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introduction to corrosion in general and in special of steel
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Versuchsanleitung zur
Korrosion
im Rahmen des
Materialwissenschaftlichen Praktikums
am Lehrstuhl fr Experimentalphysik I
der Universitt Augsburg
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 2
Gliederung A. Theorieteil
1. Was bedeutet Korrosion? .............................................................................A 3
2. Korrosion in heien Gasen ..............................................................................A 4
2.1. Ablauf der Reaktion..............................................................................A 4
2.2. Reaktionsgeschwindigkeit ....................................................................A 5
3. elektrochemische Korrosion............................................................................A 8
3.1. Thermodynamik und elektrochemische Spannungsreihe .....................A 8
3.1.1. Die Nernstsche Gleichung ..............................................................A 9
3.1.2. Pourbaix-Diagramm........................................................................A 11
3.2. Reaktionsgeschwindigkeit ....................................................................A 14
3.2.1. Die Faradayschen Gesetze ..............................................................A 14
3.2.2. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt .....................................A 14
3.2.3. Passivierung ....................................................................................A 19
3.3. Das Belftungselement .........................................................................A 22
3.4. Rosten von Eisen nach dem Modell von Evans ....................................A 23
3.5. Korrosionsreaktionen............................................................................A 24
3.6. Korrosionsformen .................................................................................A 25
4. Korrosionsschutz .............................................................................................A 28
4.1. Schutz durch berzge und Beschichtungen........................................A 28
4.2. kathodischer Schutz ..............................................................................A 29
4.3. anodischer Schutz .................................................................................A 30
5. Literatur ...........................................................................................................A 31
B. Versuchsanleitung
I. Die Messmethode ................................................................................................B 1
II. Versuchsaufbau und Durchfhrung....................................................................B 2
III. Das Protokoll.....................................................................................................B 7
Anhang: Bedienungsanleitung des Potentiostaten
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 3
1. Was bedeutet Korrosion?
Aus der Alltagserfahrung kommen werden mit diesem Wort hauptschlich Roststellen
z.B. am Auto oder Kontakte, die nicht mehr schlieen, weil sie korrodiert sind, in
Verbindung gebracht.
Wir wissen vielleicht, dass es Gegenstnde aus Stahl gibt, die blitzblank bleiben, whrend
die Karosserie des alten Autos fast zerfllt, und unter dem Lack von dem glnzenden
Metall nur noch ein brsliges, rtlich-braunes Material brig bleibt.
Laut DIN 50900 Teil 1 ist
Korrosion die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine
messbare Vernderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeintrchtigung der
Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems fhren kann. In den
meisten Fllen ist die Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fllen kann sie
chemischer oder metallphysikalischer Natur sein. ((3), Teil 4 Kapitel 2.1 Seite 4)
Diese Definition deutet bereits an, dass sich hinter dem Begriff Korrosion weit mehr als
das jedem bekannte Rosten verbirgt.
Hufig wird der Begriff Korrosion auch auf nicht-metallische Werkstoffe ausgedehnt,
also z.B. auf Kunststoffe, das soll aber hier nicht betrachtet werden.
Nun werden auftretende Formen von Korrosion nach verschiedenen Gesichtspunkten
untergliedert:
Ist der Vorgang chemischer
elektrochemischer
physikalischer oder
biologischer Natur?
Findet die Reaktion unter Beteiligung eines Elektrolyten oder nur als Reaktion mit einem
Gas statt?
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 4
Wird der Werkstoff mechanisch beansprucht (Zug, Schwingung oder Reibung) oder
korrodiert er ohne Beanspruchung?
Wird die Oberflche gleichmig angegriffen oder findet die Korrosion lokalisiert auf
Lcher, Kontaktstellen oder hnlichem statt?
Dies alles sind Kriterien, die wesentlich den Korrosionsvorgang oder die Art des Angriffs
betreffen.
2. Korrosion in heien Gasen
Damit ist die Korrosion ohne Anwesenheit eines Elektrolyten gemeint. Das Metall
reagiert direkt mit einem umgebenden, trockenen Gas. Im Folgenden wird nur die
Reaktion mit Sauerstoff beschrieben, es gab auch Untersuchungen zur Reaktion mit Jod
oder Schwefel. Auch die Anwesenheit von Wasserstoff fhrt zu Korrosion, allerdings ist
das ein vllig anderer Mechanismus, der nicht zur Verzunderung zu zhlen ist.
2.1 Ablauf der Reaktion
Zuerst werden sich an der Oberflche einige Sauerstoff-Atome anlagern und mit dem
Metall reagieren, bis eine monomolekulare Schicht aus Oxid entstanden ist. Ab diesem
Moment mssen entweder Sauerstoff-Ionen durch die Oxidschicht zum Metall wandern
oder umgekehrt, Metall-Ionen durch die Schicht nach auen zum Gas. Welche Ionen nun
wandern hngt vom Oxid und dessen Gitterstruktur ab. In den meisten Fllen ist die
Zusammensetzung der Schicht nicht genau stchiometrisch, das heit, es gibt einen
Metall- oder Sauerstoffberschuss. Dadurch verhlt sich das Oxid wie ein Halbleiter, und
es wird mglich, dass Ionen transportiert werden.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 5
2.2 Reaktionsgeschwindigkeit
Die wichtigste der Korrosionsgren ist die Korrosionsgeschwindigkeit. Das ist nichts
anderes als die Reaktionsgeschwindigkeit der Korrosionsreaktion. Nun hngt es von der
Art der Reaktion ab, wie man diese bestimmen kann.
Bei der Verzunderung bildet sich meist eine mit der Zeit immer dickere Schicht aus
Reaktionsprodukten auf der Metalloberflche (flssige oder gasfrmige
Reaktionsprodukte sind eher selten), so dass die Masse des korrodierenden Werkstcks
zunimmt (in dem Reaktionsprodukt wird ja das umgebende Gas mit eingebaut).
Kennt man nun die Zusammensetzung der Schicht, so kann man aus der Massenzunahme
auf die Menge des korrodierten Materials schlieen.
Um theoretische Aussagen ber die Reaktionsgeschwindigkeit treffen zu knnen,
betrachtet man meist die Schichtdicke und deren Zunahme. Aus der Dichte ?, der
korrodierten Flche A, der stchiometrischen Zusammensetzung und den molaren Massen
des Metalls und des Reaktionsprodukts und der Schichtdicke y kann man auf die
Massenzunahme schlieen.
