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Erstaunliche elektrochemische Reaktionen: Was ist das überraschende Geheimnis hinter Metallkorrosion?
Metallkorrosion ist ein natürlicher Prozess, der raffinierte Metalle in stabilere Oxide umwandelt. Dabei handelt es sich um die allmähliche Verschlechterung eines Materials (normalerweise eines Metalls) durch chemische oder elektrochemische Reaktionen mit seiner Umgebung. Korrosionstechnik ist der Bereich, der sich der Kontrolle und Verhinderung von Korrosion widmet. Im alltäglichen Sprachgebrauch ist damit meist eine elektrochemische Oxidationsreaktion zwischen einem Metall und einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Hydroxid gemeint.
Rost, die Bildung rot-orangefarbener Eisenoxide, ist ein bekanntes Beispiel für elektrochemische Korrosion.
Diese Art von Korrosion erzeugt häufig Oxide oder Salze des ursprünglichen Metalls und führt zu der charakteristischen Farbe. Korrosion kann auch bei anderen Materialien als Metallen auftreten, beispielsweise bei Keramik oder Polymeren. In diesem Zusammenhang wird jedoch häufiger von „Verschlechterung“ gesprochen. Korrosion verringert den Nutzen von Materialien und Strukturen, einschließlich mechanischer Festigkeit, Aussehen und Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase. Einige Strukturlegierungen korrodieren einfach durch den Kontakt mit feuchter Luft, dieser Prozess kann jedoch durch bestimmte Substanzen stark beeinträchtigt werden.
Korrosion kann lokal auftreten und Löcher oder Risse bilden, oder sie kann die Oberfläche gleichmäßig über einen großen Bereich korrodieren. Da Korrosion ein diffusionskontrollierter Prozess ist, bedeutet dies, dass sie an exponierten Oberflächen auftritt. Daher können Maßnahmen zur Reduzierung der freiliegenden Oberflächenaktivität, wie Passivierung und Chromumwandlung, die Korrosionsbeständigkeit von Materialien verbessern. Einige Korrosionsmechanismen sind jedoch weniger offensichtlich und schwer vorherzusagen.
Der Kern des elektrochemischen Prozesses
Der chemische Prozess der Korrosion ist recht komplex und kann als elektrochemisches Phänomen betrachtet werden. An einer bestimmten Oberfläche des Eisens findet der Oxidationsprozess statt und diese Stelle fungiert als Anode. Die an dieser Anodenposition freigesetzten Elektronen wandern durch das Metall zu einem anderen Punkt, wo sie in einer H+-haltigen Umgebung Sauerstoff reduzieren. Diese Position fungiert als Kathode.
Fall von Batteriekorrosion
Batteriekorrosion entsteht, wenn zwei unterschiedliche Metalle miteinander in Kontakt kommen und in einen gemeinsamen Elektrolyten eingetaucht werden, oder wenn dasselbe Metall Elektrolyten unterschiedlicher Konzentration ausgesetzt wird. In einem Batteriesatz korrodiert das aktivere Metall (die Anode) schneller, während das edlere Metall (die Kathode) langsamer korrodiert. Dieses Phänomen ist besonders wichtig in der Schifffahrtsindustrie, insbesondere dort, wo (salzhaltiges) Wasser mit Rohren oder Metallkonstruktionen in Kontakt kommt.
Verwenden Sie Opferanoden, um Batteriekorrosion flexibel zu bekämpfen. Beispielsweise wird Zink häufig als Opferanode für Stahlkonstruktionen verwendet.
Methoden zur Entfernung von Korrosion
Oft können Korrosionsprodukte chemisch entfernt werden. Beispielsweise kann Phosphorsäure in Form von „Navy-Kleber“ auf Eisenwerkzeuge oder Oberflächen aufgetragen werden, um Rost zu entfernen. Allerdings sollte die Korrosionsentfernung nicht mit Elektropolieren verwechselt werden, bei dem einige Schichten des darunter liegenden Metalls entfernt werden, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Die Korrosionsbeständigkeit einiger Metalle hängt von ihren intrinsischen Eigenschaften ab, was die Bedeutung biologischer und chemischer Reaktionen für die Korrosionsverhinderung zeigt.
In vielen Fällen ist die richtige Metallauswahl der Schlüssel zur langfristigen Leistung.
Korrosionsschutzstrategien
Es gibt verschiedene Methoden, Metalle vor Korrosion zu schützen, darunter Lackieren, Feuerverzinken, kathodischer Schutz und Kombinationen dieser Methoden. Beispielsweise können Beschichtungen eine Schutzschicht vor direktem Metallkontakt mit korrosiven Umgebungen bieten. Der Erfolg dieser Schutzmaßnahmen hängt von der Qualität der fugenlosen Abdeckung ab, und selbst kleine Unvollkommenheiten können zur Achillesferse der Korrosion werden.
In der chemischen Industrie ist ein Wasserstoffdepression ein Vakuum, das durch die Wechselwirkung zwischen korrosiven Medien und Stahlrohren und Wasserstoffblasen entsteht. Wenn saure Flüssigkeiten durch Stahlrohre strömen, interagieren die Korrosionsprodukte mit Wasserstoffblasen und bilden eine frustrierte gelartige Substanz, die mehr Korrosion verursacht.
Korrosionserkennung und -prävention
Die Erkennung und Verhinderung von Korrosion kann mithilfe moderner Technologie verbessert werden, beispielsweise durch den Einsatz von Sensoren, Überwachungsgeräten und Materialauswahl. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Beständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion, mikrobielle Korrosion und sogar Metallstaub. Durch die Gestaltung der richtigen Umgebung und die Aufrechterhaltung eines angemessenen Schutzes können die durch diese Korrosionsereignisse verursachten Schäden wirksam reduziert und so die Lebensdauer des Materials verlängert werden.
Bei der Auswahl des richtigen Materials ist es wichtig, dessen Auswirkungen und Fähigkeiten auf die Umwelt zu berücksichtigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Korrosion ein häufiger, aber komplexer Prozess ist. Das Verständnis seines Mechanismus hilft nicht nur, Korrosion zu verhindern und zu kontrollieren, sondern verbessert auch die Haltbarkeit und Lebensdauer von Materialien. Wie können wir im täglichen Leben der Herausforderung der Metallkorrosion effektiver begegnen?
