Elektrochemische Kontaktkorrosion – was sind die Ursachen für Korrosion von Verbindungen verschiedener Stahlsorten?

Der Kontakt zwischen zwei Arten von Metallen mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial kann zum sogenannten führen Kontaktkorrosion, auch galvanische Korrosion genannt. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Edelstahl mit einem Material kombiniert wird, das weniger edel und anfälliger für beschleunigte Korrosion ist – z. B. Aluminium oder Kohlenstoffstahl. Korrosionserscheinungen treten in Bereichen auf, in denen sich der Elektrolyt befindet, wobei die Auswirkungen dort am stärksten sind, wo Feuchtigkeit ausgesetzt ist. In der Praxis führen sie zu einer lokalen Oxidation des schwächeren Materials und damit zu dessen Korrosion an der Verbindungsstelle.

Elektrochemische Korrosion

Kontaktkorrosion ist eine Form der elektrochemischen, also durch elektrochemische Prozesse verursachten Korrosion. Sein Auftreten wird durch das Auftreten verschiedener Potentiale auf der Oberfläche des korrosiven Objekts bestimmt, das sich in der Elektrolytumgebung befindet. Korrosionszellen auf der Metalloberfläche mit niedrigerem Potential sind Anoden, an denen Oxidation und Übergang in Lösung stattfinden. Verantwortlich dafür sind sogenannte Reduktionsreaktionen an den Kathoden von Korrosionszellen ein Depolarisator, bei dem es sich um molekularen Sauerstoff oder Wasserstoffionen handeln kann, die zu Wasserstoffgas reduziert werden können. Unterschiede zwischen den Potenzialen von Fragmenten der korrodierenden Oberfläche hängen von der chemischen Zusammensetzung der Verbindung, der Art und Dichte der Defekte, der Art und Höhe der Spannung und der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten ab. Auch andere Faktoren, darunter physikalische und mikrobiologische Wechselwirkungen, beeinflussen die Geschwindigkeit und Richtung der Veränderungen.

Galvanische Korrosion

Verschiedene Stahlsorten und deren Legierungen zeichnen sich durch unterschiedliche Elektrodenpotentiale aus. Wenn zwei von ihnen in einem Elektrolyten in Kontakt kommen, fungiert das reaktivere Metall als Anode und das weniger reaktive Metall als Kathode. Aufgrund der Elektropotentialdifferenz zwischen den Reaktionen an den beiden Elektroden kommt es zu einem beschleunigten Angriff auf das Anodenmetall und dessen Auflösung im Elektrolyten. Dadurch erfolgt die Korrosion des Metalls in der Anode schneller und die Korrosion an der Kathode wird gehemmt. Damit es zu Kontaktkorrosion kommt, müssen beide Metalle elektromechanisch unterschiedlich sein und in elektrischem Kontakt miteinander und mit dem Elektrolyten stehen. Durch die Bestimmung ihres Korrosionspotenzials lässt sich das Verhalten von Werkstoffen vorhersagen. Beispielsweise bedeutet eine große Anodenoberfläche in Form von Kohlenstoffstahl mit einer kleinen Kathodenoberfläche in Form von Edelstahl keine Korrosion an der Verbindung sowie eine relativ geringe Korrosion von Kohlenstoffstahl. Im umgekehrten Fall kann es zu erheblicher galvanischer Korrosion des Steckers kommen. Aus diesem Grund wird die Verwendung von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl in Edelstahlelementen nicht empfohlen. Die große Oberfläche des ersteren Materials im Vergleich zum letzteren führt zu erheblicher Kontaktkorrosion und beschleunigt somit die Korrosion der Verbindung. Infolgedessen nimmt die Korrosionsbeständigkeit des Kohlenstoffstahlelements erheblich ab.

Beispiele für Kontaktkorrosion

Elektrochemische Kontaktkorrosion tritt sehr häufig in Industrieanlagen mit mehreren Elementen auf, beispielsweise in Schiffsanlagen, Wassersystemen, Brücken oder Traktionsnetzen. Befinden sich ihre Elemente auf feuchtem Boden, in der Luft oder direkt im Wasser und bestehen sie aus unterschiedlichen Metallen, entsteht an den Stoßstellen eine Kontaktbrücke. In einer solchen Situation wird das unedlere Metall zerstört, insbesondere in unmittelbarer Nähe der Verbindung. Auch Schrauben, Nieten oder Schweißnähte, die aus einer unedleren Legierung als die verbundenen Stahlelemente bestehen, können zu Anoden der Zelle werden. Dieses Phänomen tritt häufig bei Teilen von Bauwerken auf, die aus den gleichen Materialien bestehen, z. B. bei Schiffsbeplattungen oder Rohrleitungsabschnitten. Die geringe Oberfläche der Verbindungselemente im Verhältnis zur Oberfläche der Kathoden führt zu einer außergewöhnlich hohen Stromstärke und beschleunigt die Auflösung der Verbindung. Bestehen die Verbindungsteile aus einem edleren Metall, werden sie zu den Kathoden der Zelle. Bei Anoden mit sehr großer Oberfläche ist die Korrosionsrate geringer.

Verhinderung galvanischer Korrosion

Um Kontaktkorrosion zu verhindern, sollten Metalle mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial durch geeignete Methoden voneinander isoliert werden. Zu diesem Zweck werden spezielle Kunststoffscheiben, Isolierpasten und die Lackierung der Elemente mit zusätzlichen Schutzbeschichtungen verwendet. Das galvanische Potenzial wird auch durch Korrosionsinhibitoren wie Natriummolybdat oder Natriumnitrit verringert. Ihre Verwendung sollte jedoch sorgfältig überwacht werden, da sie die Leitfähigkeit des Wassers im System erhöhen und das Korrosionsrisiko erhöhen können. Zu den Faktoren, die bei der Kombination von Stahl mit anderen Materialien berücksichtigt werden, gehören auch deren Säuregehalt und Alkalität, also der pH-Wert. Wenn der Koeffizient falsch ist, kann sich die galvanische Korrosion beschleunigen. In den meisten Heizungs-, Lüftungs- und Gasanlagen kommen solche Verbindungen nicht zum Einsatz – sie erhöhen die Korrosionsgefahr erheblich und führen zudem zur Freisetzung von Partikeln, die zu mechanischen Schäden an verschiedenen Bauteilen – z. B. Wärmetauschern oder Umwälzpumpen – führen.

Quellen:

https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/Contact_with_Other_PL.pdf

http://www.e-instalacje.pl/a/korozja-kontaktowa-3280.html

https://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja_elektrochemiczna