Elemente und Moleküle, Schulbuch

70 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN Korrosion Unter Korrosion versteht man die von der Oberfläche ausgehende unerwünschte Zerstörung von Werkstoffen (Metalle, Kunststoffe, Glas, Keramik) durch Reaktion mit der Umgebung. Die Korrosion ist ein Vorgang, durch den Stoffe aus einem ener- getisch ungünstigen Zustand, in den sie durch menschliche Aktivität gebracht wur- den (zB Herstellung von Metallen aus Erzen), in den ursprünglichen, energetisch niedrigeren Zustand zurückgeführt werden. Im Folgenden soll nur die Korrosion von Metallen behandelt werden. Die Korrosion kann durch Gase wie Sauerstoff, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide oder Kohlenstoff- dioxid erfolgen, wobei Sauerstoff als Korrosionsauslöser die größte Bedeutung hat. Dabei wirkt er als Oxidations- und das zu zerstörende Metall als Reduktionsmittel. In diesem Fall spricht man auch von chemischer Korrosion (Abb. 70.1). Schneller erfolgt der Korrosionsprozess allerdings, wenn Wasser als Lösungsmittel beteiligt ist und der Korrosionsvorgang über Elektrolyte abläuft – elektrochemische Korro - sion (Abb. 70.1). Bei Elektrolytvorgängen ist zumeist die Aktivierungsenthalpie ge- ringer als bei heterogenen Systemen. Der Korrosionsprozess kann unterschiedliche Erscheinungsbilder zeigen, die gleich- mäßige und die ungleichmäßige (lokalisierte) Korrosion (Abb. 70.2). Gleichmäßige Korrosion Dabei wird die gesamte Metalloberfläche von einer dünnen Korrosionsschicht über- zogen. Abhängig von der Metallstruktur und der Struktur der bei der Korrosion ge- bildeten Metallverbindung kann die Korrosionsschicht mehr oder weniger gut am Metalluntergrund haften. Bei Eisen zB blättert die Korrosionsschicht langsam ab („Flugrost“) und der Korrosionsprozess kann weiter fortschreiten. Andere Metalle bilden eine fest haftende, dichte Schicht, die das Metall vor weiteren Reaktionen mit dem Oxidationsmittel (meist O 2 ) schützt. Diese Metalle bezeichnet man als „pas- siviert“, weil sie nun reaktionsträger sind, als ihrer Stellung in der Spannungsreihe entsprechen würde. Bei einigen Metallen, wie zB Aluminium, Nickel oder Chrom, ist der Kontakt mit Luftsauerstoff für die Ausbildung einer Passivschicht ausreichend. Passivierung ist ein wirksamer Korrosionsschutz und wird daher oft künstlich ver- stärkt bzw. ausgelöst (zB Eloxal-Bildung bei Aluminium ⇒ Eloxal: elektrolytisch oxi- diertes Aluminium). (Abb. 70.3) Lokalisierte Korrosion Durch Verletzung einer Schutzschicht kann der Korrosionsprozess an manchen Stel- len bis tief in das Werkstück voranschreiten. Diesen Vorgang bezeichnet man als Lochfraß . Die Korrosion schreitet oft unterhalb der intakten Schutzschicht weiter und kann bis zur Wahrnehmung ein derartiges Ausmaß erreicht haben, dass ein Schutz des Werkstückes nicht mehr möglich ist (versteckte Korrosion zB bei Kotflü- geln an Autos). Besonders korrosionsgefährdet sind Berührungsstellen zweier unterschiedlicher Metalle in einer Elektrolyt-Lösung (zB Besteckteile aus verschiedenen Metallen in einem Geschirrspüler). Diese Berührungsstellen – man nennt sie auch Lokalelemen- te – entsprechen im Prinzip einer kurzgeschlossenen Batterie. Bei einem Lokalele- ment oxidiert das unedlere Metall – negativer Pol – sehr leicht. Die Korrosion von Stahl Da Stahl (Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von < 1,7 %) einer der wichtigsten Werk- stoffe ist, ist der Korrosionsvorgang und damit auch der Korrosionsschutz für diesen Werkstoff wirtschaftlich am bedeutendsten. Stahl korrodiert leichter als reines Ei- sen, da der Kohlenstoff wie ein edles Metall wirkt (Lokalelement). Stahl wird vor allem durch das System Wasser/Luftsauerstoff korrodiert. Durch Oxi- dation des Eisens entsteht dabei eine Mischung aus Eisen(II)- und Eisen(III)-Hydro- xiden bzw. -oxiden. Die Ausbildung von Rost kann dabei vereinfacht in folgende Schritte gegliedert werden (Abb. 71.1): Chemische Korrosion Elektrochem. Korrosion O 2 CO 2 SO 2 H 2 S Metall CO 2 O 2 Wassertropfen Metall Gleichmäßige Korrosion Lokalisierte Korrosion = Lochfraß Al Fe H H O O O H H O O O H H O O O H H O O O H H O O O H H O O O Abb. 70.3: Passivierung beim Aluminium und Rosten beim Eisen Abb. 70.2: Arten der Korrosion Abb. 70.1: Einleitung der Korrosion Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv