Korrosion und Korrosionsschutz

Bauteile müssen vor Korrosion geschützt werden, weil Korrosion Querschnitte abbaut, Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit reduziert, Schäden/Folgekosten verursacht und im Extremfall plötzliche Versagensfälle auslösen kann – deshalb behandeln die Normen Dauerhaftigkeit als integralen Teil der Planung.

Eurocode 2 (Betonbau) fordert, den erforderlichen Schutz über Nutzungsdauer, Umwelt-/Expositionsklassen (EN 206) sowie daraus abgeleitete Betonqualität, Betondeckung und Rissbegrenzung festzulegen; der Korrosionsschutz der Bewehrung hängt explizit von Qualität/Dichte der Betondeckung und Rissbildung ab.

Eurocode 2 Teil 4 (Befestigungen) betont, dass Befestigungselemente und Anbauteile so ausgewählt werden müssen, dass sie unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen für das Bauwerk (wie zum Beispiel Expositionsklassen) eine ausreichende Dauerhaftigkeit besitzen, wie angegeben in EN 1992-1-1.

Eurocode 3 (Stahlbau) stellt – analog – klar, dass Stahltragwerke Anforderungen an Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit, Dauerhaftigkeit und Feuerwiderstand erfüllen müssen; Korrosionsschutz ist damit ein normativer Bestandteil, um die geforderte Nutzungsdauer zu erreichen.

Wie wählt man also den richtigen Korrosionsschutz? Anfängliche Investitionen in einen geeigneten Korrosionsschutz zahlen sich langfristig aus; allerdings sind die Bewertung und Auswahl des geeigneten Materials nicht einfach. Bei der Bewertung der Korrosion sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen: die Art und die entsprechenden Klassen der Korrosion, Umweltparameter und Korrosionsbeständigkeit. Mit dieser Artikelserie möchten wir Ihnen ein allgemeines Bewusstsein dafür vermitteln, was Korrosion bedeutet, wie man den richtigen Schutz auswählt und einige Ratschläge geben.

Korrosion ist die physikalisch-chemische Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung, die Veränderungen der Metalleigenschaften nach sich zieht und zu erheblichen funktionellen Beeinträchtigungen des Metalls, der Umgebung oder des Systems, dessen Bestandteil es ist, führen kann (siehe ISO 8044:2024).

Bei den in der Bautechnik gebräuchlichen Metallen wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Zink, Kupfer und Aluminium kann der typische Korrosionsprozess als thermodynamisch begünstigte Rückreaktion zum Prozess der Metallgewinnung angesehen werden.

Korrosion ist eine elektrochemische Reaktion, die in zwei Teilreaktionen unterteilt werden kann.

Flächenkorrosion ist die konventionellste Form der Korrosion. Sie führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Korrosionsprodukte (z. B. roter Rost auf Stahl). Das Ausmaß dieser Korrosionsreaktion lässt sich in der Regel gut abschätzen.

Die Korrosionsrate wird in Mikrometern pro Jahr (μm/a) angegeben.

Anhand dieser Durchschnittswerte lässt sich die Lebensdauer eines Bauteils berechnen und somit durch eine Erhöhung seiner Dicke verlängern.

Lochfraßkorrosion ist eine lokal begrenzte, aber sehr aggressive Korrosionsform, bei der kleine Löcher oder „Pits“ auf der Metalloberfläche entstehen, die sich schnell und tief in das Material hineinfressen können, während der Großteil der Oberfläche unbeschädigt bleibt. Der Prozess beginnt durch einen lokalen Zusammenbruch der schützenden Passivschicht, häufig ausgelöst durch Chlorid-Ionen. In den entstehenden Vertiefungen bildet sich ein sauerstoffarmer, saurer Mikrokorrosionsbereich, der den Angriff selbstbeschleunigt. Besonders anfällig für diese Korrosionsart sind passive Metalle wie Edelstahl, Aluminium und deren Legierungen. Aufgrund der schwer erkennbaren, aber tiefreichenden Schäden gilt Lochfraßkorrosion als besonders gefährlich und kann rasch zu Durchbrüchen oder Bauteilversagen führen.

