Korrosionsverhalten von Werkstoffen

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Einführung

Metalle rosten bzw. korrodieren. Dies ist ein ganz natürlicher Prozess, welcher leider dazu führt, dass wichtige Bauteile wie ein Blechdach, ein Balkongeländer (Brüstung), Schrauben, Bewehrungsstahl usw. ihre Funktion nur eingeschränkt oder gar nicht erfüllen können. Dadurch ist es erwünscht, die Korrosion zu stoppen bzw. stark zu verlangsamen.

Korrosion - ein natürlicher Prozess

Warum kommt es zum Rosten bzw. fachmännisch ausgedrückt: zur Korrosion?

Alle Metalle stammen aus Erzen, die vorzugsweise in Minen gefördert werden. Bei einem Erz handelt es sich um ein heterogenes Material, welches aus Metalloxid und Verunreinigungen bzw. Gestein besteht. Die Molekülverbindung ist stabil und energiearm. Um das Metalloxid von den ungewünschten Verunreinigungen zu trennen, mit dem Ziel einen homogenen Werkstoff zu erhalten, wird das Erz in einem Hochofen verhüttet. Unter hoher Temperatur trennen sich Metalloxid und die Verunreinigungen. Die Verunreinigungen werden als Schlacke bezeichnet. Das Ergebnis ist Metall.

In der Erkenntnis zur Herstellung von Metall liegt auch die Ursache der Korrosion begründet. Bei der Verhüttung wird viel Energie dem Eisenerz hinzugegeben. Somit handelt es sich bei Metall um ein energiereiches Material, welches jedoch auch im Vergleich zum Erz instabiler ist. Metall möchte wieder zu einem energiearmen Material werden. Der energiearme Zustand ist das Ausgangsprodukt von Metall: Metalloxid.

Bei Korrosion handelt es sich um einen elektrochemischen Vorgang. Damit Korrosion entstehen kann, ist eines der folgenden Korrosionsmedien notwendig:

Wasser
Sauerstoff
stimulierende Chemikalien:
- Salze (Auftausalze)
- aggresive Gase (SO2, NOx, CO)
- Chloride (Meerwasserbeanspruchung)

Welche Korrosionsarten gibt es?

Je nach Material gibt es unterschiedliche Korrosionsarten:

Rotrost (Stahl)
Weißrost (Aluminium, Zink)

Schutz vor Korrosion

Damit Metalle zu Metalloxiden umgewandelt werden können, sind die Korrosionsmedien Sauerstoff, Wasser und stimulierende Chemikalien wie Salze, aggressive Gase oder Chloride notwendig. Um den Korrosionsprozess zu verlangsamen, ist es notwendig, die Oberfläche von Metallen vor Sauerstoff und Wasser zu schützen. Hierzu gibt es folgende Möglichkeiten:

Nasslackbeschichtung
Pulverlackbeschichtung
Überzug einer Zinkschicht
Natürliche Oxidschicht
Eloxal

Passiver Korrosionsschutz

Nasslackbeschichtung

Bei einer Nasslackbeschichtung handelt es sich um eine oftmals einkomponentige Schutzmöglichkeit, welche einfach und schnell anwendbar ist. Vorteil ist, dass Nasslacke keine besonderen Bedingungen benötigen und somit auch auf der Baustelle aufgebracht werden können. Ebenfalls sind diese preiswert und haben eine hohe Verfügbarkeit. Darüber hinaus sind tiefgreifenden Kenntnisse für die Verarbeitung notwendig.

Nasslacke können auf nahezu allen Materialien aufgebracht werden. Um einen ausreichenden Verbund zwischen Material (Metall) und Beschichtung herzustellen, ist eine Grundierung notwendig. Die Grundierung sorgt als Haftvermittler.

Pulverlackbeschichtung

Wie auch bei der Nasslackbeschichtung handelt es sich bei einer Pulverbeschichtung um einen einkomponentigen Korrosionsschutz. Namensgebend liegt das Material im Ausgangszustand in Pulverform da. Dadurch ist es unbegrenzt haltbar. Nachteilig ist, dass eine Pulverbeschichtung hohe Temperaturen benötigt.

In einem Ofen polymerisiert unter hoher Temperatur das Pulver. Es entsteht ein Kunststoffüberzug mit einer Schichtstärke von 80 – 100 mµ bzw. 0,08 – 0,1 mm. Vorausgesetzt der Hitzebeständigkeit, können nahezu alle Metalle mit einer Pulverbeschichtung beschichtet werden.

