Prinzipien und Anwendungen des Korrosionsschutzes. Beschichtung von metallischen Objekten

Inhalt

1. Prinzipien und Anwendungen des Korrosionsschutzes
1.1 Örtliche Korrosion ohne mechanische Beanspruchung
1.1.1 Flächenkorrosion (Gleichmäßig)
1.1.2 Lochkorrosion
1.1.3 Muldenkorrosion
1.1.4 Spaltkorrosion
1.1.5 Kontaktkorrosion
1.2 Örtliche Korrosion mit mechanische Beanspruchung
1.2.1 Spannungsrisskorrosion
1.2.2 Schwingungsrisskorrosion
1.2.3 dehnungsinduzierte Korrosion
1.2.4 Erosionskorrosion / Kavitationskorrosion

2. Korrosionsschutz
2.1 Kathodischer Korrosionsschutz
2.2 Inhibitoren
2.3 Kurzeitiger / Langzeitiger-Korrosionsschutz

3. Umgebungsbedingungen

4. Werkstoffe
4.1 Zusammensetzung der Stähle
4.1 Konstruktion
4.1.1 Kanten
4.1.2 Schweißstellen

5 Oberflächenvorbereitung
5.1 Begriffe / Ziele
5.2 Bewertung und Prüfung des Oberflächenzustands
5.3 Fehler an unbeschichteten Stahloberflächen

6. Überprüfung der Oberfläche
6.1 Klebeband-Test
6.2 Bresle-Test
6.3 Schichtdickenprüfung
6.4 Nachweis von Ölen, Fetten etc

7. Verunreinigungen
7.1 Verunreinigungen
7.2 Verunreinigungen Arten

8. Applikation
8.1 Applikationsverfahren
8.2 Beschichtung
8.3 Beschichtung

1. Prinzipien und Anwendungen des Korrosionsschutzes

Im Korrosionsschutz kann unterschieden werden zwischen den Korrosionsprozessen die ohne mechanische Beanspruchung ablaufen und Korrosionsprozessen die mit mechanische Beanspruchung ablaufen. In der Übersicht (Abb.1), werden die einzelnen Erscheinungsformen dargestellt.

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Abb.1 Übersicht Erscheinungsform

1.1 Örtliche Korrosion ohne mechanische Beanspruchung

1.1.1 Flächenkorrosion (Gleichmäßig)

In der DIN 50900, Teil 1 wir die gleichmäßige Flächenkorrosion als eine Korrosionserscheinung mit annähernd gleichmäßigem Angriff bzw. Abtrag auf der gesamten Werkstoffoberfläche definiert. Der angegriffene Sektor, entspricht der Berührungsfläche des angreifendem Medium. Damit die Beurteilung von Erscheinungsformen vorgenommen werden können, müssen Deckschichten (Korrosion von Stählen) entfernt werden. Inhibierte Salzsäure wird genutzt, um un- und niedriglegierte Stähle von anhaftenden ostschichten zu befreien. Da einige Korrosionsangriffe bei der visuellen Betrachtung gleichmäßig aussehen, kann man bei der Betrachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop diese durchaus genauer lokalisieren und die Erscheinungsform wahrnehmen. Die Angabe von Abtragsraten bei Korrosion, erfolgte in der Einheit g/m² * h bzw. mm/a.

1.1.2 Lochkorrosion

Die am häufigsten auftretende Korrosion an passiven Metallen ist die Lochkorrosion.

Bei dieser Korrosionsart erfolgt der Angriff kraterförmig, die Oberfläche unterhöhlend oder in Form nadelstichartiger Vertiefungen. Es liegt kein Flächenabtrag außerhalb vom Lochfraßstellen vor. In der Regel, ist die Tiefe gleich oder größer als der Durchmesser. Bedingt durch das ähnliche aussehen, ist eine Unterscheidung zwischen der Lochkorrosion und der Muldenkorrosion schwierig. An Werkstoffen wie z.B. austenitischen Chrom-Nickel-Stählen in Chlorid haltigen kann Lochkorrosion häufig auftreten. Die Lochkorrosion kann aber auch auftreten, wenn die Beschichtung beschädigt wurde. Es ist zu beachten, dass die Form der Löcher unterschiedlich sein kann. Sobald Passivschichten lokal zerstört sind, beginnt der Lochfraß. Die häufigsten Angriffsstellen, sind Schnittkanten oder Kratzer der Werkstoffoberflächen bzw. Einschlüsse im Werkstoff. Durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung durch ein Beschichtungssystem kann eine verbesserte Beständigkeit erzielt werden.

