Korrosionselement

Ein Korrosionselement ist eine Gefügeanordung in einem Werkstoff, die sich wie eine kurzgeschlossene galvanische Zelle verhält und zur Korrosion des Werkstoffs führt.

Varianten

Korrosionselemente unterscheiden sich im Aufbau der Komponenten, die als Anode, Kathode und Elektrolyt fungieren. Ihnen gemeinsam ist die elektrische Anordnung: Anode und Kathode sind sowohl über den Elektrolyten, als auch durch direkten Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden. Eine externe Spannungsquelle ist dabei nur im letzten Fall im Spiel:

Selektive Korrosion

Kristallite in einem Legierungsgefüge, die aus Verbindungen mit unterschiedlichem elektrochemischen Potential bestehen. Beispiel: Kupfer- und Zink-Kristallite in Messing, die an der Oberfläche über einen Wasserfilm miteinander reagieren. Bei der selektiven Korrosion verläuft der Korrosionsangriff bevorzugt (selektiv) entlang bestimmter Gefügebereiche des Werkstoffs. Nach dem Bereich des zerstörten Gefüges unterscheidet man:

• Interkristalline Korrosion, wenn die Zerstörung entlang der Korngrenzen verläuft,
• Transkristalline Korrosion, wenn sie durch die Körner läuft oder in Verbindung damit kommt

Da die selektive Korrosion im Korngrößenbereich auftritt, ist sie mit bloßem Auge nicht erkennbar und deshalb besonders gefährlich . Anzeichen : Absätze auf der Korresionsschicht ( bäulich unter Lupe erkennbar)

Korrosionselement (Lokalelement) aus Eisen und Kupfer

Kontaktkorrosion

Kontaktkorrosion kann auftreten, wenn unterschiedlich edle Metalle in engem Kontakt sind. Beispiel: Schraube aus Kupfer in einem Aluminiumblech in feuchter Umgebung; Edelstahlblech mit Stahlblech verschraubt. Das edle Metall fördert dann die Korrosion im unedlen Metall durch Kontaktkorrosion, da die beiden Metalle als Anode und Kathode wirken und daher ein schwacher Strom fließt. Voraussetzung für diesen Prozess ist ein korrosives Medium zwischen den beiden Metallen, etwa Wasser oder Seewasser. Es kann aber schon die normale Luftfeuchtigkeit ausreichen. Bei kleinen Teilen (wie Schrauben) tritt das Phänomen kaum auf; es lässt sich durch isolierende Trennmittel wie Fett weiter eingrenzen.

Modellversuch zur Korrosion aufgrund unterschiedlicher Konzentration

Konzentrationselement

Dieses besteht aus einer Metalloberfläche, benetzt von einem Elektrolyten mit lokal unterschiedlicher Konzentration, und ist in diesem Fall ein kurzgeschlossenes Konzentrationselement. Die Oxidation des Metalls findet dabei in dem Bereich mit der geringeren Konzentration des Elektrolyten statt, die dazugehörige Reduktion dagegen im Bereich mit der höheren Konzentration.

Belüftungselement

Ein Konzentrationselement, bei dem der Sauerstoffgehalt im Elektrolyten variiert. Beispiel: Rosten von Eisen.

Mechanische Spannungen

Homogenes Gefüge, das lokal verformt wurde bzw. lokal unter Spannung steht. Beispiele: Spannungsrisskorrosion, Schwingungsrisskorrosion.

Fremdspannungskorrosion

Potentialdifferenz im Material, hervorgerufen durch äußere Spannungsquellen. Beispiel: Metallrohre, verlegt in der Nähe von elektrischen Gleichspannungsleitungen (siehe auch Opferanode).

Chemische Reaktionen

Im Allgemeinen oxidiert die Anode und löst sich auf. Die Reaktionen an der Kathode hängen u.a. ab vom pH-Wert und der Sauerstoffkonzentration. e^- bezeichnet Elektronen, H⁺ Protonen, Me-Metallatome oder Ionen:

Anodenreaktion:

Me_unedel → Me_unedel⁺ + e^-

Kathodenreaktion:

(1) Falls Metallionen vorliegen, die edler sind als die der Anodenreaktion, scheiden sie sich auf der Kathode ab:

Me_edel⁺ + e^- → Me_edel

(2) In saurem Milieu (pH-Wert < 5) bildet sich Wasserstoff:

2H⁺ + 2e^- → H₂

(3) In saurem Milieu entsteht Wasser, wenn Sauerstoff vorhanden ist:

O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O

(4) In basischem Milieu (pH-Wert > 7) reagiert Wasser zu Hydroxid:

2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

(5) Wie (4), in Anwesenheit von Sauerstoff:

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-

Literatur

• Fonds der Chemischen Industrie: Korrosion / Korrosionsschutz, Folienserie und Textheft Nr. 8, Frankfurt am Main 1994,