5
Abb. 11: Zeitlicher Verlauf der QucIlung von ,,Vinidur" in liodisalzliisung verschiedener Konzentrationen bci 40 u. 60". wirkun?; u. IJ. so gering. daR ,,Vinidur" veiwandt wer- den kann Jcdenfalls ist hier sowohl bei der Verwendung von ,,V;n:d.lr" als auch von ,,Oppanol"-Folien Vor- si&t am Platze. V. Praktische Bewertung der Chemikalien-Einwir- kung auf Kunststoffe Jedem Korrosionsfacl~mann ist bekannt, dai3 er bei der Ubertragung der Ergebnisse von Korrosionsver- sudien auf die Bedingungen der Praxis sehr vorsichtig sein niufi. Bei Kunststoffen gilt dies in no& grofiereni Ausmafi. Immer mug eine Vielzahl von mdglichen Einfliissen, die sich aus der Betriebspraxis ergeben, be- rixksihLigt: werden. Fur die Bewertung des technisch eingesetzten Grundstoffes ist seine Chemikalien-Festig- keit nicht altein ausschlaggebend, sondern auch die niechanischc und technische Beanspruchung, der er unter- liegr. Immer ist eine sachgemafie Verarbeitung des Kunststoffes vorausgesetzr. Abb. 12: BestHndigkeirs-Schaubild. Bestandigkeit von ,,Vinidur" gegen Schmefelsaure. Dic Angaben der auf den neuesten Stind der Er- fahrung gebrachtcn B cs t a n di g k e i ts -L i s te yon ,,Vinidur" und ,,Oppanol" 5) beruhen in vielen Fdlen auf den Erfahrungen der Betriebsprasis. Finen tieferen E'nb1;cJi. geberl die von IY. Bxcl?ma;zrl ausgeirbeitetcn ~estBiidigkeir~-SchaubiIdcr (Abb. 5, 9-11), besonders dann, wenn wie bei Abb. y die Eindringgeschwindigkeit festgestellt wird. (W 212) ') W. Kranfiich: ,,Die chemische Fabrik", 1940, S. 233. W. Krannich: ,,I<unststoffe im technischen Korrosions- schutz", Handbuch fur ,,Vinidur" und ,,Oppanol", Carl Hanser-Verlag, Miinchen 1948, 2. Auflage, S. 124-136. Korrosionsverhalten von gekupferten Stiihlen und die Passivitatstheorie von Wulff und Uhlig Von K. Wrny u. R. Esthelbuch. Uberblick Ciber die bisherigcn Korrosionsversuche mit ge- kupferten Stahlen - Vermutliche Ursachen der durch Kupfer b~wl~kten i'assivitat - Passivitut und Atombau - Die I'heorie der ICorrosionspassi-jitat won W'ulff K. Uhlig und dus Korrosiunswerhalten Zion Cr-, Xi-, und Cu-Stahl - Praktisches Korrosionsaerhalten gebupferter .Yt~3& gegen Armospharilien, Wasser, Abgasen und Sauren - k'orrosions- schutz voii Anstrichen wnd Verzinkungen - Anwendungs- gebietc. Unter den korrosionsbestandigen Soiiderst&Ien, die cine ausgesprochenc Neigung zur Passivierung und D e d - schichtbildung besitzen, komrnt der Gruppe, in der das Legierungselemenr sein passives Verhiltcii auf den Stahl uberxagt, die groRte technische Bsdeutung zu. Berelts am Anfang des ncun/ehnten Jahrh~uiderts hat man dic Irorrosionshemmende Wirkung des Kupfers erkannz. Nach Angaben von Dueves uiid Komcrs 'i- hielt R. Wzie 1822 ein Patent auf den 2usa.z. van I TI Messing auf IOO T1 CuReisen, was etwa eineni Cu-Zu- satz von 0,7 % entsprichr. Stengcl und Karitcri wiesen etwas spiiter auf die erhohte Siurebestandigkeit und di- festhaftende Oxydschicht gekupferter Stlhle hin. hlit zunehmendem Cu-Gehalt sinkt der Gewichtsverlust bzi atmospharischer Korrosion auf etwa die Halfte; uber 0,2 ist der E i n i' 1 u 13 d e s K u p fe I- s nur nod^ gering. Storey wies spater darauf hin, da8 kupierhaltige Stahldrahte unter dem Einflui3 von Atmospharilien be- deutend weiiiger angegriffen werden als gckupferie (Abb. I). In Deutschland wies K. Dames sls enter darauf hin, Jag die hinsichtlich des KorrosioIisverhalteiis gekupferter Stahle noch bestehenden IJnklarheiten br- scitigc werden, wenn man die Ergebnissc der in Luft und Wasser durchgefiihrten Korrosionsversuch'e ge- n-ena: betrachtet. Abb. 2 bringt eine Zusammen~tellung der anierikanischcn wid deutschen Korrojioiis-Langzeit- Versuchc. Sic zeigt den untcrschiedlicheii EinfluR yon ICupfer nuf dime Korrosion von SM-Stahl, Thomas- und Ijessemcr-Sr~.hlen 3n der Atmosphare, wobei sich die Anwescnheit von Phosphor in Gegenwart yon Kupfer als giinstig erweist. Weiter ist ersichtlich, daR die starkste VC'irkung des Kupfers bei Gehalten von o,z bis 0,3 7; zu erwarten isr. Noch klarer ist der giinstige EinflulS des Kupf,ers aus amerikanischen Naturkorrosionsver- suchen, bei denen gekupferte Schwarzbleche uber 10 Jahre der Witterung in verschiedenen Landschaften und Klimen susgesetzt wurden, zu ersehen. Wahrend ungeschutzte, nicht gekupferte Stahlbieche in der aggressiven Industrie- luff von Pittsburgh fast vollig zerstort wurden, zeigten 36 Werkrtoffe u. Korrosida

Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

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Page 1: Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

Abb. 11: Zeitlicher Verlauf der QucIlung von ,,Vinidur" in liodisalzliisung verschiedener Konzentrationen bci 40 u. 60".

wirkun?; u. IJ. so gering. daR ,,Vinidur" veiwandt wer- den kann Jcdenfalls ist hier sowohl bei der Verwendung von ,,V;n:d.lr" als auch von ,,Oppanol"-Folien Vor- si&t am Platze.

V. Praktische Bewertung der Chemikalien-Einwir- kung auf Kunststoffe

Jedem Korrosionsfacl~mann ist bekannt, dai3 e r bei der Ubertragung der Ergebnisse von Korrosionsver- sudien auf die Bedingungen der Praxis sehr vorsichtig sein niufi. Bei Kunststoffen gilt dies in no& grofiereni

Ausmafi. Immer mug eine Vielzahl von mdglichen Einfliissen, die sich aus der Betriebspraxis ergeben, be- rixksihLigt: werden. Fur die Bewertung des technisch eingesetzten Grundstoffes ist seine Chemikalien-Festig- keit nicht altein ausschlaggebend, sondern auch die niechanischc und technische Beanspruchung, der e r unter- liegr. Immer ist eine sachgemafie Verarbeitung des Kunststoffes vorausgesetzr.

Abb. 12: BestHndigkeirs-Schaubild. Bestandigkeit von ,,Vinidur" gegen Schmefelsaure.

Dic Angaben der auf den neuesten S t i n d der Er- fahrung gebrachtcn B c s t a n d i g k e i t s -L i s t e yon ,,Vinidur" und ,,Oppanol" 5 ) beruhen in vielen Fdlen auf den Erfahrungen der Betriebsprasis. Finen tieferen E'nb1;cJi. geberl die von IY. Bxcl?ma;zrl ausgeirbeitetcn ~estBiidigkeir~-SchaubiIdcr (Abb. 5 , 9-11), besonders dann, wenn wie bei Abb. y die Eindringgeschwindigkeit festgestellt wird. (W 212)

') W . Kranfiich: ,,Die chemische Fabrik", 1940, S. 233. W . Krannich: ,,I<unststoffe im technischen Korrosions- schutz", Handbuch fur ,,Vinidur" und ,,Oppanol", Carl Hanser-Verlag, Miinchen 1948, 2. Auflage, S. 124-136.

Korrosionsverhalten von gekupferten Stiihlen und die Passivitatstheorie von Wulff und Uhlig

Von K . W r n y u. R. Esthelbuch.

