Korrosion – mehr als nur rostiges Eisen

Korrosion bestimmt häufig die Lebensdauer eines Bauteils. Nur ein grundlegendes Verständnis der Korrosionsprozesse ermöglicht die Entwicklung neuer Strategien für den Korrosionsschutz und ist Voraussetzung für eine zuverlässige Schadensvorhersage. Das Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) hat hier eine weltweit führende Rolle.

Michael Rohwerder *

Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, 40237 Düsseldorf, Germany - *Kontaktdaten: rohwerder@mpie.de, +49-211-6792-914

Alle gebräuchlichen metallischen Konstruktionswerkstoffe sind korrosionsanfällig. Stahl liefert das gängigste Bild von Korrosion: Rost.

Im modernen Korrosionsschutz geht es vor allem darum, Rost zu vermeiden. Hierzu gibt es vielfältige Möglichkeiten, wie z.B. metallische, anorganische und organische Beschichtungen. Da sich die Anforderungen an Beschichtungen ständig ändern –bedingt durch neu entwickelte Werkstofflegierungen und/oder Anforderungen des Umweltschutzes – müssen sie ständig angepasst bzw. weiterentwickelt werden. Bevor sie zur Anwendung kommen, müssen sie in teilweise jahrelangen Tests auf ihre Zuverlässigkeit geprüft werden, da eine verlässliche Prognose des Schutzes durch neue Schichten bzw. Schichtkombinationen bisher nicht möglich ist, weil die komplexen Prozesse nicht im Detail verstanden sind.

In der Untersuchung der korrosionsgetriebenen Delamination organischer Beschichtungen nimmt das MPIE eine weltweit führende Rolle ein: Hierfür entwickelte Martin Stratmann die sog. Raster-Kelvin-Sondentechnik (SKP). Am Beispiel der technisch hoch relevanten Zink-Magnesium-Aluminium-Schichten konnte am MPIE gezeigt werden, dass die elektronischen Eigenschaften der Oxide, die sich an der Oberfläche dieser Schichten bilden, eine zentrale Rolle für die Beständigkeit gegen sog. kathodische Delamination direkt auf ihnen applizierter organischer Beschichtungen spielen. Dies führt z.B. dazu, dass bei ausreichend hohem Mg-Anteil diese schnelle und daher besonders gefährliche Unterwanderungsart ohne weitere Vorbehandlung der Schicht ganz gestoppt werden kann (Bild und [1]).

In den letzten Jahren wurde, auf dieser SKP-Technik basierend, eine neue Untersuchungsmethode etabliert, die es erstmals ermöglicht, die Kinetik der für den Degradationsprozess äußerst wichtigen elektrochemischen Sauerstoffreduktion an der Grenzfläche zwischen Metall und Beschichtung zu untersuchen [2], die herkömmlichen elektrochemischen Methoden unzugänglich ist. Für elektrochemische Standarduntersuchungen muss die zu untersuchende Oberfläche mithilfe einer Gegenelektrode polarisiert werden. Zwischen dieser und der Probe fließt dabei im Elektrolyt ein Ionenstrom. Das geht bei beschichteten Proben nicht. Die neue Methode umgeht das Problem mithilfe von Wasserstoff, der von der Rückseite der Probe beladen wird und durch die Probe zur Grenzfläche diffundiert. Der Wasserstoff reduziert dort Sauerstoff und wird dabei selber zu H+ oxidiert, stellt also Elektron und Kation gleichzeitig. Da bekannt ist, wie viel Wasserstoff an der Rückseite aufgenommen wurde, liefert eine Potenzialmessung mittels Kelvinsonde über der beschichteten Seite mit zunehmender Wasserstoffbeladung eine volle Strom-Spannungskurve für die Sauerstoffreduktion an der Grenzfläche [2]. Dies ist ein bedeutender Durchbruch auf dem Weg zur Simulation der Delamination.

Potenzialverteilung, gemessen über beschichtetem Zink (oben) und ZnMg2 (unten). Direkt auf das Metall wurden vor der Beschichtung Salztropfen appliziert (bei Zink einer, bei ZnMg2 drei), die zu Korrosion führen. Während die Beschichtung, ausgehend vom korrodierenden Defekt, beim Zink delaminiert, passiert beim ZnMg2 nichts

Literatur

[1] Hausbrand, R.; Stratmann, M.; Rohwerder, M.: J. Electrochem. Soc. 155 (2008) Nr. 7, S. C369/79.

[2] Vijayshankar, D.; Tran, T. H.; Bashir, A.; Evers, S.; Rohwerder, M.: Electrochim. Acta 189 (2016), S. 111/17.

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