Überzug einer Zinkschicht

Eine Verzinkung von Metallen kann nur bei Stählen angewandt werden. Dabei wird eine dünne, jedoch hoch korrosionsbeständige Schicht mit Titananteil aufgetragen. Wie auch die Pulverlackbeschichtung ist eine Verzinkung von Metallen aufwändig und daher auf der Baustelle nicht ausführbar.

Natürliche Oxidschicht

Der einfachste und preiswerteste Schutz vor Korrosion ist es, die Oberfläche dünnschichtig korrodieren zu lassen. Dabei bildet sich eine Oxidschicht in Form von Korrosion, welche verhindert, dass der Korrosionsprozess bis in die Tiefe des Materials voranschreiten kann. Voraussetzung ist, dass das Material eine derartige Oxidschicht ausbilden kann.

Eloxal

Eine Eloxierung funktioniert nur bei dem Material Aluminium. Eine Eloxalschicht ist extrem dünn, jedoch auch sehr haltbar und lange beständig. Durch Zugabe von Farbstoffen ist es möglich, die Farbe der Eloxalschicht zu beeinflussen.

Aktiver Korrosionsschutz

Durch den Einsatz von korrosionsbeständigen Materialien, wird Rost bzw. Korrosion aktiv vermieden. Hierbei gilt Edelstahl als Werkstoff, welcher grundsätzlich nicht korrodiert. Dies ist aber nicht korrekt. Edelstahl bedeutet in erster Linie erst einmal nur, dass der Werkstoff ein edler Stahl ist. Wie der Begriff vermuten lässt, gibt es verschiedene Abstufungen. So ist V2A Edelstahl unedler als V4A Edelstahl. Je nach Beanspruchung und Einfluss kann auch Edelstahl korrodieren.

Alterung von Beschichtungen

Beschichtungen altern durch Einflüsse der Umgebung:

UV-Beanspruchung (Farbstabilität, Kreidungsverhalten)
Korrosionsangriff infolge Korrosionsmedien (Unterwanderung, Unterrostung, Blasenbildung)
Chemikalien (Mörtel, Handschweiß)
mechanische Beanspruchung (Spannungsrisse, Sandsturm, Platzregen)
thermische Belastung (Kälte, Wärme, Temperaturwechsel)

Haltbarkeit - ISO 12944

Da Korrosion ein natürlicher Prozess ist und nicht gänzlich gestoppt, sondern nur verlangsamt werden kann, wird in der ISO 12944 einheitlich die sogenannte Schutzdauer eingeteilt:

kurz (low) -> bis 7 Jahre
mittel (medium) -> 7 bis 15 Jahre
lang (long) -> 15 bis 25 Jahre
sehr lang (very high) -> über 25 Jahre

Dabei gilt die Schutzdauer eines Beschichtungssystems bis zur ersten Instandsetzung. Eine Instandsetzung ist ab einem Anteil von mehr als 20 % Korrosion notwendig.

Um die obigen Angaben näher zu präzisieren, sind in der ISO 12944 Korrosivitätskategorien aufgeführt. Es gibt folgende Kategorien:

C1 (unbedeutend)
- innen: beheizte Gebäude
C2 (gering)
- innen: ungeheizte Räume mit Kondenswasser
- außen: Atmosphäre mit geringer Verundreinigung (ländliches Klima)
C3 (mäßig)
- innen: Räume mit hoher Feuchte und Luftverunreinigungen
- außen: mäßige Stadt- und Industrieatmosphäre, Küstenbereich mit geringer Salzbelastung
C4 (stark)
- innen: Chemieanlagen, Schwimmbäder
- außen: industrielle Bereiche und Küsten mit mäßiger Salzbelastung
C5 (sehr stark)
- innen: Starke Verunreinigungen und ständige Kondensation
- außen: Industrie mit hoher Feuchte und aggressive Atmosphäre, Küstenbereiche mit hoher Salzbelastung
CX (extrem)
- innen: Industrie mit extremer Luftfeuchte und aggresiver Atmosphäre
- außen: Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung und Industrie mit extremer Luftfeuchte und aggressiver Atmosphäre sowie tropischer/suptropischer Umgebung