Geht man von der Annahme aus, dass das Schichtdickenwachstum proportional zur
bereits vorhandenen Schichtdicke ist (Diese Annahme ist sinnvoll und beruht darauf, dass
die Reaktionsgeschwindigkeit von dem Stofftransport durch die Schicht bestimmt wird.
Dieser geht natrlich umso langsamer vor sich, je dicker die Schicht bereits ist.), kann
man bereits ein einfaches Gesetz herleiten:
tkyyk
dtdy
== '22
tkAm
=
D
2
(parabolisches Zeitgesetz)
k ist die parabolische Zunderkonstante, es konnte nachgewiesen werden, dass sie mit der
elektrischen Leitfhigkeit zusammenhngt.
Dieses Gesetz gilt bei Temperaturen ab ca. 450C, und fast immer dann, wenn das
Molvolumen des Oxids grer ist als das des Metalls, was bei den meisten
Schwermetallen der Fall ist.
Abweichungen davon haben meist eine der folgenden Ursachen:
Steht die Schicht (z. B. weil das Oxid an der Phasengrenze zwischen Metall und
Oxid gebildet wird) unter mechanischen Spannungen, wird sie immer wieder
abplatzen, so dass nicht von einem kontinuierlichen Schichtwachstum gesprochen
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 6
werden kann, nherungsweise wird durch stndigen Wechsel von Wachstum und
Abplatzen die Korrosion linear mit der Zeit fortschreiten (Break-Away-
Oxydation).
Eine sehr porse Oxidschicht, wie sie hufig bei Alkali- oder Erdalkalimetallen
entsteht (meist ist hier das Molvolumen des Oxids kleiner als das des Metalls),
verhindert den Kontakt des Sauerstoffs mit dem Metall nicht in der Form wie eine
feste Deckschicht, so dass das Wachstum schneller vonstatten geht, die
Massenzunahme kann hier ebenfalls linear mit der Zeit stattfinden.
Viele Metalle besitzen unterschiedliche Oxidationsstufen, wie zum Beispiel Eisen,
in dessen Zunderschicht (ab 570C, von innen nach auen) FeO, Fe304, Fe203
vorkommen.
Durch das Wandern von Kationen nach auen entstehen Hohlrume an der Grenze
zwischen Metall und Oxid, die ein weiteres Wandern der Ionen verhindern. Das
fhrt zu einer Verlangsamung des Schichtwachstums bis zum vlligen Stillstand.
Die Oberflchenbeschaffenheit (Form, Rauhigkeit, Verschmutzung) hat
ebenfalls Einfluss auf die Haltbarkeit der entstehenden Schicht und auf die
Entstehung von Hohlrumen.
Bercksichtigt man die Entstehung solcher Hohlrume, so kommt man zu einem
logarithmischen Wachstumsgesetz:
''k und a sind wieder Konstanten.
Es ist nicht mglich, allein von der Affinitt eines Metalls zu einem umgebenden Gas
(ergibt sich aus der Thermodynamik) auf die Reaktionsgeschwindigkeit zu schlieen, da
die Reaktion durch die Diffusion bestimmt ist.
So bildet Aluminium eine fest haftende, gut schtzende Oxidschicht (Al2O3), die die
Korrosion nach kurzer Zeit zum Stillstand bringt, ebenso Chrom (Cr2O3).
Um diese Unterschiede im Verhalten erklren zu knnen, ist es ntig, die
Transportvorgnge im Inneren der Deckschicht zu betrachten. Zum Wachstum mssen
entweder Metallionen nach auen zum umgebenden Gas oder umgekehrt Gasionen nach
innen zum Metall transportiert werden.
Die wenigsten Deckschichten sind exakt stchiometrisch, das bedeutet, ihre wahre
Stoffzusammensetzung weicht leicht von der formelmigen ab, so dass entweder ein
)1log('' +=D
atkAm
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 7
Metall- (also Kationen-)berschuss oder Unterschuss auftritt. Auf diese Weise erhlt die
Deckschicht Halbleitereigenschaften, die einen Ionentransport berhaupt erst
ermglichen.
Ein Beispiel ist die Oxidschicht von Kupfer, die aus Kupfer(I)-oxid (Cu2O) besteht. Real
sind hier aber einige der Kationengitterpltze unbesetzt. Um elektrische Neutralitt zu
erhalten, sind entsprechend viele Kupfer(I)- ionen durch Kupfer(II)-ionen ersetzt. Es
knnen ber die Gitterfehlstellen nun Kupferionen und Elektronen nach auen zur
Phasengrenze zwischen Kupfer und Sauerstoff, wo die Oxidation stattfindet, wandern.
Bei Eisen herrschen vermutlich beide Transportrichtungen vor. Die Oxidschicht bei
Aluminium ist nicht elektronenleitend, was ein weiterer Grund dafr ist, dass ihr
Wachstum sehr schnell zum Stillstand kommt.
Zudem muss unterschieden werden, inwiefern ein Werkstck mechanisch beansprucht
wird, da durch Biegen und Dehnungen eigentlich feste Deckschichten ebenfalls abplatzen
knnen und ihre schtzende Eigenschaft so verloren geht.
Im Rahmen des Korrosionsschutzes ist ein logarithmisches Schichtwachstum eher
erwnscht als ein parabolisches, einerseits, um den Verlust durch die Korrosion gering zu
halten, andererseits, da Schichten bei logarithmischem Wachstum weniger dick sind.
Dicke Schichten reien unter mechanischer Beanspruchung (auch schon mechanische
Spannung aufgrund von unterschiedlicher Wrmeausdehnung von Metall und Oxid)
leichter als Dnne. Gute Dienste erweisen hier Legierungen, ab bekanntesten wohl die
Chrom-Nickel-Sthle. Eine theoretische Begrndung, weshalb das Zulegieren von Chrom
oder Nickel ein logarithmisches Verzunderungsverhalten erzeugt, ist, dass die
Legierungsatome mathematisch wie Hohlrume, die die Ionenwanderung behindern,
betrachtet werden knnen, und so ein logarithmisches Wachstumsgesetz gilt.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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3. Elektrochemische Korrosion
Wieso werden manche Ngel irgendwann rostig, whrend Besteck aus Edelstahl blank
bleibt? Und warum luft Silberbesteck schwarz an, whrend Schmuck aus Gold sich gar
nicht verndert? Was bedeutet es, wenn ein Metall als edel bezeichnet wird?
