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Baustofftechnik 1 - Passiver und aktiver Korrosionsschutz

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Baustofftechnik 1

Passiver und aktiver Korrosionsschutz

In diesem Kurstext erklären wir dir den passiven und aktiven Korrosionsschutz von Baustoffen im Detail.

Passiver Korrosionsschutz

Beim passiven Korrosionschutz werden hauptsächlich beschichtende Maßnahmen ergriffen, um den Baustoff vor Schädigungen zu schützen.

Lackierte Oberfläche eines Gehäuses
Lackierte Oberfläche eines Gehäuses

Man verwendet also Deckschichten, um die Metallauslösungsreaktion zu unterbinden oder Imprägnierungen, um Holzschichten vor einem strukturellen Zerfall/Zersetzung zu schützen. Im ersten Fall werden dabei entweder metallische, nichtmetallisch-organische Bezüge oder organische Bezüge verwendet.

Merke

Hier klicken zum AusklappenDie gemeinsame Aufgabe einer jeden Schutzmaßnahme/Schutzart besteht darin, den Baustoff absolut dicht zu schützen, da ansonsten eine verstärkte Korrosion auftreten kann. 

Nachfolgend werden einige passive Schutzmaßnahmen vorgestellt.  

Temporärer Korrosionsschutz

In vielen Industriebetrieben werden Baustoffe unter einer Schutzatmosphäre erzeugt, bevor sie an Baustellen ausgeliefert werden. Die Gefahr liegt daher beim Transport des Bauteils, weshalb man temporäre Korrosionsschutzmittel entwickelt hat. Dieser Schutz ist - wie bereits der Name ableiten lässt - zeitlich begrenzt. Die Anforderungen an ein derartiges Korrosionsschutzmittel sind unter anderem:

  1. einwandfreie Schutzwirkung für einen begrenzten Zeitraum
  2. die Möglichkeit des Auftragens durch Bespritzen oder Tauchbäder
  3. einfaches Entfernen beim Einsatz oder der Weiterverarbeitung

Stoffe die diese Aufgaben erfüllen, lassen sich in vier Kategorien unterteilen:

  • Passivierungsmittel $ \Longrightarrow $ Dichan
  • abreißbare Filme $ \Longrightarrow $ Acetylcellulose, Ethylcellulose
  • Weichfilmbildner $ \Longrightarrow $ Rostschutzöle, Wachse, Emulsionen auf Wachsbasis sowie Rostschutzfette
  • Hartfilmbildner $\Longrightarrow $ Öllacke, Ölfarben, Kunstharzlacke sowie Spirituslacke

Nichtmetallischer dauerhafter Korrosionsschutz

Nichtmetallische Überzüge spielen eine sehr wichtige Rolle. Man verwendet hierfür Anstriche sowie Plast- und Elastoüberzüge.

Farb- und Lackanstriche

Ein großer Anteil der Korrosionsschutzmaßnahmen entfällt auf organische Überzüge. Dazu zählen auch Farb- und Lackanstriche. Die Anstrichstoffe sind flüssig oder pastenartige Stoffe oder auch Stoffgemische. Zu den Hauptbestandteilen eines Anstrichstoffs zählen:

  • Bindemittel $\rightarrow $ bilden den Deckfilm aus
  • Extender $\rightarrow $ dienen als Pigmente oder Füllstoffe
  • Lösungsmittel $\rightarrow $ gewährleisten die Konsistenz des Anstrichstoffes
  • Verdünnungsmittel $\rightarrow $ siehe Lösungsmittel
  • Hilfsstoffe $\rightarrow $ bspw. zum Hautschutz.

Nach dem Auftragen des Anstrichs besteht dessen Hauptaufgabe in der Bildung eines Schutzfilms auf der Baustoffoberfläche. Die Aufgaben des Schutzfilms bestehen in

  • einer hohen Lebensdauer,
  • einer hohen Haftfestigkeit,
  • ausreichender Elastizität,
  • Wasser- und Luftundurchlässigkeit sowie
  • einer ausreichenden Verschleißfestigkeit.

