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Werkstofftechnik 2 - Kathodischer Korrosionsschutz

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Werkstofftechnik 2

Kathodischer Korrosionsschutz

Um Behälter, Rohrleitungen und Kabel, die sich meistens in einer erdigen oder wässrigen Umgebung befinden, zu schützen, hat man kathodische Schutzverfahren entwickelt. Die Vorteile dieser Verfahren bestehen vor allem in der hohen Wirtschaftlichkeit und der beinahe unbegrenzten Wirksamkeit sowie der Möglichkeit des nachträglichen Einbaus, selbst bei bereits korrodierenden Anlagen.

Merke

Besonders in Verbundnetzen von Gas, Erdöl und Wasser ist ein wirksamer Korrosionsschutz unabdingbar. Da ansonsten durch Leckagen verherrende Umweltschäden entstehen können. 

Prinzip des Kathodenschutzes

Der Schutz besteht darin, einen Gleichstrom über den Elektrolyten derat auf das metallische Schutzobjekt zu leiten, dass der mit der Metallauflösung verbundene Korrosionstrom ausgeglichen wird. Dieser Vorgang gelingt, wenn das zu schützende Objekt zur Kathode wird. Dieser Zustand wird erreicht, indem die Kathode (Objekt) mit einer Anode aus unedlerem Metall verbunden oder ein Fremdstrom erzeugt wird. Der sich daraus ergebende Schutzstrom sorgt für eine bestimmte Schutzstromdichte und damit für ein bestimmtes Schutzpotential, welches es einzuhalten gilt. 

In der nachfolgenden Tabelle ist eine Übersicht der notwendigen Schutzpotentiale für ausgewählte Metalle in bestimmten Elektrolyten aufgeführt.

Zu schützendes Metall Elektrolyt notwendiges Schutzpotential (in V)
Stahl Meerwasser - 0,84
Stahl Erdboden -0,85 bis -0,95
Aluminium Meerwasser -0,98
Zink Erdboden -1,15
Blei Erdboden -0,55 bis -0,70

Insgesamt hat man drei Möglichkeiten ein Metall vor Korrosion kathodisch zu schützen:

1. Schutz durch Aktivanoden

Hier werden in der Nähe das Metalls Aktivanoden eingegraben und mit dem Metall leitend verbunden. Der Abstand zwischen Metall und Anode sollte zwischen 1-3 m betragen und zwischen den Anoden mindestens 40 m. Durch diese Verbindung wird das Metall als Kathode vor Korrosion geschützt und die Schutzanode (oder Opferanode) im Zeitverlauf verbraucht. Gängige Anodenwerkstoffe sind Zink, Aluminium oder Magnesiumlegierungen. Die Auswahl des passenden Anodenwerkstoffs richtet sich hierbei immer nach dem einzustellenden Schutzpotential.

SKIZZE 119

Korrosionsschutz durch Aktivanode
Korrosionsschutz durch Aktivanode

Wie aus der Skizze ersichtlich ist erhält die Anode eine Ummantelung. Diese Ummantelung dient der Lebensverlängerung der Anode.

2. Kathodischer Schutz durch Fremdstrom

Ein andere Möglichkeit das Metall vor Korrosion zu schützen besteht darin den notwendigen Schutzstrom durch eine Gleichstromquelle zu erzeugen. Dadurch ist man nicht auf eine natürliche Potentialdifferenz zwischen Anodenmaterial und Metall angewiesen und kann den Anodenwerkstoff nach dem Kriterium der geringsten Materialabtragung und niedrigsten Kosten auswählen. Oft fällt dann die Wahl auf Graphit.  

Korrosionsschutz durch Fremdstrom
Korrosionsschutz durch Fremdstrom

Weitere Vorteile:

  • Anpassung des Potentials aufgrund von Änderungen der Elektrolytfähigkeit durch Jahreszeiten möglich.
  • Das notwendige Potential lässt sich am Computer aus großer Entfernung automatisch regeln. 

3. Kathodischer Schutz durch Streustromableitung

Um einer Streustromkorrosion entgegenzuwirken kann man die Streuströme direkt wireder zur Streustromquelle zurückleiten. Hierzu legt man eine Drainage, die als Verbindung zwischen Metall und negativstem Bereich der Streustromquelle fungiert.