Korrosion

Was ist Korrosion?

Die Korrosion ist ein Prozess, bei welchem ein Werkstoff mit Stoffen aus seiner Umgebung, beispielsweise Sauerstoff , reagiert. Dabei werden die Eigenschaften des Werkstoffes so verändert, dass seine Funktion beeinträchtigt wird.

In der Chemie sprichst du von chemischer oder elektrochemischer Korrosion, wenn Metalle sich durch Kontakt mit Luftsauerstoff oder Wasser verändern. Bei der Korrosion verändern sich Eigenschaften, wie beispielsweise der metallische Glanz oder die Masse.

In anderen Fachgebieten hat der Begriff Korrosion unterschiedliche Bedeutungen:

• Zerstörung von Gewebe (Medizin) 
• Verwitterungsprozesse bei Gesteinen (Geologie) 

Korrosion Chemie

Meist meint der Begriff der Korrosion umgangssprachlich die chemische oder die elektrochemische Korrosion.

Dabei wird die Oberfläche eines Metalls durch Redoxreaktionen mit Stoffen aus der Umgebung verändert oder zerstört. Korrodiert ein Metall, so verändert es sich hinsichtlich seiner Eigenschaften.

Chemische Korrosion

Von chemischer Korrosion sprichst du, wenn die Oberfläche eines Metalls mit gasförmigen Korrosionsmedien (z. B. Sauerstoff) reagiert. Dabei bildet sich auf der Metalloberfläche eine sogenannte Oxidschicht aus. Das nennst du auch Passivierung.

Die Passivierung kann schon bei Raumtemperatur stattfinden, beschleunigt sich aber bei höheren Temperaturen. Chemische Korrosionsprozesse können in vielen Fällen störend sein, da sie die besonderen Eigenschaften von Metallen (z. B. Leitfähigkeit) verschlechtern.

Jedoch können Metalle auch vor der Oxidschicht geschützt werden. Beispielsweise entsteht auf Aluminium eine Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Das Aluminium ist somit passiviert.

Elektrochemische Korrosion

Bei der elektrochemischen Korrosion sind zwei Metalle und eine Elektrolytlösung, also elektrisch leitende Flüssigkeit, beteiligt. Einen solchen Aufbau bezeichnest du auch als galvanische Zelle .

Hierbei benötigst du ein unedles und ein edles Metall. Beide Metalle stehen hierbei meist im direkten Kontakt zueinander. Das unedle Metall gibt nun Elektronen an das edle Metall ab, es wird also oxidiert . Folglich nimmt das edle Metall die Elektronen auf.

Am edlen Metall können die Elektronen nun von H₃O⁺-Ionen aus dem Elektrolyt aufgenommen werden, wobei Wasserstoff (H₂) entsteht:

2 H₃O⁺ → 2 H₂O + H₂

Die Atome des unedlen Metalls gehen als Ionen in die Elektrolytlösung. Das unedle Metall wird also zersetzt.

Welche Metalle als edel oder unedel gelten, findest du in der elektrochemischen Spannungsreihe. Schau dir hier unser Video zu der elektrochemischen Spannungsreihe an!

Korrosionsarten

In der Technik unterscheidest du zwischen verschiedenen Korrosionsarten. Einige Beispiele sind:

• Flächenkorrosion
• Lochkorrosion
• Interkristalline Korrosion

Kriterien für die Unterteilung sind vor allem das Material, die Ursache und das Erscheinungsbild der Korrosion.

Interkristalline Korrosion

Die Interkristalline Korrosion, auch Kornzerfall genannt, tritt bei Legierungen auf. Legierungen sind Gemische aus zwei oder mehreren Metallen, die durch Zusammenschmelzen entstehen.

Jegliche Art von metallischem Werkstoff, also auch Legierungen, zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einer Vielzahl von sogenannten Körnern bestehen. Die Körner sind durch Korngrenzen voneinander getrennt.

Interkristalline Korrosionsvorgänge finden genau bei den Korngrenzen statt, also zwischen den Körnern. Hierbei bleibt das Korninnere unversehrt.

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Interkristalline Korrosion bezieht sich vor allem auf Stähle. Stahl ist in den meisten Fällen eine Legierung aus Eisen und geringen Mengen an Kohlenstoff und anderen Metallen.

Voraussetzungen für die interkristalline Korrosion sind die Anwesenheit von Chrom und Kohlenstoff sowie erhöhte Temperaturen.

Aluminium Korrosion

Das Phänomen der interkristallinen Korrosion findet ebenfalls bei Aluminiumlegierungen statt. Hierbei sind die Korrosionsprozesse auf Verarmung der Elemente Silicium und Magnesium und der Anreicherung von Kupfer an den Korngrenzen zurückzuführen.

Korrosionsschutz

Damit ein metallischer Stoff nicht korrodiert, kannst du Korrosionsschutz betreiben. Denn die Korrosionsbeständigkeit der verschiedenen Metalle ist unterschiedlich. Grundsätzlich unterscheidest du zwischen aktivem und passivem Korrosionsschutz.

Nachfolgend stellen wir die Opferanode als Form des aktiven Korrosionsschutzes vor.

Galvanische Korrosion und Opferanode

Von galvanischer Korrosion, auch Kontaktkorrosion oder Bimetallkorrosion genannt, sprichst du, wenn ein unedles Metall und ein edles Metall in direktem Kontakt zueinander stehen. Sie ist somit elektrochemischer Natur. Du hast durch den direkten Kontakt beider Metalle einen geschlossenen Stromkreis.

Als Elektrolyt reicht dann bereits ein Feuchtigkeitsfilm. Das unedle Metall löst sich auf und wird oxidiert und das edle Metall wird durch die Aufnahme von Elektronen reduziert.

Du nutzt das Prinzip gezielt bei Opferanoden. Hierbei wird neben dem zu schützenden Element die Opferanode (z. B. aus Magnesium oder Zink) geschaltet. Die Opferanode löst sich dann an Stelle des zu schützenden Metalls auf.

Kupfer Korrosion

Kupfer kann durch eine Opferanode davor bewahrt werden, zu korrodieren. Hierbei verwendest du beispielsweise eine Eisenelektrode.

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Das Eisen ist das unedlere Metall und löst sich somit als Erstes auf. Am Kupfer findet nun die Reduktion von Sauerstoff und Wasser statt, wobei die Elektronen aus dem Eisen stammen.

Fe → Fe²⁺ + 2 e^–

½ O₂ + H₂O + 2 e^– → 2 OH^–

Messing Korrosion

Messing bezeichnet eine Legierung aus Kupfer und Zink. Der Zinkanteil kann dabei bis zu 40 % betragen. Meist wird der Zinkanteil durch Korrosionsvorgänge aufgelöst. Du sprichst dann auch von Entzinkung. Messing sollte niemals in Kontakt zu größeren Bauteilen aus Stahl stehen, da es sonst als Opferanode wirkt.

Oxidation

Du kennst dich jetzt mit dem Thema Korrosion gut aus. Dabei können sich unedle Metalle unter Oxidation auflösen. Wenn du mehr über die Oxidation wissen willst, schau ich dir unser Video dazu an!