3.1 Thermodynamik und elektrochemische Spannungsreihe
Ein System ist dann stabil, wenn es sich in einem energetisch gnstigen Zustand befindet.
Jedes System in der Natur strebt so einen Zustand an. Wenn also Eisen an Luft nicht
bestndig is t, bedeutet das, dass der korrodierte Zustand im Vergleich zum Zustand
metallisches Eisen der energetisch gnstigere ist.
Genauer msste bei korrodierenden Systemen die Enthalpie
h = u + pV
beziehungsweise deren nderung betrachtet werden, und nicht die innere Energie u. Da
aber bei Korrosionsvorgngen meist ein konstanter Druck angenommen wird, besteht der
Unterschied nur in der Volumenarbeit, und diese kann vernachlssigt werden
(s. Aufgabe 1).
Die zweite Gre, die das Verhalten eines Systems beeinflusst, ist die Entropie s, eine
thermodynamische Gre, die in geordneten Systemen wie Kristallen klein ist, in
ungeordneten Systemen wie Schmelzen gro. Jedes System in der Natur strebt danach, die
Entropie zu erhhen.
Um den Einfluss beider Gren (h und s) beschreiben zu knnen, wurde die Gibbs-
Energie (oder auch freie Enthalpie) g eingefhrt:
Tshg -=
mit
sThg D-D=D
(bei konstanter Temperatur T)
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 9
Damit eine Reaktion spontan abluft, muss g kleiner werden, also ?g < 0 sein. Daraus
folgt, dass g bei einem stabilen System ein lokales Minimum aufweist.
3.1.1 Die Nernstsche Gleichung
Bringt man ein Stck Metall in einen Elektrolyten, so gehen bis zu einem gewissen Punkt
Metallionen in Lsung. Es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein:
MeneMen + -+
Es entsteht eine Einfachelektrode.
Um Energienderungen betrachten zu knnen, mssen die molaren chemischen Energien
der beteiligten Reaktionspartner bekannt sein.
Fr einen festen Stoff i betrgt die molare chemische Energie 00i
0ii(T) STH= -
wobei 0iH und 0iS die Standardwerte bei T = 298K und p = 1bar sind, die hier verwendet
werden knnen, da H und S bei festen Stoffen nahezu druck- und temperaturunabhngig
sind.
Fr Gase ist die Entropie druckabhngig, es gilt i0ii pRS=S ln- , somit ergibt sich fr
die molare chemische Energie
i0ii(T) lnpRT= +
0
ip meint bei Gasgemischen den Partialdruck des betrachteten Gases i.
Fr gelste Stoffe ist analog die Konzentration (genauer wre die Aktivitt, aber der
entstehende Fehler ist meist vernachlssigbar) mageblich, so dass gilt:
i0ii(T) lncRT= +
Somit ergibt sich fr die nderung der Energie bei der Auflsung eines Mols Metall:
][ ++ +-n0
Me(s)nMeMelnRT?G=(aq)=?G
0?G ist der Wert der Energienderung bei Standardbedingungen und kann in Tabellen
nachgeschlagen werden. Die Reaktion verluft solange spontan, wie ?G negativ ist, und
kommt zum Stillstand, sobald es Null wird.
Dafr muss gelten: [ ] RT?G
e=MeMeRT=?G
0
nn0-
++ - ]ln[ .
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 10
Das ist die so genannte Gleichgewichtskonzentration fr dieses Metall, das heit, dass das
System bei dieser Konzentration stabil ist.
Dadurch, dass stndig positiv geladene Ionen in Lsung gehen, und im Metall selber die
Elektronen zurckbleiben, ldt sich das Metall negativ auf, solange, bis die positiven
Ionen aufgrund der Coulomb-Anziehung das Metall nicht mehr verlassen knnen. Es baut
sich eine elektrische Spannung U (oft wird statt U auch E fr das elektrische Potenzial
geschrieben) auf. Die Energie, die in diesem elektrischen Feld steckt, kommt aus der
chemischen Energienderung GD ; es besteht der Zusammenhang:
nFU=?G -
n ist die Wertigkeit der gelsten Ionen, so dass nF die Ladung ist, die geflossen ist, bis
sich das Gleichgewicht eingestellt hat; F ist die Faraday-Konstante (siehe Kap. 3.2.1)
Somit ergibt sich als Formel fr die Spannung:
]ln[ +- n0 MenFRT
U=U
Allgemein fr eine chemische Redoxreaktion qQpPnebBaA +++ - :
[ ] [ ][ ] [ ]
+
qp
ba0
QP
BAnFRT
U=U ln
Das ist die Nernstsche Potenzialgleichung.
Leider lsst sich die entstehende elektrische Spannung immer nur messen, wenn zwei
Elektroden vorliegen, also zum Beispiel ein Stck Kupfer und ein Stck Eisen in einem
Elektrolyten, die zusammen eine elektrochemische Zelle ergeben, und nicht bei einem
einzelnen Stck Metall, da ein Bezugspotenzial fehlen wrde. Deshalb wurde willkrlich
als Bezugselektrode die Standardwasserstoffelektrode (ein inertes Metall, meist Platin, in
Elektrolyten mit pH=0 wird mit Wasserstoff begast, es findet die Reaktion
222 HeH =+-+ statt) gewhlt, d.h. ihr Potenzial U0 als gleich null definiert. Tabelliert
man nun das Potenzial eines jeden Metalls gegenber der Standardwasserstoffelektrode
(die betrachtete Reaktion ist dann: MenHMeHn n +=+ ++22
), so erhlt man die
elektrochemische Spannungsreihe. Metalle mit positivem Potenzial gegenber H/H+
werden als edel bezeichnet, solche mit negativem Potenzial als unedel.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 11
Diese Bezeichnungen werden auch in vergleichender Weise benutzt; so ist zum Beispiel
Eisen edler als Zink, Kupfer edler als Eisen, Gold edler als Kupfer.