Uberblick Ciber die bisherigcn Korrosionsversuche mit ge- kupferten Stahlen - Vermutliche Ursachen der durch Kupfer b ~ w l ~ k t e n i'assivitat - Passivitut und Atombau - Die I'heorie der ICorrosionspassi-jitat won W'ulff K . Uhlig und dus Korrosiunswerhalten Zion Cr-, Xi-, und Cu-Stahl - Praktisches Korrosionsaerhalten gebupferter .Y t~3& gegen Armospharilien, Wasser, Abgasen und Sauren - k'orrosions- schutz voii Anstrichen wnd Verzinkungen - Anwendungs- gebietc.

Unter den korrosionsbestandigen Soiiderst&Ien, die cine ausgesprochenc Neigung zur Passivierung und D e d - schichtbildung besitzen, komrnt der Gruppe, in der das Legierungselemenr sein passives Verhiltcii auf den Stahl uberxagt, die groRte technische Bsdeutung zu.

Berelts am Anfang des ncun/ehnten Jahrh~uider ts hat man dic Irorrosionshemmende Wirkung des Kupfers erkannz. Nach Angaben von Dueves uiid Komcrs 'i-

hielt R. Wz ie 1822 ein Patent auf den 2usa.z. van I TI Messing auf IOO T1 CuReisen, was etwa eineni Cu-Zu- satz von 0,7 % entsprichr. Stengcl und Karitcri wiesen etwas spiiter auf die erhohte Siurebestandigkeit und di- festhaftende Oxydschicht gekupferter St lhle hin. hlit zunehmendem Cu-Gehalt sinkt der Gewichtsverlust bzi atmospharischer Korrosion auf etwa die Halfte; uber

0,2 ist der E i n i' 1 u 13 d e s K u p f e I- s nur nod^ gering.

Storey wies spater darauf hin, da8 kupierhaltige Stahldrahte unter dem Einflui3 von Atmospharilien be- deutend weiiiger angegriffen werden als gckupferie (Abb. I). In Deutschland wies K . Dames sls en ter darauf hin, Jag die hinsichtlich des KorrosioIisverhalteiis gekupferter Stahle noch bestehenden IJnklarheiten br- scitigc werden, wenn man die Ergebnissc der in Luft und Wasser durchgefiihrten Korrosionsversuch'e ge- n-ena: betrachtet. Abb. 2 bringt eine Zusammen~tellung der anierikanischcn wid deutschen Korrojioiis-Langzeit- Versuchc. Sic zeigt den untcrschiedlicheii EinfluR yon ICupfer nuf dime Korrosion von SM-Stahl, Thomas- und Ijessemcr-Sr~.hlen 3n der Atmosphare, wobei sich die Anwescnheit von Phosphor in Gegenwart yon Kupfer als giinstig erweist. Weiter ist ersichtlich, daR die starkste VC'irkung des Kupfers bei Gehalten von o,z bis 0,3 7; zu erwarten isr. Noch klarer ist der giinstige EinflulS des Kupf,ers aus amerikanischen Naturkorrosionsver- suchen, bei denen gekupferte Schwarzbleche uber 10 Jahre der Witterung in verschiedenen Landschaften und Klimen susgesetzt wurden, zu ersehen. Wahrend ungeschutzte, nicht gekupferte Stahlbieche in der aggressiven Industrie- luff von Pittsburgh fast vollig zerstort wurden, zeigten

36 Werkrtoffe u. Korrosida

Page 2: Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

gekupferte Versuchsbleche, die an der Seekuste von Anna- polis ausgelegt waren, erst nach 14 Jahren zu einem Drittel Zerfallserscheinungen.

Wber die W i r k u n g d e s C u - Z u s a t z e s hat man sich, ahnlich wie bei Nickel und Chrom, verschiedene erheblich voneinander abweichende Vorstellungen ge- macht. Wahrend die eine Richtung einen sich auf der Stahloberfliche bildenden Oxydfilm als Ursache an- nimmr, vertreten andere Fachleute den Standpunkt, dai3 die Verschiedenheit der Valenz der Bestandteile die Passivitat bewirkt.

in Verbindung gebramt werden und auch Wgllf und Uhlig sehen die Ursache der Passivitatserscheinungen im Atomaufbau, im Wechselspiel der Elektronen der Legie- rungsbildner. Sie vertreten beziiglich der P a s s i v i t a t d e r C r - F e - L e g i e r u n g e n die Ansicht, dai3 eine Verschiebung cines Elektrons von einem Legierungs- element auf das andere stattfindet und nehmen an, dafi ein aus den beiden ,,einsamen" aus der N-Schale stam- mendes Elektron des Eisens zum Chrom iibergeht und dort die 3 d Schale auffiillt. Wie aus der Elektronen- anordnung hervorgeht, fehlen beim Cr-Atom in der

Droht ohne Cu Droht mit 0.15 Ku

Sch wefdeisen

DraMe mit 022Cu

Abb. I. Unterschiedliehes Verhalten von Stacheldrahten (nach Storey).

