Korrosionsbeständige Metalle: Wie man das richtige für sein Projekt auswählt

Die natürliche Korrosionsbeständigkeit von Metallen und deren Legierungen ist einer der Gründe für die hohe Beliebtheit von unter anderem Aluminium oder Titan. Die Beständigkeit gegen die schrittweise Verschlechterung der Oberfläche (und im Laufe der Zeit auch der tieferen Schichten) eines Metalls infolge des Kontakts mit der äußeren Umgebung ist in einer Vielzahl von Branchen wichtig - von Haushaltsgeräten über die Medizin und das Bauwesen bis hin zur Automobil- oder Luftfahrtindustrie. Der Grad der Korrosionsbeständigkeit ist ein wichtiger Parameter, der bei der Auswahl der richtigen Metalllegierungen für die Herstellung von Teilen berücksichtigt werden sollte.

Was ist die Korrosionsbeständigkeit von Metalllegierungen?

Die Korrosionsbeständigkeit eines Metalls kann als das thermodynamische Gleichgewicht zwischen der Umgebung und der Metalloberfläche definiert werden. Anders ausgedrückt - ob die Umgebung, in der sich die Metalllegierung befindet, keine spürbare Oxidationsreaktion hervorruft, die zu Oberflächenschäden führt. Korrosionsbeständige Metalllegierungen bewahren ein relatives Gleichgewicht zwischen Oxidationsprozessen, die zu einer Korrosion führen, die im Laufe der Zeit nur schwer zu erkennen ist. 

Manche Metallarten haben eine natürliche Korrosionsbeständigkeit - zu den in der Industrie verwendeten gehören Aluminium- (Aluminium), Kupfer- oder Titanlegierungen. Dabei handelt es sich um Materialien, deren Oberfläche oxidiert, die aber eine natürliche Korrosionsbeständigkeit aufweisen - so entsteht beispielsweise auf der Oberfläche von Aluminium bei Kontakt mit der atmosphärischen Luft eine dünne Oxidschicht, die das Innere des Teils schützt. Andererseits ist eine übliche Methode zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit eines Metalls die Oberflächenbehandlung (Galvanisierung) zur Verbesserung der Oberflächenleistung. Unter diesen Verfahren sind das Eloxieren von Aluminium und Titan oder die Sättigung der Stahloberfläche mit Elementen (z.B. die Herstellung eines galvanischen Zinküberzugs, gemeinhin als 'Verzinkung' bezeichnet) zu nennen.

Außerdem können sie gestrichen (mit Farben, Lacken) oder mit Korrosionsschutzmitteln beschichtet werden (z. B. Cerakote-Beschichtung). Es ist bemerkenswert, dass Edelmetalle die einzigen Metalle sind, die über eine sehr hohe Beständigkeit gegen Korrosionsprozesse auf der gesamten Oberfläche verfügen (insbesondere bei Gegenständen aus Gold, Platin oder Silber, mit einem geringen Anteil an Legierungszusätzen). Aufgrund ihres hohen Preises werden andere Arten von Materialien in der Industrie in viel größerem Umfang verwendet. 

Arten der Metallkorrosion

Mit einigen (seltenen, um nicht zu sagen edlen) Ausnahmen - korrodieren Metalle. Rost, d.h. Metalloxide und -hydroxide (daher: Oxidation), erscheint auf ihrer Oberfläche und ist das erkennbarste Zeichen dieses Phänomens. In der Literatur wird zwischen den beiden wichtigsten Korrosionsarten nach ihrer Ursache unterschieden:

chemische Korrosion - d.h. eine chemische Reaktion zwischen der Oberfläche des Metalls und der Umgebung, in der es sich befindet (trocken), ohne die Einwirkung von elektrischem Strom. Bei dieser Art der Korrosion handelt es sich um aktive chemische Verbindungen wie Sauerstoff (O2), Kohlendioxid (CO2) oder Chlorwasserstoff (HCl), 

elektrochemische Korrosion - d.h. sie entsteht durch elektrochemische Prozesse, die zum Entstehen der oben erwähnten Differenz der elektrischen Potentiale und damit zur Oxidation des Metalls und zur Bildung eines Verlustes in der betroffenen Stelle in Form einer Schicht aus Metalloxiden und Hydroxiden führen. Als Beispiel für elektrochemische Korrosion sei die Reaktion zwischen Stahl und Wasser genannt - das Metall ist ein Leiter und seine Struktur ist nicht homogen und die Oberfläche weist unterschiedliche Standardpotenziale auf; das Wasser hat eine gewisse Ionenleitfähigkeit, die zu dem Potenzialfluss führen kann, der diese Form der Korrosion kennzeichnet. Was für den Durchschnittsbürger so aussieht, als ob Stahl in Kontakt mit Wasser rostet, ist in Wirklichkeit ein wesentlich komplexerer Prozess. Natürlich sind einige Medien aggressiver und können schneller eine Korrosionsreaktion auslösen (z.B. Salzwasser, insbesondere in Regionen mit hohem Salzgehalt), insbesondere bei korrosionsanfälligen Metallen (z.B. Stahl ohne galvanische Behandlung). 