3.1.2 Pourbaix-Diagramme
Prinzipiell kann jedes Redox-System wie eine Elektrode angesehen werden und so das
Verhalten dieses Systems theoretisch betrachtet werden. Eine hufige Reaktion ist die
Sauerstoffreduktion: -- ++ OHeOHO 442 22 mit =
0E 0,401V
Mittels der Nernstschen Gleichung kann man nun das Redoxpotenzial berechnen:
]lg[059,0lg4
059,0401,0
][ln
4 22
40 -
--+=+= OHVp
VV
OH
p
FRT
UU OO
Da 1410][][ -+- = HOH und pH = - lg[H+], folgt:
)14(059,0lg4
059,0401,0
2--+= pHVp
VVU O
Somit ergeben sich Geraden, wenn man das Potenzial ber den pH-Wert auftrgt.
Beispiel: vereinfachtes Pourbaix-Diagramm fr Wasser
Hier sind folgende Reaktionen zu betrachten:
(a) OHeHO 22 244 =++-+
Nernstsche Gleichung: 40 )()( ][lg4059,0
2
++= HpUU Oaa
fr 2O
p =1bar: pHU a 059,0228,1)( -=
(b) 222 HeH =+-+
Nernstsche Gleichung: pHHpUU Haa 0059,00][lg059,0 20
)()( -=-=+ fr =
2Hp 1bar.
(1) -+ += OHHOH 2
Die zugehrige Gerade ist eine Senkrechte, da die Reaktion potenzialunabhngig ist.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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So ergeben sich eine senkrechte Gerade und zwei parallele, schrg verlaufende im
Pourbaix-Diagramm. Was bedeuten diese Geraden?
Eine Reaktion findet in die betrachtete Richtung statt (hier immer von links nach rechts),
wenn das Potenzial kleiner als das Gleichgewichtspotenzial ist, bei einem hheren
Potenzial luft die Reaktion in die Gegenrichtung ab. Daraus lassen sich nun im Pourbaix-
Diagramm Bereiche erkennen, in denen eine gewisse Verbindung stabil ist hier: Wasser,
das zwischen den beiden Geraden (a) und (b) stabil ist. Wrde eine Situation mit einem
Potenzial von 1V und einem pH-Wert von12 vorliegen, dann wrde die Reaktion (a)
rckwrts ablaufen, das heit, es wrden Protonen und Sauerstoff entstehen. Das htte
zur Folge, dass sich das System auf die Gleichgewichtslinie zu bewegt, was ja aus den
Gesetzen der Thermodynamik nicht weiter verwundert.
Der Sinn dieser Diagramme wird wahrscheinlich klarer, wenn man als weiteres Beispiel
das Pourbaix-Diagramm fr Eisen in Wasser bei 25C betrachtet.
Abbildung 1: vereinfachtes Pourbaix-Diagramm
von Wasser bei 25C [1 GE]
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 13
Abbildung 2: Pourbaix-Diagramm fr Eisen in Wasser [1GE]
Es lsst sich ablesen, unter welchen Bedingungen das Eisen immun, also chemisch stabil
ist, und in welchen Bereichen das Eisen in Lsung oder als (festes)Oxid vorliegen wird,
und eben hier liegt die groe Bedeutung fr die Korrosionsuntersuchungen.
Es ist eine einfache Orientierung mglich, ob das Material unter gewissen Bedingungen
unangegriffen bleibt oder Korrosion stattfindet. Welche Korrosionseaktionen mit welchen
Produkten sind mglich?
Leider erlauben diese Diagramme nur einen groben berblick darber, unter welchen
Bedingungen welche Verbindung laut den Gesetzen der Thermodynamik stabil sein
knnte, welche Reaktionen mglich sind. Allerdings gibt allein die Thermodynamik noch
keine Auskunft ber die tatschliche Geschwindigkeit der Reaktionen.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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3.2 Reaktionsgeschwindigkeit
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist auch hier definiert als die Masse an Material, die pro
Zeit reagiert. Tatschlich gemessen und untersucht wird jedoch der Strom, der zwischen
zwei Elektroden fliet, beziehungsweise die Stromdichte. Dabei wird die Elektrode, die
auf hherem Potenzial liegt zur Anode, die auf niedrigerem zur Kathode. Betrachtet
werden nun die entstehenden Strme von und zu den Elektroden hin. Den Zusammenhang
zwischen den Gren umgesetzte Masse und Strom liefern
3.2.1 Die Faradayschen Gesetze
Das erste besagt, dass die in einer elektrochemischen Zelle umgesetzte Stoffmenge
proportional der umgesetzten Ladung ist, also: Qn
Das zweite Gesetz lautet:
Die pro Mol umgesetzte Ladungsmenge eines einwertigen Stoffes betrgt 96353,6 As.
Damit ist die Faraday-Konstante F definiert als
AsNeF A 6,96353==
mit NA = Avogadrokonstante, e = Elementarladung.
Es folgt also fr die pro Zeit umgesetzte Masse: Fz
MItm
=DD 0 , wobei I der flieende
Strom, M0 die molare Masse und z die Wertigkeit des untersuchten Materials ist.
3.2.2 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt
Ist eine Elektrode nicht im Gleichgewicht, so weicht ihr Potenzial vom
Gleichgewichtspotenzial ER ab. Diese Abweichung wird als berspannung ? bezeichnet.
Ist die berspannung negativ, also befindet sich die Elektrode auf einem Potenzial
unterhalb des Gleichgewichts, so fliet berwiegend ein negativer (kathodischer) Strom,
ansonsten berwiegt ein positiver (anodischer) Strom. Die berspannung kann daher
rhren, dass die Elektrode mit einer anderen zu einem elektrochemischen Element
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 15
kombiniert wurde, oder in einer Schaltung knstlich eine bestimmte Spannung angelegt
wird.
Da der flieende Strom umso grer ist, je grer die korrodierende Flche ist, hat es
sich, um den Einfluss der Flche auszuschalten, als sinnvoll erwiesen, grundstzlich die
Stromdichte, die sich als Quotient aus Strom und Elektrodenflche ergibt, zu betrachten.
Der flieende Strom kommt dadurch zustande, dass Ionen sich aus dem Anodenmaterial
lsen, also in den Elektrolyten bertreten und durch den Elektrolyten zur Kathode
wandern (Diffusion). Die Geschwindigkeit des langsameren dieser Schritte macht die
Geschwindigkeit der Reaktion aus.
