EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

146 146 Korrosion beim Stahl 6.5 Korrosion Unter Korrosion versteht man die unerwünschte Zerstörung von Werkstoffen durch Reaktion mit der Umgebung. Eine sehr große wirtschaftliche Bedeutung hat die Korrosion von Metallen. Die- sen Korrosionsprozess nennt man beim wichtigsten Metall, dem Eisen, Rosten. Man schätzt den Schaden durch Korrosion auf bis zu 4 % des jährlichen Brutto- nationalproduktes in den Industrieländern. Dementsprechend ist der Schutz vor Korrosion ein bedeutender Wirtschaftszweig. Korrosion von Metallen Bei der Korrosion von Metallen ist in vielen Fällen der Luftsauerstoff verant- wortlich. Dabei wirkt der Sauerstoff als Oxidationsmittel und das korrodierende Metall als Reduktionsmittel. Ebenfalls ein bedeutender Grund für die Korrosion von Metallen ist die Bildung eines Lokalelements . An der Berührungsstelle zweier unterschiedlicher Metalle kommt es besonders leicht zur Korrosion. Diese Berührungsstellen entsprechen im Prinzip einer kurzgeschlossenen Batterie und das unedlere Metall wird oxi- diert. Die Korrosion von Stahl Da Stahl (Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von < 1,7 %) einer der wichtigsten Werkstoffe ist, ist der Korrosionsvorgang und damit auch der Korrosionsschutz für diesen Werkstoff wirtschaftlich am bedeutendsten. Stahl korrodiert leichter als reines Eisen, da der Kohlenstoff wie ein edles Metall wirkt (Lokalelement). Stahl wird vor allem durch das System Wasser/Luftsauerstoff korrodiert. Durch Oxidation des Eisens entsteht dabei eine Mischung aus Eisen(II)-und Eisen(III)- Hydroxiden bzw. -oxiden. Diese poröse Mischung bezeichnet man als Rost . Die Korrosion von Eisen kann dabei vereinfacht in folgende Schritte gegliedert werden (siehe Abb. 146–3): 1. Reaktion von Wasser mit Eisen: Fe + 2 H 2 O → H 2 + Fe 2+ + 2 OH – c Bildung von Fe(OH) 2 2. Oxidation von Fe 2+ mit Luftsauerstoff: 4 Fe 2+ + O 2 + 2 H 2 O → 4 Fe 3+ + 4 OH – c Bildung von Fe(OH) 3 3. Oxidation von Eisen durch Fe 3+ : Fe + 2 Fe 3+ → 3 Fe 2+ Dabei ist die Reaktion in Reaktion (1) langsam. Ohne die Bildung von Fe 2+ in Reaktion (1) können die weiteren Schritte nicht ablaufen. Reaktion (2) und Reaktion (3) verlaufen relativ schnell. Sobald Fe 2+ -Ionen aus Reaktion (1) vorhanden sind, laufen diese beiden Reaktionen immer wieder ab, da ständig neue Fe 2+ -Ionen in Reaktion (3) gebildet werden. Reaktion (1) ist daher nur zu Beginn des Rostvorganges notwendig, der für den weiteren Verlauf notwendige Stoff Fe 2+ wird immer wieder neu gebildet. Solche Vorgänge nennt man einen autokatalytischen Prozess . Typisch für einen sol- chen Vorgang sind die lange Zeitdauer bis zum Beginn der Reaktion und das darauf folgende rasche Voranschreiten. Das kann man auch beim Verrosten ei- nes Werkstückes beobachten: Zunächst ist über einen längeren Zeitraum keine Veränderung zu beobachten. Sobald erste Rostflecken vorhanden sind, schreitet der Zerstörungsprozess aber immer rascher voran. Abb. 146–4: Verzinktes Stahlblech Abb. 146–2: Verrostetes Stahlblech Eisen Luft H H O O O Fe 2+ Fe Fe 3+ H 2 e – 2 1 3 Abb. 146–3: Korrosion eines Stahlblechs Gleichmäßige Korrosion Lokalisierte Korrosion = Lochfraß Korrosionsschicht Metall Metall Abb. 146–1: Formen der Korrosion Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv