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Eingeladener Vortrag
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Der Vortrag vermittelt dem betreuenden DIN Normenausschuss NMP 177 einen Gesamtüberblick über das abgeschlossene WIPANO-Vorhaben "Normenentwurf für ein Prüfverfahren zur Bestimmung von Deckschichtwiderständen an Zinküberzügen mittels gelartiger Elektrolyte (GELELEK). Innerhalb des Vorhabens wurden die elektrochemischen Methoden und die Verfahrensparameter systematisch untersucht, ein Messsystem für Feldanwendungen entwickelt, ein Ringversuch mit über 20 Teilnehmern durchgeführt und ein Normenvorschlag erarbeitet. Die Förderzeile der Initiative WIPANO wurden erreicht. Die Erarbeitung eines auf den Ergebnissen beruhenden Normenentwurfs wird auf der nächsten Sitzung des NMP 177 gestartet.
Für den schadensfreien Einsatz passiver, metallischer Werkstoffe muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können und die Repassivierung von Defektstellen unter den Einsatzbedingungen muss möglich sein. Dabei müssen folgende Randbedingungen beachtet werden:
- glatte, blanke, saubere Oberfläche
- Grenzen der Beständigkeit bzgl. pH-Wert und Potential
- Elementverteilung, Ausscheidungen, Verformungen
- chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung
- geeignete Werkstoffauswahl bzw. Legierungszusammensetzung
- unplanmäßige Betriebszustände und Störungen
- Ausbildung von Bimetallelementen
Bestehen optische Anforderungen sind in maritimer Atmosphäre für nichtrostende Stähle e-polierte und blank geglühte Oberflächenausführungen zu bevorzugen. Bei vollständiger Freibewitterung in maritimer Atmosphäre ohne nennenswerte Luftverunreinigungen ist das Korrosionsrisiko für fortschreitende örtliche Korrosion gering, wenn die Wirksumme mindestens einen Wert von 23 erreicht. Eine zu Beginn der Auslagerung häufig beobachtete geringfügige, oberflächige Lochkorrosion kommt in der Regel nach 1-2 Jahren vollständig zum Stillstand. Konstruktive Spalte, wie z.B. im Bereich von Befestigungsmitteln, die der freien Bewitterung ausgesetzt sind, haben eine geringere Korrosionsneigung als gleiche Spaltanordnungen, die vor direkter Bewitterung geschützt sind. Nichtrostende Duplexwerkstoffe mit Wirksummen ab 25 zeigen in maritimer Atmosphäre ein sehr gutes Korrosionsverhalten. Über einen Beobachtungszeitraum von 5 Jahren konnte im Vergleich zu klassischen Austeniten kein erhöhtes Risiko bzgl. Spaltkorrosion festgestellt werden. Mit Hilfe elektrochemischer Untersuchungen kann das Korrosionsverhalten auch unter atmosphärischen Bedingungen gut eingeschätzt werden. So besteht nur ein sehr geringes Korrosionsrisiko, wenn in einer Prüflösung mit 3 g/l Chlorid mit einem pH-Wert von 4,5 das Lochkorrosionspotential oberhalb von 400 mV (NHE) liegt. Mittels elektrochemischer Messungen kann ein abweichendes Korrosionsverhalten unterschiedlicher Chargen des gleichen Werkstoffes, z.B. durch Verunreinigungen oder Ausscheidungen, zuverlässig ermittelt werden.
Der Übersichtsvortrag vermittelt Kenntnisse zu den Grundlagen der Korrosion metallischer Werkstoffe für das KKS Grundlagenseminar für erdverlegte Anlagen und Stahlbetonbau zur Vorbereitung auf die Zertifikatsprüfung DIN EN 15257. Diese Kenntnisse bilden die Grundlage zum Verständnis der Beeinflussung von Korrosionssystemen durch die Anwendung kathodischer Schutzmaßnahmen.