1.1.3 Muldenkorrosion

Sobald ein gleichmäßiger Flächenabtrag an einen Bauteil vorhanden ist, handelt es sich um die Korrosionserscheinung Muldenkorrosion. Bei der Muldenkorrosion ist der Durchmesser größer als ihre Tiefe. Eine Ursache für die Muldenkorrosion ist eine örtlich unterschiedliche Korrosionsbelastung wie z.B. Konzentration der Medien, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten oder unterschiedliche Temperaturen. Der Abtrag erfolgt muldenförmig bis zum anschließenden Durchbruch oder bis zum mechanischen Versagen des Bauteils. Die Korrosionsgeschwindigkeit ist in der DIN 50905 nachzulegen.

1.1.4 Spaltkorrosion

Spaltkorrosion findet häufig in konstruktionsbedingten Spalten statt. Diese werden durch physikalischen, chemischen und elektrochemischen Besonderheiten der Spaltsituation hervorgerufen. Die Kritische Spaltenbreite liegt bei 1mm.

1.1.5 Kontaktkorrosion

Die Kontaktkorrosion tritt immer dann auf, wenn mindestens zwei metallisch leitend miteinander verbundenen Metalle, die in der gleichen Elektrolytlösung verbunden sind. Einige Beispiele für die Kontaktkorrosion sind z.B. Mischinstallationen im Sanitärbereich oder in Verwendung von verschiedenen Materialen. In der Regel, löst sich das unedlere Metall vor dem edleren Metall auf.

1.2 Örtliche Korrosion mit mechanische Beanspruchung

Für die zuvor beschriebenen Korrosionsarten, benötigten für ihre Entstehung keine äußere mechanische Beanspruchung. Treten jedoch mechanische oder elektrochemische Beanspruchungen auf, so weißt es auf folgende Korrosionsarten hin.

1.2.1 Spannungsrisskorrosion

Eine Spannungsrisskorrosion ist dann gegeben, wenn die folgenden Faktoren zusammenwirken

- Überschreiten des Zugspannungsniveaus
- Überschreiten kritischer Systembedingungen
- Überschreiten Konzentration des spezifischen Angriffsmittels

Die Folge von einer Spannungsrisskorrosion sind inter- oder transkristallin verlaufende verformungsarme.

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Abb. 2 Voraussetzung für das Auftreten von Spannungsrisskorrosion

1.2.2 Schwingungsrisskorrosion

Durch das Zusammenwirken von Korrosion und mechanischer Wechselbelastung entsteht Schwingungsrisskorrosion. Ein Riss bei dieser Korrosion, bildest sich verformungsarm mit meist transkristallinem Verlauf.

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Abb. 3 Wöhler-Diagramm

1.2.3 dehnungsinduzierte Korrosion

Sowohl Schwingungsrisskorrosion als auch Spannungsrisskorrosion sind mit der dehnungsinduzierten Korrosion verwandt. Dieses ist eine örtliche Korrosion unter Rissbildung.

1.2.4 Erosionskorrosion / Kavitationskorrosion

Beide dieser Korrosionsarten werden durch strömende Medien verursacht. Erosionskorrosion ist die Folge des Zusammenwirkens von mechanischen Oberflächenabtragungen und Korrosion, wobei die Korrosion durch erosive Zerstörung von den Schutzschichten oberhalb einer werkstoffbezogenen kritischen Strömungsintensität ausgelöst wird. Jeder Werkstoff kann Erosionskorrosion erleiden.

2. Korrosionsschutz

2.1 Kathodischer Korrosionsschutz

Der Kathodischer Korrosionsschutz wird entweder durch eine galvanische Anode oder durch ein von außen aufgeprägten elektrischen Gleichstrom erfolgen. Der Strom bewirkt eine Polarisation des Schutzobjektes in einem Potentialbereich, in der die Korrosionsgeschwindigkeit verlangsamt wird. Diese Schutzart, kann für Rohre, Behälter etc. eingesetzt werden. Für einen kathodischen Schutz mit Hilfe von galvanischen Anoden, werden entsprechende Werkstoffe verwendet, die edler sind als das zu schützende Objekt. In der Regel ist der Werkstoff Magnesium oder Zink. Das Magnesium/Zink zersetzt sich somit zuerst.

2.2 Inhibitoren

Die Inhibitoren haben die Aufgabe, den Werkstoff so zu beeinflussen, dass die Korrosionsgeschwindigkeit auf ein technisch akzeptables Maß gesenkt wird. Die Inhibitoren reagieren mit der Metalloberfläche entweder durch Adsorption oder Chemisorption. Hierbei bilden sich dünne Schutzfilme auf der Oberfläche des Metalls.