So ergeben sich zwei Flle:
a) Durchtritt vom Anodenmaterial in den Elektrolyten als
geschwindigkeitsbestimmender Schritt oder
b) Diffusion als geschwindigkeitsbestimmender Schritt.
zu a) Die Geschwindigkeit des bertritts von Ionen aus dem Elektrodenmaterial in den
Elektrolyten gehorcht dem Arrhenius-Gesetz: RTE A
ekk-
= 0 , wobei EA die
Aktivierungsenergie des betrachteten Vorgangs ist, in diesem Fall hngt EA mit dem
elektrischen Feld zusammen. Es lsst sich zeigen dass fr die Stromdichten an einer
Elektrode folgendes gilt:
anodische Stromdichte: RTnF
a eiiha
= 0
kathodische Stromdichte: RTnF
k eiiha )1(
0
--
-=
i0 ist die so genannte Austauschstromdichte, n ist die Wertigkeit der jeweils flieenden
Ladungen. Am Gleichgewichtspotenzial findet die Elektrodenreaktion in beide
Richtungen gleich schnell statt, so dass von auen gesehen gar kein Strom fliet. Die
anodische und kathodische Stromdichte sind in diesem Fall also genau gleich gro, es gilt
ka iii -==0 . Die Konstante a wird als Durchtrittsfaktor bezeichnet, es gilt ]1;0[a ,
meist ist a jedoch ungefhr 0,5.
Somit ergibt sich fr die Gesamtstromdichte ][)1(
0RT
nFRTnF
ka eeiiiihaha -
--=+= .
Im Bereich des Gleichgewichtspotenzials, also fr V01,0
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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hRTnF
ii 0= , der Quotient nFRTi
r 0= wird als Polarisationswiderstand bezeichnet.
In Abbildung 1 sind ia und ik gegen die berspannung ? aufgetragen, ebenso die Summe
i, und die lineare Nherung im Bereich von ER, also ?=0.
Fr groe |?| verschwindet
entweder der anodische oder der
kathodische Anteil, so dass
geschrieben werden kann:
hb += )ln(||ln 0ii (Tafel-
Gleichung) mit RTnFa
b = fr ?>0,
Abbildung 3: Teilstromdichte-Potenzial-Kurve bei
durchtrittsbestimmter Reaktion [1 GE]
Abbildung 4: Tafel-Diagramm .[1 GE]
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 17
und RT
nF)1( ab
--= fr ?
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Elektrodenflche. Die maximale Stromdichte existiert fr c = 0, und wird
Grenzstromdichte d
0cnFDi gr -= genannt.
Den Zusammenhang zwischen Potenzialdifferenz und Konzentrationen liefert die
Nernstsche Gleichung, so dass fr die berspannung ? gilt:
)1ln()ln(0 gri
inFRT
cc
nFRT
-==h .
Es ergibt sich also fr groe berspannungen ein Sttigungswert, die Grenzstromdichte
igr.
All die bisherigen Betrachtungen betrafen die Stromdichten an einer einzelnen Elektrode.
Meist mssen aber zwei zu einem elektrochemischen Element zusammengeschaltete
Elektroden untersucht werden.
Hier berlagern sich dann die jeweils kathodische und anodische Stromdichte der
Einzelelektroden zur jeweiligen Gesamtstromdichte. Da die eine Elektrode zur Anode, die
andere zur Kathode wird, ergeben sich nun wieder, diesmal bezglich der
elektrochemischen Zelle, eine anodische und kathodische Stromdichte ia und ik, die sich
zu der durch die elektrochemische Zelle flieenden Summenstromdichte addieren. Am so
genannten Ruhepotenzial der Zelle erscheint diese nach auen stromlos, das bedeutet,
dass die anodische Stromdichte gleich der kathodischen Stromdichte ist. Es ergeben sich
auf diese Art vier Bereiche:
I) E < ER,a: Hier verlaufen die Reaktionen an beiden Elektroden in kathodische
Richtung, die Stromdichten ia und ik sind beide negativ, deshalb auch die
Gesamtstromdichte i.
E = ER,a: Die Anode befindet sich an ihrem Gleichgewichtspotenzial, das bedeutet, sie
ist stromlos. Da ER,a kleiner ist als ER,k, ist ik negativ, somit auch die
Summenstromdichte i.
II) ER,a < E < Ekorr: Die Reaktion an der Anode luft in anodischer Richtung ab,
die an der Kathode in kathodischer Richtung, allerdings berwiegt noch ik,
deshalb ist i noch negativ.
E = Ekorr: Wie bei II), nur dass hier ik = ia, und somit i = ik + ia = 0. Die Zelle insgesamt
ist stromlos, sie ist im Gleichgewicht. Das ist das Potenzial, dass sich in einer
elektrochemischen Zelle von sich aus einstellt, bei dem auch Korrosionsreaktionen,
wenn sie von auen nicht beeinflusst werden, ablaufen.
III) E0 < E < ER,k: Wie bei II), diesmal ist |ia | < |ik|, und somit i positiv.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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E = ER,k : Die Kathode befindet sich an ihrem Ruhepotenzial, deshalb gilt ik = 0, und
somit i = ia > 0.
IV) E > ER,k: Beide Reaktionen laufen in anodischer Richtung ab, i>0.
Die Abbildung zeigt das Polarisationsdiagramm einer Zelle, in der alle vier
Teilreaktionen durchtrittsbestimmt sind. Natrlich ndert sich die Form des
Diagramms, je nachdem, was der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der vier
Einzelreaktionen ist.
3.2.3. Passivierung
Dieser Effekt ist zum ersten Mal an Eisen in Salpetersure aufgefallen. Bringt man ein
Stck Eisen in verdnnte Salpetersure, so korrodiert es, Eisenionen gehen in Lsung.
Bringt man es in konzentrierte Salpetersure, so hrt die Reaktion nach kurzer Zeit
nahezu vollstndig auf, und das Stck reagiert daraufhin auch nicht mehr in verdnnter
Sure. Die Oberflche ist blank, eine Schutzschicht ist mit dem Auge nicht erkennbar. In
diesem Zustand nennt man ein Metall passiv.
Abbildung 6: Polarisationsdiagramm einer Mischelektrode [1 GE]
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Diesen Zustand kann man auch elektrochemisch erzeugen: Eine Eisenprobe in
Schwefelsure wird als Anode geschaltet, der flieende Strom registriert. Zunchst (1)
steigt der Strom mit dem Potenzial bis zu einer kritischen Stromdichte an, diese wird
allerdings nicht berschritten. Erhht man das Potenzial weiter (2), so wird der Strom
zunchst fallen, um dann selbst bei konstantem Potenzial stark zu schwanken(3), von den
Werten im Bereich der kritischen Stromdichte bis zu Werten, die um zwei bis drei
Grenordnungen kleiner sind. Erst bei weiterer Erhhung des Potenzials stabilisieren
sich die Werte auf sehr kleinem Niveau (4). Eine Korrosion findet in diesem Bereich
eigentlich nicht mehr statt.
