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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.
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.
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.
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.
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.
Anhand der hier vorgestellten Untersuchungsergebnisse kann
eine umfassende Einschätzung des Korrosionszustands einer Gabionenkonstruktion aus Drähten mit Zink-Aluminium-Überzug nach 20 Jahren Einsatzzeit in Abhängigkeit von unterschiedlichen Expositionsbedingungen vorgenommen werden. Die festgestellten Massenverluste der Zink-Aluminium-Überzüge waren an den Untersuchungspositionen, insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Expositionsbedingungen der Probenentnahmestellen, unterschiedlich ausgeprägt. Gabionendrähte, die im direkten Bodenkontakt standen, wiesen dabei die geringsten Restauflagen auf. Atmosphärisch beanspruchte sowie durch Vlies vor direktem Bodenkontakt geschützte Gabionendrähte zeigten dagegen etwas größere Restauflagen. Über den Drahtumfang wurden bei allen untersuchten Drahtproben stark variierende Schichtdicken festgestellt, was offensichtlich herstellungsbedingte Ursachen hat. Die Untersuchungen an der Gabionenkonstruktion haben gezeigt, dass die Annahme einer mittleren linearen Abtragsrate des metallischen Überzugs von 1 mm/a unter den hier untersuchten Bedingungen ein realistischer Wert ist. An Positionen mit direktem Bodenkontakt kann dieser Wert aber deutlich größer ausfallen, sobald sich die Aggressivität des Bodens erhöht. Eine Rotrostbildung war an den Drahtproben nicht feststellbar.
Durch Fortführung der Untersuchungen aus einem Forschungsvorhaben wurden neun verschiedene Stahllegierungen unter maritimen Umgebungsbedingungen über fünf Jahre ausgelagert und deren Korrosionsverhalten untereinander verglichen und bewertet. Die parallele Untersuchung von vier verschiedenen 0berflächenausführungen der jeweiligen Legierungen ermöglichte zudem branchenspezifische Besonderheiten der Oberflächenausführung beim Werkstoffvergleich zu berücksichtigen. Anhand der Ergebnisse der Auslagerungsprüfungen konnten Rückschlüsse auf die Einflüsse der Legierungszusammensetzung, der 0berfächenausführung und der Auslagerungszeit unter maritimen Auslagerungsbedingungen gewonnen werden. Die Proben der drei untersuchten Duplexwerkstoffe zeigten über den Auslagerungszeitraum von fünf Jahren sowohl mit als auch ohne Spaltgeometrie die beste Korrosionsbeständigkeit. Ebenso konnte der molybdänlegierte Ferrit 1.4521 eine vergleichbar gute Korrosonsbeständigkeit erzielen, wie die klassischen austenitischen Werkstoffe 1.4301 und 1.4404.
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.