Plast- und Elastoüberzüge

Gegenüber Anstrichen besitzen diese Überzüge den Vorteil, dass sie neben einer dickeren Schicht auch eine isolierende Funktion übernehmen. Typische Thermoplasten sind PVC (weich und hart), PE und PA sowie Duroplaste. Des Weiteren weisen diese Überzüge eine gute chemische Beständigkeit, einen hohen elektrischen Widerstand, eine glatte Oberfläche und eine ansprechende Optik auf. Elastoüberzüge auf Kautschukbasis bieten einen besonderen Korrosions- und Erosionsschutz. Hierbei kommt oft das Vulkanisieren zum Einsatz, wodurch die Gummischicht besondere Festigkeitseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erlangt. Ein weiterer Vorzug von Elastoüberzügen liegt darin, dass sie teilweise mechanisch bearbeitet werden können.

Metallischer dauerhafter Korrosionsschutz

Bei dieser Schutzart wird der Korrosionsschutz bereits durch vergleichsweise dünne metallische Schichten erreicht. Zu den gängigen Verfahren zum Auftragen der Schichten zählen:

  • Galvanisieren (Elektroplattieren)
  • stromloses Metallisieren
  • schmelzflüssiges Metallisieren
  • Metallspritzen
  • Diffusionsverfahren
  • Plattieren

Sofern der metallische Überzug den Baustoff vollständig gegenüber Elektrolyten isoliert, besitzt er die gleichen Korrosionseigenschaften wie nichtmetallische Überzüge. Hauptsächliche kommen dabei Metalle wie Zink, Chrom oder Kupfer zum Einsatz.

Aktiver Korrosionsschutz

Beim aktiven Korrosionsschutz greift das Schutzverfahren aktiv in die chemischen bzw. elektrochemischen Korrosionsvorgänge ein. Denn wo der Schutz durch ein Oberflächenbehandlungsverfahren nicht mehr möglich oder gewünscht ist, müssen andere Verfahren gefunden werden, um das Korrosionsverhalten positiv zu beeinflussen. Hierbei unterscheidet man zwischen dem Entfernen von korrosionsfördernden Stoffen und der Zugabe von Inhibitoren, also Stoffen die die Korrosion unterbinden. 

Entfernen von Korrosionsstimulatoren

In Baustoffen existieren Stoffe, die einen Korrosionsvorgang beschleunigen können. Diese Stoffe bezeichnet man als Stimulatoren. Zu dieser Stoffgruppe gehören beispielsweise $ H_2O $, $ CO_2, O_2 $ oder $ H^+$ sowie atmosphärische Verunreinigungen. 

Merke

Hier klicken zum AusklappenSobald es gelingt, diese Stoffe durch physikalische und chemische Vorgänge zu beseitigen, verringert sich natürlich auch die Korrosionsgefahr. 

Typische Maßnahmen hierfür sind:

  • Schutzalkalität erzeugen, zur Verringerung der Wasserstoffionkonzentration
  • Entgasung von Kesselspeisewasser zur Entfernung von $ O_2 $ und $ CO_2 $
  • Luftrocknung in geschlossenen Räumen

Zugabe von Korrosionsinhibitoren

Oft sind Korrosionsinhibitoren bereits im angreifenden Medium enthalten oder sie müssen dem System in geringer Menge zugeführt werden. Dadurch sinkt die im System vorhandene Korrosionsaffinität. 

Allgemein werden folgenden Anforderungen an einen wirksamen Korrosionsinhibitor gestellt:

  • gute Löslichkeit im korrodierenden Medium selbst bei unterschiedlichen Temperaturbereichen
  • gute Wirksamkeit selbst bei geringen Konzentrationen
  • lange Wirksamkeit und Beständigkeit im System
  • keine Nebenreaktionen oder Folgereaktionen im Baustoff
  • keine verschlechternde Veränderung der Baustoffeigenschaften

Für einen wirksamen Einsatz haben sich besonders Inhibitoren in Form wässriger Lösungen und Gasphasen behauptet.

Inhibitoren

Man kann die korrosionsverringernden Stoffe je nach Wirkungsmechanismus in physikalische und chemische Inhibitoren unterteilen. 

Physikalische Inhibitoren erzeugen eine Adsorption an der Baustoffoberfläche, die bewirkt, dass sich eine sehr dünne Schicht des Inhibitors auf die Oberfläche legt und somit chemische oder elektrochemische Reaktionen unterbindet. Man beschreibt diesen Vorgang als physikalisch, da die Absorption keine chemischen Reaktionen zwischen Metall und Inhibitor hervorruft.

Chemische Inhibitoren hingegen reagieren sehr wohl mit der Metalloberfläche oder dem Korrosionsmedium. Je nach Wirkweise unterscheidet man auch hier zwischen

  • Passivatoren
  • Deckschichtenbildner
  • elektrochemische Inhibitoren
  • Destimulatoren