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Klassischer, passiver Schutz sind Beschichtungen mit Kunstharzen

Duch Fehlstellen in der Beschichtung kann Wasser eindringen

Durch OH- Ionen wird der Lack beschädigt und Wasserstoff bildet sich -> Druck entsteht und bildet Blasen

Auch der Werkstoff unter der Bschichtung beginnt zu korrodieren

Zink nicht nur passiver Schutz sondern auch aktiv als Opferanode

Zinküberzug wird mittels flüssigem Zinkband (450°C) auf Stahl aufgebracht

Zuerst bildet sich eine Legierungsschicht aus Eisen und Zink und darauf reine Zinkschicht

Spannungsrisskorrosion bei hochfesten Stähleb

Größenbeschränkung der Bauteile

Schweißnähte

Zu beschichtendes Band wird angeätzt und vorgewärmt, dann duch Schmelzbad geführt

Duch Abstreifdüsen kann Schichdicke (10-30 µm) eingestellt werden

+ vorgeschaltete Öfen zur Wärmebehandlung des Stahls

+ hohe Produktivität

+ gut verformbar

- Blechdicke bis 2mm, um die Bleche aufwickeln zu können und damit Blechkanten noch kathodisch vor Korrosion geschützt sind

Bauteile durchlaufen Bäder zum reinigen und vorwärmen, danach Zinkband (45-70µm) -> abkühlen im Wasserbad

+ Flexibilität (Kleinserie, Einzelfertigung)

- keine Verformung nach Beschichtung mehr

- Verzug der Teile möglich durch therm. Belastung

- Größenbeschränkung

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Realitätsnähe

Erkenntnisse

Aufwand (Zeit)

Kosten

Chemische Verfahren:

- Salzsprühnebel und Schwitzwassertest

Dauertauch bzw Wechseltauschversuch

Rühr bzw. Kochtest

Elektronische Verfahren:

Mit äußeren Spannungsquellen

Ohne äußere Spannungsquelle

Proben kommen in eine Kammer, i die Neben aus Salzwasser geleitet wird.

Dünner Salzwasserfilm überzieht die Proben -> korrosive Wirkung

Zugabe verschiedener Chemikalien kann den Test beschleunigen bzw. spätere Bedigungen besser dargestellt werden

Variation:

Original: 35°C, 16h, 5%NaCl-Lösung (pH 5/6), Prüffläche 80cm^2 horizontal liegend mit 1-2 ml/h

Essigsäuretest: (pH 3,3-3,3)

CASS (copper accelerate acetic salt spray test) (+CuCl2, 50°C) 

Ausmaß der Korrosion:

1. Aussehen

2. Anzahl Korrosionsstellen

3. Art und Lage (Lochfraß, Blasen, Risse)

Massenverlust-Zeit-Diagramm

Zeit bis Korrosionsbeginn des Grundwerkstoffes

Potentialmessung

Strommessung

Passivierungsverhalten

\(\Delta m = {M*Q \over z*F}; Q= I*t; U=R*I \)

\(t = {\Delta m *z*F \over M*I} = {\Delta V* \rho *z*F \over M*I}\)

∆m: korrodierte Metallmasse [g]

A: korrodierte Fläche [cm^2]

Dichte [g\cm^3]

M: Molmasse [g/mol]

z: Ladungszahl des entstehenden Metallions

Alle Reaktionen eines Werkstoffs bei erhöhter Temperatur mit seiner Umgebung, bei denen keine wässrigen Elektroylten beteiligt sind

Oxidation: äußere Oxidation, innere Oxidation

Aufkohlung: innere Karbidbildung

Aufstickung: innere Nitridbildung, Nitriddeckschichtbildung

Aufschwefelung: äußere Sulfidierung

Heißgaskorrosion: Korrosion durch Salzschmelzen, NT-Heißgaskorrosion,(Typ 2 bis 800°), HAT-Heißgaskorrosion (Typ 1 800-1000°)

Die Reaktion eines Metalls M mit einem oxidierend wirkenden Gas X2 führt zu einem festen Reaktionsprodukt MX, das sich meist in einer schichtartigen Anordnung auf der Oberfläche ausbildet (Me/MeX/X2)

Beschreibung der chemischen Reaktion durch Terhmodynamik (kann die Reaktion stattfinden) und/oder Kinetik (wie schnell?)

