Korrosion von Stahl

Die chemische Zusammensetzung der meisten metallischen Werkstoffe ist nicht homogen. Das kann auf Fremdatome als Folge naturlicher Verunreinigungen oder absichtlicher Zu – legierung von Metallen zuruckzufuhren sein. Inhomogenitaten konnen ihre Ursache aber auch in UnregelmaBigkeiten im Kristallgitter (Fehlstellen) haben.

image111 Подпись: Abbildung 8.7 Lokalelement Eisen/Rost (Sauerstoffkorrosion): Anode: Fe Fe2+ + 2 є' Katode: 1/2 02 + 2 e" + H20 2 OH"

Der uneinheitliche Aufbau kann zur Ausbildung elektrochemischer Potentiale fuhren. Be – finden sich Fe-Atome in der Umgebung von Kristallbaufehlem, werden sie leichter oder schwerer als die ubrigen Eisenatome oxidiert. Auch die Einschltisse selbst sind naturgemali edler oder unedler als das Wirtsmetall. Baustahle enthalten neben C, S, P und Si wech- selnde Mengen an Cr, Cu und Ni. Die beiden letzteren Metalle besitzen positivere Stan – dardpotentiale als das Eisen. Unter den Bedingungen eines sich ausbildenden Lokalele – ments ubemehmen sie die Katodenfunktion und bewirken die anodische Zersetzung des Eisens. Kommt eine Stahloberflache mit Wasser in Beruhrung, ist generell mit der Ausbil­dung von Lokalelementen dieses Typs zu rechnen.

Dartiber hinaus kann die stets vorhandene, nicht zusammenhangende Eisenoxidschicht zur Ausbildung unregelmaliig verteilter katodischer und anodischer Bezirke auf der Oberflache fuhren (Abb. 8.7). Es entstehen Lokalelemente mit der Eisenoberflache als Anode und dem „edleren64 Rost als Katode. Die meisten Metalloxide besitzen ein positiveres Potential, d. h. sie sind edler als die zugehorigen Metalle. Damit konnen sie, sofem sie den Strom leiten, als Elektrode einer galvanischen Zelle fungieren. In Gegenwart eines sauren Elektrolyten flielien die Elektronen vom Eisen zum Eisenoxid. Wenn sich gleichzeitig Sauerstoff als

Elektronenakzeptor an der Reaktion beteiligt, erweitem sich die Rostbereiche. Der be – schriebene Fall stellt eine spezielle Variante der Kontaktkorrosion dar.

Durch Zulegieren von Metallen wie Kupfer, Chrom, Nickel und Molybdan wird die Kor – rosionsanfalligkeit des Eisens deutlich verringert. Die Schutzfunktion der sich ausbilden – den Korrosionsdeckschicht erhoht sich. Das insbesondere durch den Einfluss von S02 ent – standene Eisen(II)-sulfat FeS04 wird in Gegenwart der Legierungsmetalle Cu, Ni und Cr in schwer losliche Hydroxidsulfate uberfuhrt. Durch ihren Einbau in die Poren der Rost – schicht erfolgt eine weitere Abdichtung und Stabilisierung der Korrosionsschicht.

Hochlegierte Stable (Edelstahle) weisen vor allem durch ihren hohen Cr-Anteil eine be – sondere Korrosionsbestandigkeit auf. Es bildet sich eine relativ widerstandsfahige Chrom – oxid-Schutzschicht aus. Als Schwellenwert (,,Resistenzgrenze“) werden 12,5% Cr ange – geben. Oberhalb dieses Wertes erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff eine Passivierung der Edelstahle. Mit steigendem Chromgehalt erhoht sich die Korrosionsbestandigkeit, da die Schutzschicht aus Chromoxid immer undurchlassiger wird. Durch Zulegieren von Nickel und/oder Molybdan wird ihre Bestandigkeit weiter erhoht.

Allerdings ist auch bei sogenannten „nicht rostenden“ Stahlen stets von einer, wenn auch mit geringer Geschwindigkeit, ablaufenden Sauerstoffkorrosion auszugehen, wobei die Korrosionsgeschwindigkeit – wie in alien anderen Fallen auch – von der Aggressivitat der umgebenden Atmosphare (Reinluftgebiete, Industrie – oder Meeresluft) abhangt. Weit wichtiger sind fur die legierten Stahle jedoch lokalisierte Angriffe wie die Loch – und die Spaltkorrosion sowie die Spannungsrisskorrosion (Кар. 8.2.5).

Fur das Bauwesen ist das Korrosionsverhalten des Bewehrungsstahls von fundamentaler Bedeutung. Das im Beton eingeschlossene Porenwasser ist wegen der immer im Zement enthaltenen Alkalien und des bei der Zementhydratation entstehenden Calciumhydroxids stark alkalisch (pH 13…13,8). Das ist genau der pH-Bereich, in welchem Eisen, als Haupt- bestandteil des Stahls, nicht bzw. kaum rostet (Passivitat des Stahls im alkalischen Me­dium). Diese auBerordentlich gunstige, dem System Beton naturlich innewohnende Eigen – schaft, bildet die Grundlage fur die Verwendung der Baumaterialkombination Stahl-Beton. Korrosionsprobleme treten beim Bewehrungsstahl dann auf, wenn in das stark alkalische Milieu drastisch eingegriffen wird bzw. wenn Chloridionen in den Beton eindringen (Кар. 9.4.2.3).