Korrosion vermeiden durch:
- geeignete Werkstoffauswahl, Legierungszusammensetzung
- fehlerfreie, ggf. zertifizierte Halbzeuge
- gleichmäßige Elementverteilung, Vermeidung von Ausscheidungen
- geeignete Umformung, wenig Wärmeeinbringung
- fein bearbeitete möglichst glatte Oberflächen
- gute schweißtechnische Verarbeitung, Entfernung von Anlauffarben
- geeignete mechanische Bearbeitung (Schleifen, Strahlen)
- chemische Nachbehandlung (Beizen, Passivieren)
- Grundreinigung, angepasste Unterhaltsreinigung
Metallene Konstruktionswerkstoffe reagieren infolge ihres thermodynamisch instabilen Zustandes mehr oder weniger stark mit Stoffen aus der Umgebung. Eine große Rolle bei diesen Reaktionen spielt das Feuchtigkeitsangebot an der Metalloberfläche, welches nicht zwingend mit einem sichtbaren Wasserfilm einhergehen muss. An der Atmosphäre bilden sich an sauberen Metalloberflächen bei etwa 80 % relativer Luftfeuchte, bei versalzten Oberflächen auch schon ab etwa 25 % r. F., Feuchtfilme aus. Im Feuchtfilm laufen grundsätzlich die gleichen elektrochemischen Reaktionen ab, wie diese von wässrigen Medien bekannt sind. Dabei geht das Metall zunächst in Ionenform und in nachgelagerten Reaktionen in einen thermodynamisch stabilen Zustand in Form unterschiedlichster Oxid- und Hydroxidverbindungen über. Die so entstehenden Korrosionsprodukte können im Feuchtigkeitsfilm begrenzt löslich oder unlöslich sein und lagern sich auf den Oberflächen der Konstruktionswerkstoffe häufig als feste Korrosionsprodukte ab bzw. wachsen dort auf. Je nachdem wie die Korrosionsprodukte strukturell zum Untergrund passen, können sich dichte, sehr gut haftende Schichten ausbilden oder poröse, dicke Schichten ohne nennenswerte Haftung aufwachsen. Wachsen dichte, porenfreie Schichten mit guter Haftung auf, die im umgebenden Medium unlöslich sind, wird die weitere Auflösung des Metalls stark gehemmt. Man spricht dann von der Ausbildung schützender Deckschichten bzw. von Passivschichten auf welcher der Korrosionsschutz und damit die Dauerhaftigkeit vieler Konstruktionswerkstoffe beruhen. Kaesche bezeichnete die Passivität sehr treffend als „optimalen Grenzfall des Korrosionsschutzes durch Schichten von Korrosionsprodukten“. Aus technischer Sicht hält Kaesche eine Unterscheidung von Deckschichten bzw. Passivschichten für nicht zwingend erforderlich, da beide die Korrosionsgeschwindigkeit in gleichem Maß herabsetzen können. Die Übergänge zwischen den meist dickeren und dadurch sichtbaren Deckschichten und den meist dünnen, nicht sichtbaren Passivschichten sind fließend.
Im Vortrag werden Ergebnisse des gleichnamigen AiF Forschungsvorhabens gezeigt, die den Einfluss verschiedener Schleifmittel auf die Korrosionsbeständigkeit geschliffener Oberflächen nichtrostender Stähle belegen. Es konnte ein signifikanter Einfluss durch die Verwendung von Granulatschleifbändern nachgewiesen werden, der die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen reduziert. Grund sind auf der Oberfläche zurückbleibende Materialaufplattungen von Eigenmaterial aus dem Schleifprozess. Es wurden unterschiedliche Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und mittels Oberflächenanalytik untermauert.
Metallene Konstruktionswerkstoffe reagieren infolge ihres thermodynamisch instabilen Zustandes mehr oder weniger stark mit Stoffen aus der Umgebung. Eine große Rolle bei diesen Reaktionen spielt das Feuchtigkeitsangebot an der Metalloberfläche, welches nicht zwingend mit einem sichtbaren Wasserfilm einhergehen muss. An der Atmosphäre bilden sich an sauberen Metalloberflächen bei etwa 80 % relativer Luftfeuchte, bei versalzten Oberflächen auch schon ab etwa 25 % r. F., Feuchtfilme aus. Im Feuchtfilm laufen grundsätzlich die gleichen elektrochemischen Reaktionen ab, wie diese von wässrigen Medien bekannt sind. Dabei geht das Metall zunächst in Ionenform und in nachgelagerten Reaktionen in einen thermodynamisch stabilen Zustand in Form unterschiedlichster Oxid- und Hydroxidverbindungen über. Die so entstehenden Korrosionsprodukte können im Feuchtigkeitsfilm begrenzt löslich oder unlöslich sein und lagern sich auf den Oberflächen der Konstruktionswerkstoffe häufig als feste Korrosionsprodukte ab bzw. wachsen dort auf. Je nachdem wie die Korrosionsprodukte strukturell zum Untergrund passen, können sich dichte, sehr gut haftende Schichten ausbilden oder poröse, dicke Schichten ohne nennenswerte Haftung aufwachsen. Wachsen dichte, porenfreie Schichten mit guter Haftung auf, die im umgebenden Medium unlöslich sind, wird die weitere Auflösung des Metalls stark gehemmt. Man spricht dann von der Ausbildung schützender Deckschichten bzw. von Passivschichten auf welcher der Korrosionsschutz und damit die Dauerhaftigkeit vieler Konstruktionswerkstoffe beruhen. Kaesche bezeichnete die Passivität sehr treffend als „optimalen Grenzfall des Korrosionsschutzes durch Schichten von Korrosionsprodukten“. Aus technischer Sicht hält Kaesche eine Unterscheidung von Deckschichten bzw. Passivschichten für nicht zwingend erforderlich, da beide die Korrosionsgeschwindigkeit in gleichem Maß herabsetzen können. Die Übergänge zwischen den meist dickeren und dadurch sichtbaren Deckschichten und den meist dünnen, nicht sichtbaren Passivschichten sind fließend.
In vielen Konstruktionen erfordern unterschiedliche Eigenschaftsanforderungen an Komponenten und Bauteile häufig die Kombination verschiedener metallischer Werkstoffe. In der Praxis sind aber auch sogenannte Zufallskombinationen häufig anzutreffen, bei denen die Kombination allein durch die momentane Verfügbarkeit z.B. eines Befestigungsmittels oder eines Zwischenstückes zustande kommt. Unter bestimmten Einsatzbedingungen kann eine solche Kombination, die auch unter dem Begriff Mischbauweise bekannt ist, zu Korrosionsproblemen an einem der beiden Partner führen. Die Grundlagen und Einflussgrößen auf die Bimetallkorrosion werden dargestellt und deren praktische Bedeutung anhand von Beispielen verdeutlicht.