Wie Versuche mit Cr-Fe-Legierungen gezeigt habcn, lafir: sich auch die Eigenschafl der Passivitat einzelner Elementc, z. B. die von Chrom, auf die Legierungsn ubertraren. wobei Angriffszeit und Angriffsmittel eine wesentlichd Rolle spielen. D a die Wertigkeit der

I I 7 - - 517 - Stoh/ , Bauer . Doewes----

3 - - 5M -Slohl[Roheisen - Ert -Ver f j Daeves

4 -.- Versuche der Pensyivonio Rorlroad Co -

5- Bessemer - Stoh/. BU&

6 --.- Thomas. S:ahl, flouer - Uoeves

2 -.- 5M -Stoh/, Buck

r- I I

Ku . Gehall der Sch-e::e

Abb. 2.

Elemente mit dem Aufbau der Atome, insbesondere rnit dem der Elektronenschalen (einsame Elektronen) i n engem Zusammenhang steht, konnen die P a s s i v i - t: a t s erscheinungen direkt mit dem A t o m a u f b a u

M-Schalc 5 Elektronen des d-Zustandes zur endgultigen Sattigung. Zur vollstandigen Auffullung wiirden also

Fe-Atome und I Cr-Atom kommen, was einem

Cr-Gehalt von loo 6

= 16,s O/o

entspricht. Bei diesem C r - G e h a 1 t miifiten die Passivitatsverhaltnisse am gunsrigsten sein, was auch den tatsachlichen Feststellungen entspricht. Da die An- zahl der einsamen Elektronen fur die Wertigkeit mafi- gebend isr, unterscheiden Wullf und UhLg zwischen Valenzen im passiven urid aktiven Zustand.

Das Metal1 geht an der Oberflache vom zweiwertigen in den dreiwertigen Zustand uber, wenn ein s-Elektron in die d-Schale des Chroms wandert. Die Wirkung des L6sungsm:ttels wird dadurch erklart, dai3 oxydierende Losungen Elektronen absorbieren' und damit' did Passi- \. itEt unterstiitzen, wahrend reduzierende Mittel Elek- tronen abgeben ilnd damit die Erscheinung der PassiviGt aufheben. Auch das Element N i c k e l bes a-igt die PassiviGtstheorie von Wullf und Uhlig. Beim Nickel fehlen in der M-Schale 2 Elektronen des d-Zustandes, es sind 8 Elektronen vorhanden, wshrend 10 PlHtze zu besetzen waren. Fiillt das Fe-Atom diese unbesetzten Stellen im Ni-Atom ebenfalls mit einem Elektron der N-Schale auf, dann ergi8bt sich das Verhaltnis Fe: N i Z- z : I , was einem

Ni-Gehalt loo y1 = 33 O!o

entspricht und bekanntlich besitzt ein N i - S t a h 1 mit 3 0 - 3 1 % Ni t..zts%hlich das beste Korrosionsverhalten. Geide Beispiele sprechen uberzeugend fur die Richtig- keit der neuen Theorie. Wendet man sie auf die p a s s i v i e r e n d e W i r k u n g d e s K u p f e r s an, so ergeben sich Werte, die keineswegs die amerikani- schen Versuchsergebnisse stiitzen. Beim Kupfer ist be- kanntlich die M-Schale abgeschlossen, die N-Schale be- plnnt mit einem Elektron des s-Zustandes. Um dicse Schalc aufzufullen, wiirden 3 I Elektronen benotigt, dz in dieser Schale 32 Platze zu besetzen sind. Wiirden

3 -

H e f t 1 januar 1910 17

Page 3: Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

sic durch jeweils ein Fe-Elektron aufgefiillt, dann er- gabc sich ein Verhaltnis von 3 1 TI Fe zu I T1 Cu, was 3 , 1 % Cu entsprechen wurde. Da nun aber Zusatze uber 0,z-0,3 96 Cu die Korrosionsbestandigkeit ge- kupferter Stahle nur unwesentlich beeinflussen, nimmt das Kupfer in dieser Hinsicht infolge seiner Fahigkeit, Deckschichten zu bilden, eine Sonderstellung ein. Da dic Losungstension von Eisen und Kupfer grofier ist als der osmotische Druck des korrodierenden Mittels gehen beide Metalle als Ionen in Losung; Kupfer schei- det sich wahrend des weiteren Losungsvorgangs am liathodischen Eisen ab und bildet eine aus reinem Kupfer bestehende Schutzschicht (Abb. 3).

