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Korrosionsschutz

30.07.2018

Der Schutz vor Korrosion zählt zu den wichtigsten Aufgaben sowohl von metallischen als auch von organischen Beschichtungen. Insbesondere die große Zahl an unterschiedlichen Legierungen auf Basis von Eisen muss gegen korrosive Einwirkungen geschützt werden. Der Angriff von Eisen erfolgt durch die Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft und Bildung von Eisenoxiden unterschiedlicher Zusammensetzung, die mit dem Oberbegriff Rost zusammengefasst werden (Rost bezeichnet streng genommen nur die Oxidationsprodukte von Eisen unter Einwirkung von wässrigen Korrosionsmedien). Die Oxidation von Eisen ist auch ohne Mitwirkung einer wässrigen Lösung möglich, erfolgt dann aber wesentlich langsamer und das entstehende Eisenoxid ist als dünner Film an der Oberfläche vorhanden, der selbst in eingeschränktem Maße die weitere Oxidation verlangsamt. Kritisch ist vor allem der punktuelle Angriff, der zu starken Vertiefungen führen kann (Lochfraß) und beispielsweise dünne Bleche in relativ kurzer Zeit perforiert, insgesamt aber bei mechanisch starker Belastung durch Rissbildung auch zu frühzeitigem Werkstoffversagen führen kann.

Zur Vermeidung von Korrosion werden Stähle immer dann mit einer Korrosionsschutzschicht versehen, wenn ein Korrosionsangriff das visuelle Erscheinungsbild stört oder die Funktion des Stahlteils durch Korrosion beeinträchtigt wird. Zudem muss ein Korrosionsschutz dann aufgebracht werden, wenn Stahl mit anderen Werkstoffen kombiniert wird und die Beschichtung die Kontaktkorrosion (Bimetallkorrosion nach DIN EN ISO 8044, ein Spezialfall der galvanischen Korrosion) verhindern oder reduzieren muss. Dies ist besonders im Fahrzeugbau der Fall, aber auch bei Gebäuden an dort eingesetzten, hochfesten Schrauben für die Fixierung von Stahlteilen. 

Für den Korrosionsschutz kommen vor allem Zink und Zinklegierungen sowie bei gleichzeitig auftretender Druck- oder Verschleißbelastung auch dicke Chromschichten zum Einsatz. Zink und Zinklegierungen werden durch galvanische Verfahren und Zink durch Feuerverzinken aufgebracht. Chromschichten werden ausschließlich mittels der galvanischen Abscheidung hergestellt. 

Durch das Zulegieren von Nickel zu Zink kann die Korrosionsbeständigkeit von galvanischen Zinkschichten deutlich gesteigert werden (Quelle: Schlötter)

 

Neben metallischen Schichten spielen Lackierungen eine wichtige Rolle für den Korrosionsschutz. Sie erlauben darüber hinaus die farbliche Gestaltung von Oberflächen. Bei organischen Schichten ist zu berücksichtigen, dass sie teilweise für Wasser und Gase durchlässig sind. Dadurch kann es an der Grenzfläche zwischen der organischen Schicht und einem metallischen Grundwerkstoff zu Korrosion mit Blasenbildung kommen. Dies findet insbesondere dann statt, wenn die Haftung zwischen Grundwerkstoff und organischer Deckschicht mangelhaft ist. Zur Vermeidung dieses Erscheinungsbildes ist auf eine gute Vorbehandlung vor dem Lackieren zu achten, beispielsweise durch Phosphatieren. Bei lackiertem Aluminium tritt als besondere Art die Filiformkorrosion auf, bei der die Auflösung der metallischen Oberflächen fadenförmig zwischen Metall und Lack verläuft. Qualitative hochwerte Produkte aus lackiertem Aluminium werden zum Schutz dagegen vor dem Lackieren zusätzlich anodisiert (eloxiert). 

Vor allem für Bauteile im Fahrzeugbau oder auch für Windkraftanlagen werden Zinklamellenbeschichtungen verwendet. Hiebei handelt es sich um eine organische Basisschicht mit Metallflitter in einer Länge von einigen 10 µm und wenigen Mikrometern Dicke. Die Metallflitter richten sich beim Auftragen parallel zur Oberfläche aus. Die Wirkung der Lamellenbeschichtung beruht auf mehreren Prinzipien: 

  • dem Schutzmechanismus von Zink, das sich im Falle einer Korrosion zugunsten von Eisen auflöst
    (kathodischer Korrosionsschutz)
  • der Schutzwirkung einer Lackschicht, die gegenüber vielen Korrosionsmedien beständig ist und nicht wie ein Metall elektrochemisch reagieren kann
  • der Erzeugung von langen Diffusions-/Migrationswegen von eindringendem Sauerstoff und Wasser durch die parallel zur Oberfläche ausgerichteten Zinklamellen.

Zinklamellenbeschichtungen stellen insbesondere dann eine gute Alternative zu metallischen Beschichtungen dar, wenn dickere Schutzschichten gefordert sind, keine hohen Temperaturen im Gebrauch auftreten oder keine stark abrasiven Angriffe zu erwarten sind.