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Aus dem Facharchiv: Fachbegriffe aus der Elektrotechnik
Was versteht man unter Korrosion?
12.06.2019
Korrosion ist die chemische Reaktion eines metallenen Werkstoffs mit seiner Umgebung (Eigenkorrosion) bzw. mit ionenleitend verbundenen Stoffen (Kontaktkorrosion) oder infolge eines Streustroms (Streustromkorrosion).
Korrosion bewirkt eine messbare und meistens auch sichtbare Veränderung des Werkstoffs.
Werden verschiedene Metalle untereinander verbunden, entsteht bei Vorhandensein eines ionenleitenden Mediums (Elektrolyt), z. B. Wasser, ein galvanisches Element, das über kurz oder lang zu Korrosion führt. Die Intensität einer derartigen elektrochemischen Korrosion (Kontaktkorrosion) hängt vor allem von der Stellung der Metalle innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe ab. In dieser Spannungsreihe sind die Metalle nach der Größe ihres Normalpotentials – bezogen auf das Nullpotential von Wasserstoff – geordnet, s. Tafel 1 [1]. Das unedelste Metall (Lithium) hat den größten negativen Wert des Normalpotentials und damit hohe Neigung, sich bei elektrochemischer Korrosion aufzulösen. Gold verfügt über den größten positiven Wert des Normalpotentials. Folglich zählt Gold neben Platin und Silber zu den edelsten (korrosionsresistenten) Metallen.
Die Kontaktkorrosion ist umso größer, je mehr das Normalpotential (Standardpotential) der verschiedenen Metalle unter Beachtung seines Vorzeichens voneinander abweicht. Der korrosive Angriff zielt bei Vorhandensein mehrerer verschiedener Werkstoffe und eines Elektrolyten immer auf das jeweils unedlere Metall; es ist am meisten korrosionsgefährdet.
Allgemeines
Metallene Werkstoffe, insbesondere die unedlen Metalle, korrodieren. Edelmetalle, z. B. Silber, Gold und Platin, sind dagegen äußerst luft- und wasserbeständlg. Sie korrodieren selbst in elektrolytischer Verbindung mit anderen chemischen Elementen praktisch nicht. Kupfer überzieht sich an der Luft im Laufe der Zeit mit einer dünnen, blaugrünen Haut von kohlesaurem Kupfer (Grünspan, Patina), welche die darunter liegende Kupferschicht jedoch nicht beschädigt, sondern diese eher schützt. Aluminium wird an der Luft mit einer dünnen, relativ dichten, farblosen Haut träger Tonerde (Aluminiumoxid AI2O3) überzogen. Diese Haut hat einen vergleichsweise hohen Übergangswiderstand und ist deshalb – wie Grünspan an Kupferleitern – vor dem Herstellen elektrischer Verbindungen und Anschlüsse gründlich zu entfernen. Korrosion bewirkt eine von der Oberfläche ausgehende langsame Veränderung (Zerstörung, lat. corrosio) des metallenen Werkstoffs. Dabei kann die Korrosion den Werkstoff an der Oberfläche gleichmäßig abtragen oder punktuell (Lochfraß).Eigenkorrosion
Mit „Eigenkorrosion“ werden chemische Reaktionen eines metallenen Werkstoffs mit seiner Umgebung bezeichnet, die ohne fremden Einfluss stattfinden. Die wohl bekannteste Eigenkorrosion unter Mitwirkung von Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff (Oxidation) ist das Rosten von Stahl. Bei nicht rostendem Stahl nach DIN 17 440 (Edelstahl) wird mind. 16,5 Gew.-% Chrom hinzulegiert. Dadurch kommt es zur Bildung einer trägen und dichten Oxidschicht, die das darunter liegende Metall wirksam gegen Korrosion schützt.Kontaktkorrosion
Werden verschiedene Metalle untereinander verbunden, entsteht bei Vorhandensein eines ionenleitenden Mediums (Elektrolyt), z. B. Wasser, ein galvanisches Element, das über kurz oder lang zu Korrosion führt. Die Intensität einer derartigen elektrochemischen Korrosion (Kontaktkorrosion) hängt vor allem von der Stellung der Metalle innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe ab. In dieser Spannungsreihe sind die Metalle nach der Größe ihres Normalpotentials – bezogen auf das Nullpotential von Wasserstoff – geordnet, s. Tafel 1 [1]. Das unedelste Metall (Lithium) hat den größten negativen Wert des Normalpotentials und damit hohe Neigung, sich bei elektrochemischer Korrosion aufzulösen. Gold verfügt über den größten positiven Wert des Normalpotentials. Folglich zählt Gold neben Platin und Silber zu den edelsten (korrosionsresistenten) Metallen.
Die Kontaktkorrosion ist umso größer, je mehr das Normalpotential (Standardpotential) der verschiedenen Metalle unter Beachtung seines Vorzeichens voneinander abweicht. Der korrosive Angriff zielt bei Vorhandensein mehrerer verschiedener Werkstoffe und eines Elektrolyten immer auf das jeweils unedlere Metall; es ist am meisten korrosionsgefährdet.
Streustromkorrosion
Elektrochemische Korrosion wird auch durch Streuströme (engl. stray currents) verursacht. Diese vagabundierenden Ströme (Irrströme) stammen von Gleichstromanlagen, z. B. elektrischen Bahnen, und verursachen mitunter erhebliche Schäden an metallenen Rohrleitungen, Fahrschienen, Kabelmänteln, Tanks, Erdern und anderen lang gestreckten, leitfähigen Teilen im Erdreich oder in Beton. Ein bewährtes Mittel gegen elektrochemische Korrosion durch Streuströme (Streustromkorrosion) ist der katodische Korrosionsschutz. Er basiert auf der Streustromableitung und -zurückführung (Drainage)- über eine galvanische Verbindung, z. B. Kabel, zwischen dem zu schützenden Objekt und der beeinflussenden Gleichstromanlage (direkte Streustromableitung, engl. direct drainage bond), manchmal auch
- unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters oder polarisierenden Relais zur Verhinderung eines Stromrichtungswechsels im Streustromrückleiter (gerichtete Streustromableitung, engl. unidirectional drainage bond).