Unter Wasserstoffinduzierten Rissbildung versteht man die Schädigung von Metallen, bei der sich im Inneren Risse bilden, weil Wasserstoff in das Metall eindringt und dort zu Spannungen führt. Diese Risse entstehen besonders dann leicht, wenn das Metall gleichzeitig korrodiert und mechanisch belastet wird, zum Beispiel durch äußere Kräfte oder durch im Werkstoff vorhandenen Eigenspannungen.

Fachlich spricht man von einem kombinierten mechanisch-elektrochemischen Vorgang, weil sowohl Korrosionsreaktionen als auch Spannungen im Material zusammenwirken. Betroffen sind vor allem bestimmte Stähle und Legierungen, etwa in Rohrleitungen oder Behältern, die mit wasserstoffhaltigen oder schwefelwasserstoffhaltigen Medien in Kontakt kommen.

Bereits innere Spannungen im Material können ausreichen, um eine Rissbildung zu starten, selbst wenn von außen kaum Last aufgebracht wird. Deshalb müssen bei der Werkstoffauswahl, bei der Wärmebehandlung und beim Korrosionsschutz Maßnahmen getroffen werden, die das Eindringen von Wasserstoff begrenzen und Spannungen im Werkstoff möglichst geringhalten.

Spannungsrisskorrosion (SCC) ist ein korrosionsmechanischer Schadensmechanismus, bei dem Zugspannungen und ein spezifisch angreifendes Medium gemeinsam zur Rissinitiierung und -ausbreitung führen. Das Material wird lokal entfestigt, sodass sich trans- oder interkristalline Risse ohne nennenswerte plastische Verformung bilden und fortschreiten. Typische Auslöser sind z. B. Chloridionen bei nichtrostenden Stählen oder ammoniakalische Medien bei Kupferlegierungen. SCC kann unerwartet zum spröden Bauteilversagen führen und ist deshalb in Planung und Betrieb durch geeignete Werkstoffwahl, Spannungsreduktion und Medienkontrolle zu berücksichtigen.

Spaltkorrosion ist eine lokale Form der Korrosion, die in Rissen oder Spalten zwischen zwei Oberflächen auftritt, die aus demselben Metall, aus unterschiedlichen Metallen oder sogar aus einem Metall und einem Nichtmetall bestehen. Sie entsteht durch den eingeschränkten Eintritt von Sauerstoff aus der Luft in den Spaltbereich, was zu unterschiedlichen Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff führt.

Bimetallische (galvanische, Kontakt-) Korrosion tritt auf, wenn zwei unterschiedliche Metalle eine elektrisch leitende Verbindung haben und mit einem gemeinsamen korrosiven Elektrolyten in Kontakt kommen. Im Allgemeinen wird das weniger edle Metall aufgelöst, während das edlere Metall nicht von Korrosion angegriffen wird. Ein positives Beispiel ist die Art und Weise, wie Zink Kohlenstoffstähle und niedriglegierte Stähle schützt: Zink ist das weniger edle Metall, das Stahl aktiv schützt, indem es selbst korrodiert.

Korrosion ist ein allgegenwärtiger natürlicher Vorgang. Die meisten von uns werden in ihrem Alltag irgendwann Bekanntschaft mit den Auswirkungen von Korrosion auf verrostete Stahlteile machen. Korrosion hat erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen. Etwa ein Fünftel der jährlichen weltweiten Stahlproduktion wird allein für den Austausch korrosionsgeschädigter Stahlteile verwendet. Auch wenn es zunächst höhere Kosten verursachen kann, hilft der richtige und effiziente Korrosionsschutz am Entstehungsort auf lange Sicht, Geld und Ressourcen zu sparen.

Soll die Lebensdauer von Materialien und der gesamten Anlage gewährleistet und sogar verlängert werden, ist der Korrosionsschutz bei Bauteilen aus Metallen unabdingbar: Umweltbedingungen, Oxidation, Abrieb und verschiedene andere Phänomene können die Lebensdauer der Bauteile beeinträchtigen. Mit dem richtigen, geeigneten Schutz kann diese jedoch sichergestellt und letztendlich verlängert werden – wodurch zusätzliche Kosten für Reparaturen oder Ersatzteile vermieden werden.

Im nächsten Artikel beschäftigen wir uns mit dem Verhalten der zum Korrosionsschutz bei den meisten Anwendungsfällen verwendeten Materialien.

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