Phosphor enthalt, besitzt die besten korrosionshemmen. den Eigenschaften, ein mit I % Cu gekupferter SM- Stahl verhalt sich besser als ein solcher mit 0 , 3 % Cu bzw. ohnc Kupfer. Ein auf diesen Erkenntnissen ent- wickelter Sonderstahi mit erhohtem P-Gehalt verhielt sich rnit 3 1 % Gewichtsverlust am besten. Reineisen, das den starksten Angriff erleidet, verhalt sich unter Anstrichen und nach Verzinkung relativ wesendich bessser.

J . S. Unger untersuchte die B e k 1 e i d u n g v o n G ii t e r w a g e n aus gekupfertem und ungekupfertem Stahl. Cu- und P-haltige Stahle verhielten sich weit besser als handelsubliche Werkstoffe. Wahrend Farb- anstriche auf ersteren ausgezeichnet hafteten, blatterten

c diesc auf letzteren fast vollstandig ab. Ria& 6jfhriger Versuchsdauer hatte die Starke des gekupferten Stahls urn 8 %, die des ungekupferten Stahls urn 18 % ab- genommen. Nach 1 3 Jahren betrugen die entsprechen- den Werte 32 % und 57 %. Die Oberlegenheit der gekupferten Stahle auch unter Farbanstrichen ist durch die bessere Haflfahigkeit des Stahls fur Schutziiberzuge zu erklaren. Die Unterrostungsgefahr wird zusatzlich durch die hemmende Wirkung des Kupfers im Stahl gebannt.

Abb. 5 zeigt das unterschiedliche Verhaltcn von XI i t eineni M e n n i g e - Untergrund g e s c h u t z t e n

Abb. 3. Kupferanreicherung an der Oberflache bei oxydierendem Gliihen.

Durch Oxydation der Kupferabscheidung zu Kupfer- ox yd entstehen mit Rost vermengte, besonders dichte S c h u t z s c h i c h t e n. Kupferoxydulanreicherunger: rreten auf der OberflHhe bei geringem Cu-Zusatz lokal auf und bedecken die Flachen zonenweise; mit staigen- den Cu-Gehalten wird die gesamte Oberflache erfaflt.

Ein vollig anderes Bild erhalt man, wenn gekupferte Stahle a g g r e s s i v e n M i t t e 1 n ausgesetzt werden, die zu keiner Schutzschichtbildung fiihren, oder die die gebildetc Schutzschicht durchbrechen. Unrer den be- sonders korrosionsfesten Stahlen stehen dsie, die a u k anderen Legierungsstoffen bis 3 % C u enthalten, an erster Stelle. Es ergibt sich also auch beim Kupfer mit dem nach der Theorie von W6dff und Uhlig errehneten Prozentsatz eine gute Obereinstimmung, was fur die Richtigkeit der neuen Anschauung sprichr. Das in Abb. 4

Versuchsdnuer mm

Abb. 4.

Abb. 5. Gewohnlicher Patina-

Stahl Stahl

B 1 c c h c n nach Entfernung des Anstrichs. Nach 3 Jah- ren war der normale Thomasstahl durch Unterrostung stark korrodiert, der Patinastahl besitzt dagegen eine vollig unbeschadete Oberflache.

Abb. 6 lafit die groflere Haltbarkeit von Farbanstrichen auf gekupferten Blechen erkennen. Wahrend bei dem handelsublichen Stahlblech eine Abblatterung des An-

Abb. 6 . Normaler Patina-

Thomasstahl Stahl

wiedergegebene Schaubild nach K . Daeves zeigt, wie strichs bereits in vollem Gang isc, 1st dieser auf dem s:ch gekupferte Stahle, hinsichtlich des Gewichtsverlustes Patinablech fast. vollkommen erhalten. Bezuglich des nach 7 Jahren, im Vergleich zu anderen Stfhlen, vei- Verhaltens v e r z i n k t e r T e i 1 e aus ungekupfertem halten. Patina-Stahl, der auger Kupfer noch wenig und gekupfertem Stahl liegen praktische, an Dr2hten

18 Werkstoffe w. Korrosion

Page 4: Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

und Rohren erhaltene Versuchsergebnisse vor. Auch auf Patina-Werkstoffen verhalten sich Verzinkungen recht gunstig (Abb. 7), ebenso verhalt sich g e k u p f e r t e r S t a h 1 u n t e r A n s t r i c h u n d V e r z i n k u n g

Rostens zonenweise mir: einer duniien glatten Cu-Haut (keine Oxydschicht), die Interferenzerscheinungen her- vorruft. Die glatten Haute verlieren bald ihren Glanz, werden infolge Oxydation des Cu-Belags dunkler und

Abb. 7. Gekupferter Ungekupferter

Stahl Stahl

genau so gunsiig wie Keineisen. zerstort, dann iibertrifft er Keineisen bei weitem.

U n t e r W a s s e r bieten gekupferte Stahle gegen- uber den ublichen Stahlsorten keinen besonderen Vor- teil. Unter der wechselnden Beanspruchung von Wasser und Atmosphare zeigen sie dagegen eine auffallend geringe Korrosion.

Wesentlich besser als ungekupferte Stahle verhalten sich P a r i n a s t a h l e m i t einem S c h u t z a n s t r i c h LI n t e r W a s s e r , da hier wieder die an der Luft be- obachtetc bessere Schutzwirkung der Anstriche auf ge- liupfertcn Stahlen zum Ausdruck kommt. Sorgfaltig cnuunderte Bleche mit einem auf Mennigeuntergrund aufgebrachten Deckanstrich wurden in einem Hafen ausgehbngc. Wie Abb. 8 zeigt, war so geschiitztes Patinablech noch fast unversehrt, als sich bei den handels- iiblichcn Eisensorten schon groflere Zerstorungen ein- s t el 1 ten.

1st die Schutzschicht

Abb. 8.

Stahl Stahl Patina- Handelsublicher

Noch deutlicher kommt die Uberlegenheit bei Blechen zum Ausdruck, die aggressivem s a u r e h a 1 t i g e m F 1 u B w a s s e r ausgesetzt waren. Zwar wurde der Schutzanstrich auf Cu-P-Stahlblech ebenfalls angr- griffen, doch traten hier keine Anfressungen auf, wie das bei Handelsblech der Fall war. An einzelnen Stellen fiihrte dieser korrosive Angriff zu einem volligen Durchfressen (Abb. 9 ) .

I n E 1 e k t r o 1 y t e n werden auf gekupferten Stah- len die verschiedensten Ausbildungsformen von Ca- Niederschlagen beobachtet, von zusammenhangenden festhaftenden Kupferhauten bis zu ein'em lockeren Schwammkupfer. In ruhendem destillierten Wasser uberzieht sich gekupferter Stahl beim Beginn des

Abb. 9.

Stahl Giite

schliefilich schwarz (Cu-Oxyd). Nach einiger Zeit bilden sich Rostansatze und schliefilich ist die Oberflache mit Kostbuscheln ubersat. Durch Umwandlung des Kupfer- oxyds CunO in CuO verliert die Deckschicht ihr Haft- vermogen und fallt schliefilich ab. Der a n der frei- Relegten Stelle erneut einsetzende Rostvorgang fiihrt wiederum zur Bildung einer dunnen Schutzschicht, die das Material solange schutzt, wie sie selbst Bestand hat.

Irn b e w e g t e n Wa s s e r wird die Ausbildung dner Kupferschicht nicht gestort, sondern vielmehr begunstig;. Die schnellere und vollstandigere Bilduiig ist durch die beschleunigte Auflosung des Eisens bei erhohter Sauer- stoffzufuhr zu erklaren. Die in Abb. 10 dargestellten Vl'erte wurdcn nach 7tagiger Einwirkung von sauerstoff-

Handelsubliche Patina-

I Versuchsdouer Tg

Abb. 10.