Bei der Metallkorrosion selbst können verschiedene Arten der Korrosion unterschieden werden: 

1. Lochfraßkorrosion - diese führt zur Entstehung von tiefen " Löchern " in der Metalloberfläche, die in Bereichen der Struktur auftreten, die für die anodische und kathodische Reaktion (d.h. den Ionenfluss) anfälliger sind, was zur Bildung eines Lochs führt,

2. Kontaktkorrosion (Kontaktkorrosion) - dabei handelt es sich um die Korrosion der Oberfläche eines weniger edlen Metalls infolge des Kontakts mit einem edleren Metall. Ein gutes Beispiel für diesen Prozess sind Schrauben, mit denen größere Metallteile befestigt sind - wenn sie aus einem unedleren Metall bestehen, können sie zu einem Korrosionshemmer werden. Interessanterweise wird dieser Prozess auch zur Vermeidung von Korrosion eingesetzt, zum Beispiel in Pumpstationen, die Kupfer verwenden, um Edelstahlrohre vor Oxidation zu schützen,

Es sollte hinzugefügt werden, dass die Beschleuniger des Prozesses Faktoren wie hohe Temperaturen, mechanische oder chemische Schäden an der Oberfläche sein können. Daher können auch kleine Mängel in der Schutzbeschichtung einer Autokarosserie - z.B. durch Steinschläge - zu einem Korrosionsherd werden, insbesondere während der Zeit der intensiven Salzstreuung auf den Straßen (die Korrosionsprozesse beschleunigt). 

Welche Metalle haben eine natürliche Korrosionsbeständigkeit? 

• Die Metalle mit einer hohen natürlichen Korrosionsbeständigkeit umfassen: 
• Edelmetalle (Platinmetalle, Cuprate), 

Halbedelmetalle (obwohl es sich hierbei um eine konventionelle Kategorie handelt, umfasst sie Metalle mit niedriger Reaktivität, die häufig zur Beschichtung der Oberfläche anderer Metalle, wie z.B. Edelstahl, verwendet werden), wie Kupfer, Chrom, Nickel oder Zink, die üblicherweise in galvanischen Verfahren (Verkupferung, Verchromung, Vernickelung bzw. Verzinkung) verwendet werden, 

• andere Metalle mit niedriger Reaktivität, wie z.B. Aluminium (das aufgrund seiner guten bis sehr guten Korrosionsbeständigkeit - je nach Legierungsserie - häufig in der maschinellen Bearbeitung verwendet wird) oder Titan. Wichtig: Auch diese Metalle können oxidieren, aber die oxidierte Oberfläche von Aluminium sieht anders aus als die von Stahl oder Eisen - sie ist nicht (buchstäblich) erzhaltig, sondern ähnelt einer weißen Beschichtung. 

Bei anderen Materialien, wie z.B. rostfreiem Stahl, wird die Oberflächenbeständigkeit gegen Oxidation durch entsprechende Legierungszusätze (in diesem Fall durch den Chromgehalt) erhöht. Es gibt auch andere Möglichkeiten, Teile vor Metallkorrosion zu schützen - dazu gehören Oberflächenveredelungsverfahren wie: 

• Galvanotechnik im weiteren Sinne, d.h. chemische und elektrochemische Verfahren, die darauf abzielen, eine korrosionsbeständige Oxidschicht auf der Metalloberfläche zu erzeugen. Zu diesen Verfahren gehören das Verchromen, das Eloxieren von Aluminium oder das Verzinken. Es ist bemerkenswert, dass der Grad des Schutzes durch dieses Verfahren sowohl von der Art der Legierung als auch von der Dicke der Oxidschicht abhängt, 
• Pulverbeschichtung - wird häufig aufgrund der ausreichenden Schutzparameter und des relativ niedrigen Preises gewählt, 
• traditionelles Lackieren - wird häufig in der Automobilindustrie verwendet und bietet einen ausreichend guten Schutz gegen Rost, aber die mechanische Widerstandsfähigkeit ist merklich geringer. 
  
  
  

Skala für Korrosionsbeständigkeit

Es gibt viele Methoden und Skalen, um die Korrosionsbeständigkeit von Metalllegierungen zu beschreiben. Die weithin anerkannte Methode ist nach wie vor die, die in der Enzyklopädie der Technik vorgestellt wird. Metallurgie von 1978 vorgestellt wurde, die eine gleichmäßige (sogenannte allgemeine) Korrosion beschreibt. Sie basiert auf einer Bewertung der Korrosionsrate eines Metalls über einen bestimmten Zeitraum (12 Monate) und ermöglicht eine Einschätzung, wie widerstandsfähig eine bestimmte Legierung gegenüber diesem Prozess ist. 

1. Als vollständig beständig (Gruppe I) werden alle Legierungen beschrieben, die in einem Umfang von >0,001 mm pro Jahr korrodieren (Schweregrad = 1). 

2. Als hochbeständig (Gruppe II) werden die Legierungen bezeichnet, die in einem Umfang von 0,001 bis 0,01 mm pro Jahr korrodieren (Akzeptanzgrad = 2-3). 

3. Als widerstandsfähig (Gruppe III) werden Legierungen bezeichnet, die in einem Ausmaß von 0,01 bis 0,1 mm pro Jahr korrodieren (Odp.-Grad = 4-5). 

4. Als weniger widerstandsfähig (Gruppe IV) werden Metalllegierungen bezeichnet, die in einem Ausmaß von 0,1 bis 1 mm pro Jahr korrodieren (Schweregrad = 6-7).

5. Als wenig widerstandsfähig (Gruppe V) werden Metalllegierungen bezeichnet, die in einem Ausmaß von 1 bis 10 mm pro Jahr korrodieren (Schweregrad = 8-9). 

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