Erst wenn das Potenzial den Wert des Gleichgewichtpotenzials E02/ H berschreitet (5),
ist wieder ein wachsender Strom zu registrieren, der sich der Tafel-Gleichung
entsprechend verhlt.
Abbildung 7: Passivierung [2 EV]
Wie kann man diese Vorgnge erklren?
In der Nhe der Probe kommt es bei groen Stromdichten zu einer hohen Konzentration
von Fe2+-Ionen, die mit den Sulfationen Eisen(II)sulfat bilden. Das geht so weit, dass die
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 21
Lsung lokal bersttigt, und Eisen(II)sulfat auskristallisiert. An der Probe lsst sich dies
an einer Mattfrbung erkennen.
Die Kristalle verhindern lokal den Stromfluss, so dass der Strom insgesamt zurckgeht.
Da die Kristallbildung eine gewisse Zeit bentigt, kann man bei einer raschen
Potenzialsteigerung hhere Stromdichten erreichen, als bei langsamer Steigerung. Ab
einem Potenzial von 0,58V ist die Bildung einer Oxidschicht unter den Sulfatkristallen
mglich. Diese Oxidschicht wirkt selbst ebenfalls isolierend, so dass nach deren Bildung
die Stromdichte auf sehr kleine Werte einbricht. Diese Werte sind vermutlich auf eine
langsame Auflsung der Oxidschicht in der Sure zurckzufhren, die immer wieder
erneuert wird.
Die so entstandene Passivschicht wirkt als eine natrliche Korrosionsschutzschicht,
hnlich wie bei der Verzunderung, dort wird die Reaktion ebenfalls immer langsamer, je
dicker die Oxidschicht ist.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
A 22
3.3 Das Belftungselement
An der Nernstschen Gleichung erkennt man, dass das Potenzial eines Metalls in einem
Elektrolyten nicht nur vom Metall, sondern auch vom Elektrolyten und in ihm gelsten
Gasen abhngt. Das bedeutet, dass man aus zwei gleichen Metallen, die in gleichen
Elektrolyt mit unterschiedlichem Sauerstoffpartialdruck getaucht sind (also zum Beispiel
nur Trennung durch ein Diaphragma, die eine Hlfte wird mit Sauerstoff begast, die
andere nicht), ein elektrochemisches Element herstellen kann.
Abbildung 8: Belftungselement nach Evans [2 EV]
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Um diesen Effekt nachzuweisen, hat Evans [EV1] ein solches Belftungselement
nachgebaut, so ist tatschlich eine elektrochemische Zelle entstanden.
In der Praxis tritt die Situation hufig auf, dass ein Teil eines Werkstcks strker dem
Sauerstoff ausgesetzt ist, als ein anderer, z.B. in einer Spalte oder bei der
Tropfenkorrosion. Somit reprsentiert das Belftungselement einen wichtigen
Korrosionsmechanismus.
3.4 Rosten von Eisen nach dem Modell von Evans
Das Rosten von Eisen unter atmosphrischen Bedingungen ist keine Verzunderung, also
keine einfache Reaktion mit den Gasen der Luft. Es konnte nachgewiesen werden, dass
die Luftfeuchtigkeit die Korrosion von Metallstcken mageblich beeinflusst.
Evans hat fr diese Vorgnge ein brauchbares Modell entwickelt. Dem voraus ging die
Beobachtung, dass zwei Eisenplatten, die in Salzlsung tauchen, von denen eine mit
Sauerstoff oder Luft begast wird, ein elektrochemisches Element bilden, wobei die
belftete Platte zur Kathode wird, die unbelftete zur Anode.
Gibt man nun also einen Tropfen Kochsalzlsung auf eine Eisenplatte, so findet in der
Mitte des Tropfens Materialauflsung statt, es entsteht Eisen(II)-chlorid. In der Randzone
des Tropfens entsteht Natriumhydroxid. In einem ringfrmigen Bereich dazwischen bildet
sich aus beiden Produkten gelber Rost.
Mittels eines Ferroxyl-Indikators lassen sich innerhalb des Tropfens anodische Stellen
(blau) und kathodische Stellen (rosa) identifizieren.
Dabei kann zuerst beobachtet werden, dass viele anodische und kathodische Stellen
durcheinander auftreten. Das rhrt daher, dass im Tropfen anfnglich immer eine gewisse
Menge Sauerstoff gelst ist, und so die kathodische Reaktion berall stattfinden kann.
Erst wenn dieser Sauerstoff aufgebraucht ist, bildet sich eine dauerhafte anodische Zone
in der Tropfenmitte aus, und der Randbereich, in den stndig Sauerstoff von auen durch
Diffusion nachgeliefert werden kann, wird zur Kathode.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Abbildung 9: Rosten von Eisen nach dem Modell von Evans [1 GE]
Innerhalb eines Tropfens fliet also nun strahlenfrmig kontinuierlich Ionenstrom. Das
dieser Mechanismus tatschlich so abluft, konnte beeindruckend nachgewiesen werden,
in dem ein Eisenstck mit einem Tropfen in ein starkes Magnetfeld (senkrecht zur
Oberflche) gebracht wurde, woraufhin der Tropfen zu rotieren begann.
3.5 Korrosions reaktionen
Um die Korrosionsvorgnge der elektrochemischen Reaktion einschtzen und
untersuchen zu knnen, muss zunchst klar sein, welche chemischen Reaktionen
stattfinden.
- Korrosion in sauren Lsungen
In sauren Medien tritt die Reaktion MenHMeHn n +=+ ++22
auf, bei edlen Metallen
von links nach rechts, bei unedlen von rechts nach links, das bedeutet, es entsteht
Wasserstoff. Man sagt auch, das Metall korrodiert unter Wasserstoffentwicklung. Im
stark sauren Bereich ist die Wasserstoffentwicklung durchtrittsbestimmt, ebenso wie die
Metallauflsung selbst.
