Effektive Strategien zur Verhinderung von Metallkorrosion in industriellen Bauteilen

Unter bestimmten Bedingungen können selbst die robustesten Metallteile Korrosion erleiden, die auftritt, wenn das Metall mit der Umgebung reagiert. Jedes Metall kann in gewissem Grad korrodieren, wobei verschiedene Metalle in unterschiedlichen Umgebungen reagieren.

Kein Metall ist vollständig vor der Korrosionsgefahr sicher. Wichtig ist jedoch, dass Korrosion in der Regel durch bestimmte Maßnahmen verhindert oder minimiert werden kann. Diese Schritte umfassen gutes Produktdesign, Materialauswahl und die Anwendung von Oberflächenbehandlungen.

In diesem Artikel werden verschiedene Methoden zur Reduzierung der Korrosion von Metallteilen besprochen, die mit CNC-Bearbeitungstechnologie hergestellt werden.

Was ist Korrosion?

Korrosion tritt auf, wenn Metalle mit Oxidationsmitteln in ihrer Umgebung reagieren. Diese chemische Reaktion führt dazu, dass sich das Metall mit der Zeit abbaut, was sowohl sein Erscheinungsbild beeinträchtigt als auch seine strukturelle Integrität gefährdet.

Korrosion ist die Verschlechterung von Materialien durch Umwelteinflüsse. Es handelt sich um ein natürliches Phänomen, das drei Bedingungen erfordert: Feuchtigkeit, eine Metalloberfläche und ein Oxidationsmittel (Elektronenakzeptor). Der Korrosionsprozess wandelt die reaktive Metalloberfläche in eine stabilere Form um – nämlich in ihr Oxid, Hydroxid oder Sulfid.

Jedes Metall besitzt unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften. Diese bestimmen, welche Bauteile anfällig für Korrosion sind. Beispielsweise rosten Eisenwerkzeuge, die lange einer feuchten Umgebung ausgesetzt sind, während Kupferdächer unter Witterungseinfluss patinieren. Obwohl einige Metalle korrosionsbeständiger sind als andere (abhängig von der Umgebung), ist kein Metall gegen alle Korrosionseffekte immun.

Negative Auswirkungen von Korrosion

Korrosion kann verschiedene negative Auswirkungen auf Metalle haben. Wenn Metallkonstruktionen korrodieren, werden sie unsicher, was Unfälle wie Einstürze verursachen kann. Selbst geringfügige Korrosion erfordert Reparatur und Wartung. Tatsächlich betragen die jährlichen direkten Kosten von Metallkorrosion weltweit schätzungsweise 2,2 Billionen US-Dollar!

Obwohl alle Metalle korrodieren, lässt sich schätzungsweise 25–30 % der Korrosion durch den Einsatz geeigneter Schutzmethoden verhindern.

Korrosion ist ein natürlicher Prozess, bei dem Umgebungsbedingungen das raffinierte Metall in seine Oxid-, Hydroxid- oder Sulfidform überführen.

Wie man Korrosion an Metallteilen verhindert

Es können Maßnahmen ergriffen werden, um Korrosion an Metallteilen zu verhindern. Die meisten dieser Schritte erfolgen vor und während des Fertigungsprozesses, aber auch nach der Inbetriebnahme lässt sich die Korrosion der Teile reduzieren.

Die Befolgung dieser Schritte garantiert keine unbegrenzte Lebensdauer des Teils, verringert jedoch das Korrosionspotenzial und hilft, die normale Funktion und das Erscheinungsbild des Metallteils zu erhalten.

Korrosion lässt sich durch die Wahl der richtigen Methode verhindern:

• Metallart
• Schutzbeschichtung
• Konstruktives Design
• Umgebungssteuerung
• Opferanoden-Beschichtung

Metallart

Eine einfache Möglichkeit, Korrosion zu verhindern, ist die Verwendung korrosionsbeständiger Metalle wie Aluminium oder Edelstahl. Je nach Anwendung können diese Metalle den Bedarf an zusätzlichem Korrosionsschutz reduzieren.

Edelstahl: Das Eisen im Edelstahl oxidiert und rostet. Stahl mit hohem Chromgehalt (z. B. Edelstahl 316) rostet jedoch nicht so leicht, da Chrom eine schützende Chromoxidschicht auf der Oberfläche des Teils bildet.

Aluminium: Aluminium enthält kein Eisen, daher rostet es nicht. Beim Kontakt mit Feuchtigkeit bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche, die Korrosion verhindert.

Kupfer, Bronze und Messing: Rote Metalle wie Kupfer, Bronze und Messing enthalten wenig oder kein Eisen und rosten nicht. Oxidiertes Kupfer zeigt eine grüne Patina. Zwar mag dies ästhetisch nicht ideal sein, schützt aber Kupferkomponenten vor weiterer Korrosion.

Schutzbeschichtung

Die Beschichtung wirkt als physikalische Barriere zwischen dem Metallteil und den oxidierenden Elementen in der Umgebung und bietet so eine Korrosionsschutzschicht. Solange die Beschichtung nicht abgenutzt ist, können Luft, Feuchtigkeit und andere korrosive Substanzen das Metall nicht direkt angreifen. Nach einer gewissen Zeit kann die Farbe erneuert werden, um den Zustand des Teils zu erhalten.