haltigem Wasser ( I 8 cm3 O d l ) erhalten. Die Korrosions- geschwindigkeit von kupferfreiem Stahl betragt 5 8 %, wahrend sie i n sauerstoffarmem, ruhendem Wasser nur 40 "/o betragt. Der EinfluB der Cu-Schichten laflt nach 14 T g nach, weil sie dann teilweise abfallen und SO,

inf olge der sofortigen Neubilduiig der Dedrschichten, die Kupferionenkonzentration verringert wird. Nach etwa 3otagiger Korrosionsdauer stellt sich ein Gleich- gewichtszustand ein. In diesem Zustand ist der g e kupferte Stahl den handelsublichen Sorten no& iiber- legen. Die Tatsache, dai3 Kupferschichten in bewegtem, stark sauerstoffhaltigem Wasser bestfndiger sind als in ruhendem, sauerstoffgesattigtem Wasser, durfte dar- auf zuriickzufuhren sein, dafl das Kupfer schon bei

Hef t I * janudr 1950 19

Page 5: Korrosionsverhalten von gekupferten Stählen und die Passivitätstheorie von Wulff und Uhlig

einer geringen Erhohung der Sauerstoffkonzentration, als sie beim Eisen notwendig ist, die Fahigkeit hat, unsichtbare diinne Sauerstoffhaute zu bilden (0 x y d - f i i m t h e o r i e ) . In r e i n e n W a s s e r n tritt eini Schutzwirkung ein, die jedoch geringer ist als an der Atmospharc. Wahrend in stark salzhnltigem Wasser keinc groi3c Korrosionshemmung 7u erwarten ist, i=x der Angriff in angesauerten Wassern nur gering.

Gegeniiber h e i 13 e n A b g a s e n bis zu 410" C verr halten sich gekupferte Stahle hervorragend. Nach Storey zeigten Herdplatten 'd gekupferte -St2i lc nach einer Beobachtung von 10 Jahren eine glatte Oxydschicht, sie hatten sich daher auch erheblich gunstiger verhalten als Reiiieisen und ungekupferter Stahl. Die Bestandig- keit gegeniiber heiRen Abgasen kann noch erhoht wer- den, wenn der Cu-Gehalt uber 0,3 96 betragt und wenn eine O x y d a t i o n n a c h dem B o w e r - B a r # - V e r - f a h r e n vorgenommen wird. Gegeniiber S-Abschri- dungen aus heii3en Abgasen ist gekupferter Stahl den iiblichen Handelssorten weir iilberlegen.

Kupfer beeinfluat die m c c h a n i s c h e n E i g e n - s c h a f t e 11 erst bei hoheren Gehalten, als sie bei grkupferten Stahlen gegeben sind. Streckgrenze, Zer- ieififestigkeit, Dehnung und Einschniirung werden d u d Zusatzc bis zu 0,3 % kaum verandert. Die W a r m - u n d K a i t v e r a r b e i t b a r k e i t ist die gleiche, auch ist dia elektrische L e i t f a h i g k e i t dieselbe. Die elektrische S c h w B i f3 b a r k e i t 1st etwas besser.

Nach H . Btrchbolt liegt die KO r r o s i o n s w e c h s e 1- f e s t i g k e i t von gekupferten Stahlen b d sonst nur geringer Kerbschlagzahigkeit recht gunstig. E r unter- suchte zwei Baustahlc rnit praktisch gleichen Festigkeits- eigenschaf ten und zwar einen Si-Baustahl ohne Kupfer und einen Cr-Cu-Stahl mit 0,8 % Cu auf Schwingungs- festiglteit in 731, also ohne jede Korrosiomeinwirkung und in Leitungswasser. I n U l stimmte die Dauerfestig- keit beider Stahle praktisch iiberein (Si-Stahl 32 kgimm?; Cr-Cu-S-tahl 3 3 kg/mm'). I m Wasser lag dagegen die Dauerfgstigkeit des Cr-Cu-Stahl um 8 kg'mm' iiber der von Si-Stahl (24 kg/mmz, bzw. 16 kglmmz).

Legierungen rnit 1 8 % Cr, 8 % N i und O,Z-O,J % Cu besitzen ein besonders giinstiges Verhalten gegen- uber S p a n n u n g s k o r r 0 s i o n .

Die M e h r k o s t e n f u r g e k u p f e r t e n S t a h l betragen im allgemeinen je nach dem Wert des Er- zeugnisses 5 bis 8 %. Bedenkt man, da13 die Lebens- dauer des Werkstoffs durch diese Cu-Zusatze um 50 % erhoht wird, dann erkennt man, dai3 Kupfer hinsicht- lich Korrosionshemmung das wirtschaftlich gunstigste Legierungselement ist.