Chemische Inhibitoren

Diese werden durch chemische Reaktionen an der Metalloberfläche gebunden, hierbei liegt die Bindungsenergie im Vergleich zu Physisorption um den Faktor 10-15 höher.

Physikalische Inhibitoren

Diese werden durch van-der-Waals-Kräfte auf der Metalloberfläche adsorviert. Im idealen Fall bildet sich ein homogener, hydrophober Film auf der Oberfläche aus.

2.3 Kurzeitiger / Langzeitiger-Korrosionsschutz

Um Werkstücke vor der Witterung etc. entsprechend schützen, können diese kurzeitig durch:

- Fette, Öle, Wachse
- Korrosionsinhibitore
- Konversionsschichten

Geschützt werden.

Eine Langzeitkorrosion wird durch metallische Überzüge, anorganische Schichten und organische Beschichtungen erreicht. Weiterhin kann man die Korrosionsgeschwindigkeit auf akzeptable Werte so reduzieren.

3. Umgebungsbedingungen

Nachdem die Applikation an einem Bauteil durchgeführt wurde, sind optimale Umgebungsbedingungen erwünscht. Ist die relative Luftfeuchtigkeit erhöht und der Luftdruck zu hoch oder zu niedrig, beeinflusst es die Qualität und man muss mit Schäden am Bauwerk rechnen. Deswegen muss auch das Beschichtungssystem an den jeweiligen Standort angepasst werden.

Für den Standort der Bauwerke, müssen die Klimagebiete, Witterungseinflüsse, Atmosphärentypen berücksichtigt werden. Die Korrosionsgeschwindigkeit wird direkt von der Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Desweitern ist die Verunreinigung der Atmosphäre auch ein entscheidender Faktor, hier spielen die korrosiven Bestandteile wie Schwefeldioxid, Chloride etc. eine entscheidende Rolle. Die Atmosphäre wird in 4 gebiete unterteilt.

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Diese verschiedenen Atmosphärentypen sind bei dem Beschichtungssystem zu beachten.

Neben den Atmosphären werden die Umgebungen auch noch in entsprechende Umgebungsbedingungen eingeteilt. Um die Korrosionsbelastung der örtlichen Umgebungsbedingungen abschätzen zu können werden Standardproben aus niedrig legiertem Stahl und Zink entsprechend ausgelagert

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Ausführliche Informationen sind entsprechend in der Norm DIN EN ISO 12944-2 nachzulesen.

Das Korrosionsverhalten in Wasser ist abhängig von der Art des Wassers, wie etwa Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, vom Sauerstoff und von den gelösten Bestandteilen.

Im Stahlbau werden drei unterschiedliche Zonen definiert.

- Unterwasserzone, diese Zone ist ständig vom Wasser unterspülte. Dadurch das das Bauwerk Unterwasser ist, ist der Sauerstoffgehalt geringer und somit sinkt auch die Korrosionsgeschwindigkeit.
- Wechselwasserzone, diese ändert sich durch Schwankungen des Wasserspiegels sie können sowohl künstlich als auch natürlich sein.
- Spritzwasserzone, hier wird das Bauwerk regelmäßig durch Wellenschlag und Spritzwasser befeuchtet. Zusammen mit der atmosphärischen Belastung, wird hier eine besonders hohe Korrosionsgeschwindigkeit beobachtet.

4. Werkstoffe

4.1 Zusammensetzung der Stähle

Ein stahl setzt sich wie folgt zusammen (siehe Abbildung 4):

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Abb. 4 Zusammensetzung Stahl

Die Herstellungsart von Stahl wird unterschieden in kaltgewalzte Erzeugnisse dieses umfasst alles was t < 3mm ist (Dünnwandige Erzeugnisse) und Warmgewalzte Erzeugnisse hier liegen die Herstellungsbedingung bei <950°C. Dieses führt zu Walz haut auf der Stahloberfläche, die Rostbildung begünstigen kann.

Ein Stahl mit mindestens 13% Chrom verfügt über eine sogenannte Passivschicht. Hierrunter versteht man das sich der Werkstoff mit einer Schutzschicht versieht. Diese führ zu einer Verlangsamung der Korrosion. Die Oxidschicht oder auch Passivschicht, trennt Werkstoff und Medium voneinander.

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Abb. 5 Passivschicht

Alle nichtrostenden Stähle sind nur beständig, wenn die Passivschicht dich ausgebildet ist. Eine Passivschicht entsteht unter Einwirkung von Sauerstoff und ist nur wenige nm dick. Jede Oberflächenreinigung stört die Regeneration der Passivierung.

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