordnungen schwanken. Die meisten Angaben sind daher nur als grobe Richtwerte zu sehen. Für rostfreie Stähle liegt die Rate bei unter 0,001 mm/Jahr, bei Aluminium im einstelligen Tausendstel Bereich und bei niedrig legierten Stählen im Bereich von mehreren Zehntel Millimetern pro Jahr. ⓘ

Die Messung der Korrosionsrate muss für eine gute Vergleichbarkeit nach dem jeweiligen Standard für eine Anwendung geschehen. Für die Messung an Bauteilen von wenigen Millimetern Größe werden häufig elektrochemische oder Tomografieverfahren verwendet. ⓘ

Korrosive Mittel

Sind die Stoffe, die das Bauteil umgeben, auf den Werkstoff einwirken und die Korrosion verursachen, z. B. die Raumluft, Freiluftatmosphäre mit oder ohne Industrieverschmutzung, Meeres-Atmosphäre, Süß- und Salzwasser, Erdboden oder Chemikalien. ⓘ

Arten der Korrosion

Initiierung der Lochkorrosion ⓘ

Hochtemperatur-Schwefelkorrosion an einem 12 CrMo 19 5 PI-Stutzen ⓘ

Korrosionsarten werden nach Material, Ursache und Erscheinungsbild unterschieden. Die Norm definiert 37 verschiedene Korrosionsarten. ⓘ

In der Technik werden neben werkstoffbasierter Korrosion weitere Arten der Korrosion anhand des Ortes ihres Auftretens unterschieden:

• Kontaktkorrosion kann auftreten, wenn zwei Metalle mit unterschiedlichen Potentialen leitend miteinander verbunden werden.
• Lochfraßkorrosion
• Muldenkorrosion
• Flächenkorrosion
• Spannungsrisskorrosion
• Schwingungsrisskorrosion
• Spaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Messerlinienkorrosion
• Erosionskorrosion
• Unterwanderungskorrosion
• Streustromkorrosion ⓘ

Andere Arten der Korrosion:

• Filiformkorrosion
• Hochtemperaturkorrosion ⓘ

Bauten: Korrosion von Gestein

In der Geologie ist Korrosion die zersetzende chemische Verwitterung von Gesteinen durch verschiedene in Wasser gelöste Agentien (siehe auch → Mischungskorrosion). Auch bei Bauten tritt eine solche Korrosion auf, dort oft Steinfraß genannt. Wie das Wort Verwitterung andeutet, spielt dabei die Witterung oder vielmehr das regionale Klima eine große Rolle. Durch konstruktive Maßnahmen kann Korrosion an steinernen Bauteilen verringert werden, z. B. durch

• Verwendung solider Materialien,
• Tropfkanten,
• überstehende Dachkanten zum Schutz der Fassaden,
• Pflege,
• Vermeidung von Bewuchs,
• Vorbeugung von Hochwasser- und Grundwasser­schäden,
• Vermeidung von Baumbepflanzung oberhalb von Abwasserleitungen. ⓘ

Medizin: Korrosion von Gewebe

In der Medizin versteht man unter „Korrosion“ die Zerstörung von tierischem Gewebe, die durch eine Entzündung oder ätzende Mittel hervorgerufen wird. ⓘ

Andererseits spielt auch die Korrosion von Metallen in der Implantologie und der Zahnmedizin eine Rolle. Korrosionsprodukte als Verbindungen oder Ionen können bioaktive (z. B. Magnesium oder Calcium) aber auch allergene (z. B. Nickel) oder pathologische Effekte haben. Das vielseitige klinische Erscheinungsbild wird als Metallose bezeichnet und ist in den Anfängen meist symptomlos. ⓘ

Schaupräparate zum Studium der Anatomie werden mitunter durch Korrosion hergestellt. ⓘ