Erst ab pH-Werten ber 4 wird der Transport von Protonen zur Elektrode
geschwindigkeitsbestimmend, da die Konzentration der Protonen geringer ist. Die
Reaktion ist also insgesamt diffusionsbestimmt, und es stellt sich ein Sttigungsstrom
ein.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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- Korrosion in neutralen Lsungen
Sie wird auch Sauerstoffkorrosion genannt, da (bei Anwesenheit von Luftsauerstoff)
an die Stelle der Wasserstoffentwicklung die Reaktion -- ++ OHeO2HO 4422
(Sauerstoffreduktion) als kathodische Reaktion tritt.
Diese Reaktion ist diffusionsbestimmt. Damit wird klar, dass es fr das
Korrosionsverhalten einen groen Unterschied macht, ob das umgebende Wasser
bewegt ist oder nicht. In strmendem Wasser ist die Diffusionsschichtdicke d deutlich
kleiner, somit ist die Grenzstromdichte hher. Da mit der Temperatur der
Diffusionskoeffizient wchst, findet mit steigender Temperatur auch strkere Korrosion
statt.
Hier wird auch klar, warum es ein Unterschied ist, ob ein System betrachtet wird, zu
dem Sauerstoff ungehindert Zutritt hat, oder ob (wie zum Beispiel in einer
Warmwasserheizung) kein Sauerstoff nachgeliefert werden kann.
3.6 Korrosionsformen
Bis jetzt wurde der allgemeine Mechanismus der elektrochemischen Korrosion
behandelt. Fr die Praxis ist jedoch wichtig zu wissen, in welch verschiedenen Formen
sie auftreten kann.
- gleichfrmiger Flchenabtrag
die Oberflche des angegriffen Materials wird an jeder Stelle gleich beschdigt, es
gehen berall Ionen in Lsung
- Lochkorrosion, Lochfra
Die Anodenoberflche wird nicht gleichmig angegriffen, sondern es bilden sich zuerst
kleine Mulden. Durch entstehende Korrosionsprodukte ndert sich der pH-Wert in den
Mulden, der Elektrolyt wird aggressiver, und so schreitet die Korrosion in den Mulden
schneller voran als auf dem Rest der Oberflche. Lochkorrosion richtet, da der Angriff
stark in die Tiefe geht, auf diese Weise gefhrliche Schden an.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Hufig wird die Lochkorrosion auch im Zusammenhang mit Passivdeckschichten
beobachtet. Sobald sich in der Deckschicht eine winzige Beschdigung befindet, wirkt
die Passivschicht als Kathode gegenber dem freiliegenden Material, und es beginnt ein
lokaler starker Angriff an der beschdigten Stelle. Nun hngt es vom Material und vom
umgebenden Elektrolyten ab, ob sich an der lokalen Korrosionsstelle eine neue
Passivschicht ausbildet (man spricht dann von Repassivierung), oder ob die Korrosion
im entstehenden Loch immer weiter fortschreitet.
- Spaltkorrosion
kann berall, wo an einem Bauteil Spalten existieren, auftreten. Der Vorgang ist im
Prinzip der des Belftungselements. Aufgrund des geringeren Elektrolytaustauschs im
Spalt ndern sich die Konzentrationen einzelner Bestandteile, der pH-Wert verschiebt
sich, und so entsteht ein Belftungselement. Durch die fortschreitende Korrosion wird
der Spalt tiefer, und der Effekt verstrkt sich, der Vorgang ist effektiv der gleiche wie
bei der Lochkorrosion.
- selektive Korrosion
tritt bei Materialmischungen wie Legierungen auf. Sie betrifft meist nur einen der
Bestandteile, der Rest bleibt als Gitter stehen.
Abbildung 10: 14,1 t schwerer Meteorit aus Eisen Die Aushhlungen sind durch Lochkorrosion whrend der Zeit auf der Erde entstanden [7 B]
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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- Entzinkung von Messing
Hier wird dem Messing nach und nach das Zink entzogen, das Kupfer bleibt zurck.
Vermutlich betrifft der Korrosionsangriff zunchst beide Legierungskomponenten, das
Kupfer scheidet sich jedoch also edleres Metall wieder ab. Entzinkung findet hufig
unter Ablagerungen statt, weil hier die Zementation des Kupfers durch verringerte
Diffusion erleichtert wird. Hat sich das Kupfer abgeschieden, wird die Entzinkung
beschleunigt, da das Kupfer nun als Kathode wirkt.
- Spongiose
ist eine Korrosionsform des Gusseisens. Das Eisen geht in Lsung, die restlichen
Bestandteile, wie Graphit, bleiben als instabiles Gerst stehen. In sauerstoffreichen
Medien knnten sich an der Oberflche schtzende Oxidschichten bilden, jedoch in
sauerstoffarmen Medien werden die gelsten Ionen nicht weiteroxidiert und der Angriff
schreitet ungehindert fort.
- Spannungsrisskorrosion und Schwingungsrisskorrosion
Diese beiden Korrosionsformen treten bei Werkstcken auf, auf die eine kontinuierliche
Kraft oder wechselnde Krfte wirken.
Sobald sich ein feiner Riss an der Materialoberflche (die meist in einer Form auch
einen Korrosionsschutz darstellt) ausgebildet hat, beginnt das so freigelegte Material zu
korrodieren. Selbst wenn das Material passiviert, und so die Korrosion an dieser Stelle
von sich aus zum Stillstand kommen wrde, geht dort die mechanische Festigkeit
verloren, da sich die Struktur an dieser Stelle verndert hat (Metallatome werden aus
dem Gitter herausgelst!). Somit ist das Material den von auen wirkenden Krften
weniger gewachsen, und am Grund des ursprnglichen Risses bildet sich ein neuer Riss
aus, und der Kreislauf beginnt von neuem. Auf diese Weise knnen sich solche Risse
immer weiter ausbreiten.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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4. Korrosionsschutz
Welche Mglichkeiten gibt es nun, Werkstoffe vor Korrosion zu schtzen?
Grundstzlich hat man die Mglichkeiten, entweder den Zustand des Bauteils so zu
verndern, dass es nicht angegriffen wird oder das umgebende Medium in der Weise, dass
es fr den Werkstoff keine Bedrohung mehr darstellt.
4.1 Schutz durch berzge, Lacke und Inhibitoren
Um zu verhindern dass ein Werkstoff nicht mit der Umgebung reagiert, ist es nahe
liegend, ihn vor dieser Umgebung abzuschirmen.