Eine gängige Methode ist das Verzinken, bei dem der Hersteller eine dünne Zinkschicht auf das Teil aufbringt. Für einige Metalle ist es möglicherweise am besten, eine Hartchrombeschichtung (moderater Preis, gute Korrosionsbeständigkeit) oder eine Schwarzchrombeschichtung (teurer, hervorragende Korrosionsbeständigkeit) hinzuzufügen.

Farben und/oder Grundierungen sind eine direkte und kostengünstige Methode zur Korrosionsverhinderung und können aus ästhetischen Gründen weiterhin notwendig sein. Die Farbbeschichtung wirkt als Barriereschicht, die den Transfer elektrochemischer Ladungen von der korrosiven Lösung auf das darunterliegende Metall verhindert.

Eine weitere Möglichkeit ist das Aufbringen von Pulverlack. Dabei wird trockenes Pulver auf die gereinigte Metalloberfläche aufgebracht. Das Metall wird anschließend erhitzt, um das Pulver zu einem glatten, ununterbrochenen Film zu verschmelzen. Viele verschiedene Pulverzusammensetzungen können verwendet werden, darunter Acryl, Polyester, Epoxid, Nylon und Polyurethan.

Konstruktives Design

Korrosionskontrolle beginnt in der Entwicklungsphase. Wenn das Teil in einer korrosionsanfälligen Umgebung eingesetzt wird, sollten Ingenieure beim Erstellen eines CAD-Designs prüfen, ob bestimmte Designmerkmale Korrosion fördern oder verhindern. Das Material des Teils beeinflusst seine Korrosionsbeständigkeit, aber auch Form und Oberflächenbeschaffenheit wirken sich darauf aus.

Der Konstrukteur sollte enge Spalten beseitigen, um das Eindringen und Stagnieren von Luft oder Flüssigkeit zu verhindern. Funktionen, die Feuchtigkeit oder Luft ansammeln könnten, sollten vermieden werden. Teile sollten keine tiefen Risse enthalten, die Feuchtigkeit ansammeln können, und wenn möglich sollte die Luftzirkulation gefördert werden. Wenn Teile unbedingt Spalten, Tunnel oder andere Schwachstellen enthalten müssen, muss sichergestellt sein, dass das Metall regelmäßig gewartet werden kann.

Umgebungssteuerung

Nach der Fertigung durchzuführende Schritte sind möglicherweise schwieriger umzusetzen als vor der Fertigung, aber sobald das Teil im Einsatz ist, lässt sich die Korrosion dennoch reduzieren.

Korrosion wird durch eine chemische Reaktion zwischen dem Metall und den Gasen in der Umgebung verursacht. Durch Maßnahmen zur Kontrolle der Umgebung können diese nachteiligen Reaktionen minimiert werden. Man kann den Sauerstoff- oder Chlorgehalt in der Umgebung steuern. Beispielsweise kann man auch verhindern, dass Teile übermäßiger Feuchtigkeit ausgesetzt sind, indem man ihre Position anpasst oder Barrieren einführt.

Opferanoden-Beschichtung

Eine weitere Möglichkeit, Teile korrosionsbeständig zu machen, besteht darin, statt einer Schutzbeschichtung eine Opferanoden-Beschichtung auf das Metall aufzubringen.

Ziel der Opferanoden-Beschichtung ist nicht, Korrosion vollständig zu verhindern, sondern die Beschichtung statt des Basismaterials korrodieren zu lassen. Daher wird die Beschichtung als „opferndes“ Material bezeichnet. Es gibt zwei Haupttechniken für Opferanoden-Beschichtungen: Kathodischen Schutz und Anodischen Schutz.

Kathodischer Schutz

Das häufigste Beispiel für kathodischen Schutz ist die Beschichtung von legiertem Stahl mit Zink, ein Prozess, der als Verzinken bezeichnet wird. Zink ist aktiver als Stahl und oxidiert, sobald Korrosion beginnt, wodurch die Korrosion des Stahls gehemmt wird. Diese Methode heißt kathodischer Schutz, weil sie funktioniert, indem sie den Stahl zur Kathode einer elektrochemischen Zelle macht. Kathodischer Schutz wird für Stahlrohre zum Transport von Wasser oder Kraftstoff, Warmwassertanks, Schiffsrümpfe und Offshore-Ölplattformen eingesetzt.

Anodischer Schutz

Beim anodischen Schutz wird legierter Stahl mit einem weniger aktiven Metall wie Zinn beschichtet. Zinn korrodiert nicht, sodass der Stahl so lange geschützt ist, wie die Zinnbeschichtung intakt ist. Diese Methode heißt anodischer Schutz, weil sie den Stahl zur Anode einer elektrochemischen Zelle macht.

Anodischer Schutz wird häufig in Kohlenstoffstahltanks zur Lagerung von Schwefelsäure und 50 % Natronlauge eingesetzt. In diesen Umgebungen ist kathodischer Schutz aufgrund der extrem hohen Stromanforderungen nicht geeignet.