Schwerrostende Stahle besitzen kurz zusarnmengefagt folgende Eigenschaften:

S t a h l e m i t C u - G e h a l t e n b i s z u 0 , . 3 % verhalten sich im ungeschutzten Zustand bei Korrosions- angriffen a n der Atmosphare besser als kupferfreie Stahle, hohere P-Gehalte verbessern die Korrosions- bestandigkeit (Patina-Stahl).

U n t e r W a s s e r ist ein Vorteil des Cu-Gehalts nidlt in dem Mafie festzustellen wie bei a t m o s p h a - r i s c h e r K o r r o s i o n. I n fliei3endem Wasser Ist eine korrosionshemmende Wirkung durch Cu-Zusatze zii erzielen, in ruhenden Wassern wird der korrosive Angriff nur wenig gahemmt.

I n zusatzlich g e s c h u t z t e m Z u s t a n d zeigen gekupferte Stahle an der Atmosphare und unter Wasser eine bessere Schutzwirkung. Auf kupferhaltigen Stahlen haften Zinkuberziige und Anstriche besonders gut.

C u - S t a h l e m i t m e h r a l s 0 , 3 % C u s i td gegeniiber der Einwirkung von G i c h t g a s e n be- Fonders bestzndig.

Gekupferte StLhle verhalten sich gegen S c h w e f e 1 - s a u r e a n g r i f f gut.

Anwendungsgebiet fur gekupferten Stahl sind Eisen- hochbauten, Briicken, Skelettbauten, Behalter, Gaso- meter, Bedachungen, Gelander, Gitter, Rohr- und Tele- fonleitungen, Bahnanlagen, Oberbauanlagen, Signal- anlagen, Industriebauten, insbesondere Schlote, Abziige und Ofcnteile, Bcizkorbe, Schiffsnieten, Pegelstande und Hafenbauten.

Die Bedeutung der Anstrichschaden fur den Korrosionsschutz 4)

Von K. Wurth

Anforderungen an Anstr ich - Anstrichschaden und An- st f ~chnzangel - Ursachen von Ans~ichschaden - Anforde- t tingen an den Untergrund (Vorbereitung, Priifung drr Rost- ncIgung) - Anforderungen an den Anstrich (RobstofJe, Z u - sammensetzung, Aufbau und Bildung, Durchlassigkeit fiir Wasser, Gasr und Elektrolyte) - Anstrichschuden durch ag Rere Eingusse (Klima, Witterung, Atmorphlire) und Bau- w i s e - Zusammenfassung.

Dem S c h u t z d e r W e r k s t o f f e d u r c h A n - s t r i c h e sind durch deren beschrankte Haltbarkeit natiirliche Grenzen gesetzt. D a ein shadhafter Anstrich den verlangten Schutz nicht mehr leisten kann, ver- dienen alle M a h a h m e n zur Verhiitung von Anstrich-

') Vgl.: Wiirth: Der Anstrich als Werkstoff fur Archirekt und lngenieur, Vortrag im Archirekcen- und Ingenieurvercin, A u s m g Koln. Ztg. (1931) Nr. 183. - Wiirth: Ausbilduny von Ansrrichrechnikern Farbe u. Lack (1948) 281.

schaden grof3te Beachtung. Viele Schaden liegen in der Natur des Anstrichs begrundet, bei denen es sich grund- satzlich um verhaltnismafiig diinne, aus dem fliissigen Anstrichstoff entstehende Schichten handelt, die unter den zur Zeit des Aufbningens gegebenen, nur selten regel- baren Bedingungen entstehen. Ein besonderes Kenn- zeichen des Anstrichs ist, d a 8 e r mit der Unterlage mehr oder weniger innig verbunden ist; hierdurch wird erst der fliissige Anstrichstoff, der Werkstoff des Malers und Anstreichers, zu dem Werkstoff des Ingenieurs und Archi tekten.

Die scheinbar so ginfachen Vorgange des Auftragens und Trocknens des Anstrichmittels verfuhren leicht zu einer Unterschatzung der Anstricharbeit und der An- striche. N u r zu off beschaftigt man sich erst rnit den wertvollen Ergebnissen und Erkenntnissen der ein-

20 Werkstoffe H. Korrorion