Das kann mittels Lacken oder Farben geschehen, die eine dichte Schicht, also eine vllige
Abschirmung darstellen, die selber der Umgebung gegenber bestndig ist. Eingesetzt
werden hier chemische Produkte wie z.B. Kunstharze.
Wichtiger Bestandteil solcher Rostschutzfarben sind Pigmente, die eine inhibierende
Wirkung haben, also nicht nur mechanisch schtzen, sondern auch auf chemischem
Wege die Korrosionsreaktionen unwahrscheinlicher machen.
Hufig werden auch Metalle mit einem Film aus einem anderen Metall berzogen.
Mglich sind hier Edelmetalle bzw. Metalle, die laut Spannungsreihe edler sind als das zu
schtzende. Sie reagieren mit der Umgebung kaum, und stellen so einen Schutz dar. Das
groe Problem bei ihrer Verwendung ist, dass sie gegenber dem Werkstoff als Kathode
wirken, d.h. sobald ein winziges Loch (z.B. ein Riss) in der Umhllung entsteht, bildet
sich ein Lokalelement und es beginnt ein zwar lokalisierter, aber dafr sehr starker
Angriff auf das darunter liegende Material, der bis zur Durchlcherung gehen kann.
Eine andere Methode ist, ein unedleres Metall als Schutzschicht aufzubringen, wie z.B.
Aluminium oder Zink. Diese knnen einen kathodischen Schutz (s.u.) bewirken. Da ihre
Oberflche durch eigene Korrosionsprodukte sich selbst schtzt, sind die Materialverluste
eher gering.
Eine andere Herangehensweise ist es, nicht das Werkstck zu verndern, sondern die
Umgebung, um so den Korrosionsangriff zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden
Inhibitoren verwendet, sie bieten sich in Systemen an, in denen der Elektrolyt nicht
stndig ausgetauscht wird (Meerwasser, Seewasser,), sondern in geschlossenen
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Systemen. Hufiges Anwendungsgebiet sind Khlwassersysteme. Beispiele fr
Inhibitoren sind Arsen und Antimon, (sie vermindern die Wasserstoffentwicklung), sowie
eine Reihe von organischen Verbindungen (Chinolin, Thioharnstoff).
4.2 kathodischer Schutz
a) Aus der elektrischen Spannungsreihe geht hervor, dass bei zwei sich berhrenden
Metallen das unedlere in Lsung geht, whrend sich das edlere kaum, bzw., in dem
idealen Fall, dass das entstehende Potenzial unterhalb des Gleichgewichtspotenzial des
edleren Materials liegt, gar nicht auflst. Genau diesen Effekt ntzt man beim
kathodischen Korrosionsschutz aus. Mit dem zu schtzenden Gegenstand wird elektrisch
leitend ein unedleres Metall verbunden. Das zu schtzende Werkstck wird dadurch zur
Kathode in diesem Korrosionselement, das unedlere Metall zur Anode. Es wird zum
Schutz des Werkstcks also geopfert, daher auch die gngige Bezeichnung
Opferanode.
Dieses Verfahren wird bei unterirdischen Leitungen, bei groen Stahlobjekten im Meer
(z.B. Bohrinseln) und auch im Heizungsbau zum Schutz von Stahlkesseln benutzt.
Geeignete Opfermaterialien (zum Schutz von Stahl) sind hier Magnesium, Zink,
Aluminium oder Legierung aus diesen Dreien. Zum Schutz von Kupferteilen wird auch
Eisen verwendet.
b) Natrlich ist es auch mglich, ein Werkstck mittels einer ueren Spannungsquelle
zur Kathode zu machen. Mgliche Anodenmaterialien sind hier unter anderen Stahlschrott
(lst sich zwar verhltnismig schnell auf, ist aber billig), Grafit oder platiniertes Titan,
dieses hat als inertes Material den Vorteil, dass der Verbrauch vernachlssigbar ist, somit
eine lange Lebensdauer hat.
Das Problem beim kathodischen Schutz allgemein ist, dass das gesamte zu schtzende
Werkstck sich auf dem notwendigen Potenzial befinden muss. Dabei spielt die Form des
Bauteils eine wesentliche Rolle.
Meistens wird dieses Schutzverfahren kombiniert mit isolierenden Beschichtungen, um
den flieenden Strom zu begrenzen. Durch den kathodischen Schutz werden Stellen mit
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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Beschdigungen in der Schutzschicht besonders geschtzt (Vermeidung von besonders
starken lokalen Angriffen!).
4.3 anodischer Schutz
Wie wir wissen, bilden Werkstoffe unter geeigneten Bedingungen eine schtzende
Passivschicht auf der Oberflche aus. Natrlich kann dieser Vorgang zum
Korrosionsschutz gezielt eingesetzt werden, man lsst durch anodisches Polarisieren eine
Oxidschicht an der Oberflche entstehen, die dicker und dichter ist als eine Passivschicht,
und somit wesentlich bestndiger gegenber mechanischer Beanspruchung. Ein bekanntes
Beispiel ist das Eloxieren von Aluminium. Problematisch ist hier, dass eine Beschdigung
der Schutzschicht in sauren oder alkalischen Medien an den beschdigten Stellen zu
starker Korrosion fhrt, da die Schutzschicht hufig gegenber dem Material selber
kathodisch ist, und sich somit Lokalelemente ausbilden.
Materialwissenschaftliches Praktikum Korrosion
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5. Literatur
1. [1 GE]
P.J. Gellings: Korrosion und Korrosionsschutz von Metallen Eine Einfhrung
Hanser, 1981
2. [2 EV]
Ulick R. Evans: Einfhrung in die Korrosion der Metalle, 2. Auflage 1965, Verlag
Chemie
3. [3 KA]
Helmut Kaesche: Die Korrosion der Metalle, Auflage 1990, Springer-Verlag
4. [4 HE]
E. Heitz, R. Henkhaus, A. Rahmel: Korrosionskunde im Experiment, VCH
Weinheim, zweite Auflage, 1990
5. [5 RA]
Rahmel, Schwenk: Korrosion und Korrosionsschutz von Sthlen
6. [6 AT]
Peter W. Atkins: Einfhrung in die Physikalische Chemie, VCH
Verlagsgesellschaft
7. [7 B]
Rolf W. Bhler
Meteorite
Urmaterie aus dem interplanetaren Raum, Weltbild Verlag 1992
eine sehr schne und umfassende Seite zur Korrosion im Internet:
http://www.corrosion-doctors.org/