Maß für die Energie eines thermodyn. Systems

Angabe wie viel Energie bei der Bildung einer neuen chemischen Verbindung zwischen den Molekühlen zweier Reaktionspartner unter Stadardbedi. (25°C, 1,013 bar) benötigt/frei werden

Indirekte Bestimmung von Reaktionsenthalpien über Teilreaktionen mit Standardbildungsenthalpie

• \(\Delta H_R^0\)= \(\sum u_i * \Delta H_{f,Produkte}^0 - \sum u_i * \Delta H_{f,Edukte}^0\)

Stöchiometirsche Koeffizienten ui

\(\Delta H_f^0\)= 0 für alle Elemente

Maß für Anzahl der Anordnungsmöglichkeiten eines Systems

SFest < Sflüssig < SGas

\(\Delta S_R^0 = \sum u_i * \Delta S_{f,Produkte}^0 -\sum u_i * \Delta S_{f,Edukte}^0\)

\(\Delta G_R\)< 0: exergone Reaktion : Gleichgewicht liegt mehr auf der Seite der Produkte

\(\Delta G_R\)= 0: Gleichgewicht

\(\Delta G_R\)> 0 : endergone Reaktion: GGW liegt mehr auf der Seite der Edukte

\(\Delta G_R = \Delta G_R^0 + R*T *ln(K) ; K= {\prod {a_{i,Produkte}^{v_i}}\over \prod {a_{i,Edukte}^{v_i}} }\)

\(\Delta G_R^0\): Änderung der freien Standardenthalpie der Reaktion

ai: Aktivität der beteiligten Reaktionspartner i (im Gas = Partialdruck pi; bei reinem Matall/Oxid =1)

vi: Stöchiometrischer Koeffizient

Diffusionsgeschwindigkeit der Metall- bzw. Sauerstoffionen durch die Oxidschicht

Schwingungen der Atome erleichtern Platzwechsel und ermöglichen so Diffusionsvorgänge

Triebkraft ist das Bestreben die Potentialdiff. bzw. Konzentrationsunterschied abzubauen

A: Zwischengitterdiffusion interstitiell gelöster Elemente (diff. Elemente deutlich kleiner als Gitteratome)

B: Austuasch, Ringdiffusion (selten, viel Energie nötig)

C: Zwischengitterdiffusion im Substitutionsmischkristall (nur bei Neutronenbeschuss, viel Energie)

D: Diffusion über Leerstellen (Hauptmechanismus)

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Maß für die Geschwindigkeit mit der der Konzentrationsausgleich abläuft

Abhängig von Temp. und Werkstoff (da für den Platzwechsel der Atome Energie notwendig ist und die Aktivierungsnergie für den Wechsel u.A. von der Bindungsernerige des Werkstoffs abhängt

Volumendiffusion

Korgrenzendiffusion

Phasengrenzdiffusion

Oberflächendiffusion

Volumen < Korngrenze < Phasen < Oberfläche

Metallkationendiffusion: Kationen wandern schneller durch die Oxidschicht und die Schicht wächst an der Grenzfläche Oxid/Gas weiter: FeO, Cr2O3, Cu2O -> Selbstheilend

Sauerstoffanionendiffusion: Anionen wandern schneller durch die Oxidschicht und die Schicht wächst an der Grenzfläche Metall/Oxid weiter: TiO2, Fe2O3 -> keine Selbstheilung

Elektronendiffusion: Elektronen diffundieren langsamer als Ionen -> geschwindigkeitsbestimmend, schneller diffundierende Ionenart bestimmt Ort des Oxidsch

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Durch Bildung der Oxidschicht Veränderung der Masse

Erfassung der Probenmasse kontinuierlich oder nach bestimmten Zeitintervallen

Bestimmung der Oxidschiichtdicken durch metallographische Schliffauswertung (Nachteil: aufwändig, aber bei innerer Korrosion aussagekräftiger)

Lineare Massezunahme

Die Bildung dünner, poröser Oxidschichten (MgO) zeigt sich durch eine lineare Zunahme der Masse, da das Metall durch die Porosität ständig mit Sauerstoff in Kontakt steht und oxidieren kann

\({\Delta m \over A } = k_l *t\)

kl: T abhängige, massenbezogene lineare Oxidationskonstante