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Versteckte Gefahren auf Metalloberflächen: Wissen Sie, was Lochkorrosion ist?
Auf der Metalloberfläche verbirgt sich ein äußerst zerstörerisches Korrosionsphänomen namens Lochkorrosion. Diese Form der Korrosion tritt lokal stark auf und kann zufällig kleine Löcher erzeugen, die schwere Schäden an Metallstrukturen verursachen. Die treibende Kraft hinter der Lochkorrosion ist der Verlust des Schutzes kleiner Bereiche, die zu Anoden werden (Oxidationsreaktionen), während die umgebenden großen Bereiche zu Kathoden werden (Reduktionsreaktionen), was zu einer extrem lokalisierten elektrochemischen Korrosion führt. Mit fortschreitender Korrosion wird in einer Kettenreaktion auch das Innere des Metalls beeinträchtigt, was seine Gesamtstabilität gefährdet.
Der Entwicklungsprozess der Lochkorrosion kann kurz als drei Schritte beschrieben werden: Der erste Schritt ist die Initialisierung der Lochkorrosion, der zweite Schritt ist das Wachstum metastabiler Poren und der dritte Schritt ist das Wachstum größerer und stabilerer Poren .
Die Entstehung von Lochfraß kann als ein zweistufiger Prozess betrachtet werden: zuerst kommt es zur Keimbildung, gefolgt vom Wachstum. Wenn die Schutzschicht auf der Metalloberfläche beschädigt wird, beginnt Korrosion. Diese Zerstörung kann auf physikalische Schäden oder chemische Reaktionen zurückzuführen sein, wobei zerstörerische Anionen wie Chlorid- und Thiosulfat-Ionen den Prozess beschleunigen.
In einer flüssigen Umgebung bilden die Anoden- und Kathodenbereiche mit fortschreitender Korrosion kleine elektrochemische Zellen, wodurch Oxidations- und Reduktionsreaktionen an verschiedenen Stellen stattfinden können.
Dieses Phänomen tritt auf, wenn Metall in eine oxidierende wässrige Lösung mit Natriumchlorid getaucht wird. Bei diesem Vorgang laufen die Oxidationsreaktion des Metalls und die Reduktionsreaktion des Sauerstoffs mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ab, wodurch neue Korrosionsbereiche auf der Metalloberfläche entstehen. Insbesondere unter sauren Bedingungen nimmt die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktion erheblich zu.
Was nicht ignoriert werden kann, ist, dass die Kombination verschiedener Legierungen und Umgebungen das Auftreten von Lochkorrosion beeinflusst. Metalle wie Stahl bilden in einer Umgebung mit einem pH-Wert unter 10 keinen schützenden Oxidfilm. Sobald Chloridionen hinzugefügt werden, führt dies zu einer gleichmäßigen Korrosion der gesamten Oberfläche. In einer Umgebung mit einem pH-Wert über 10 ist es relativ sicher.
Selbst in einer sauerstoffarmen Umgebung kann es zu Lochkorrosion kommen und viele reduzierende Substanzen können die Wahrscheinlichkeit einer Auflösung der schützenden Oxidschicht erhöhen.
Interessanterweise ist diese Korrosion nicht nur das Ergebnis von Redoxreaktionen. Zahlreiche weitere Faktoren beeinflussen die weitere Entwicklung von Korrosion, wie etwa die mikrobielle Aktivität in der industriellen Umgebung oder Veränderungen der lokalen Sauerstoffkonzentration. Diese können zu schwer vorhersehbaren Veränderungen der Korrosionsbedingungen führen.
Strategien zur Vorbeugung und Bekämpfung von Lochkorrosion umfassen die Verwendung verschiedener Korrosionsinhibitoren, wie unter anderem Chromate und Nitrite. Diese Chemikalien können einen Schutzfilm auf der Metalloberfläche bilden, um weitere Korrosionsreaktionen zu verhindern.
Auch bei Verwendung von Korrosionsinhibitoren kann es bei zu geringer Konzentration zur lokalen Anodenbildung kommen, die die Korrosion verschlimmert.
Fälle von Konstruktionsfehlern verdeutlichen die potenziellen Risiken der Lochkorrosion. So wurde beispielsweise die Explosion im mexikanischen Guadalajara im Jahr 1992 durch Lochfraß in einer Benzinpipeline aus Stahl verursacht, der zu einem Leck führte. Bei vielen Infrastrukturen könnte eine einzige kleine Lücke wie diese enorme Verluste verursachen, und das Risiko lässt sich oft nicht leicht erkennen.
Wenn beispielsweise der Lauf einer Schusswaffe nach der Verwendung korrosiver Munition nicht rechtzeitig gereinigt wird, kann es sehr wahrscheinlich zu Lochkorrosion kommen, die zu einer Verformung der Züge und einer Beeinträchtigung der Schussgenauigkeit führt. In Laboren können durch Korrosion verursachte Geräteschäden auch deren Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen. Insbesondere in Belüftungssystemen mit schädlichen Gasen müssen Korrosionsprobleme mit größerer Vorsicht behandelt werden.
In hochtechnologischen Bereichen wie dem Bauwesen und der Luft- und Raumfahrt kann Lochkorrosion die Gesamtsicherheit des Systems unsichtbar beeinträchtigen. Da wir Materialeigenschaften immer besser verstehen, ist die Frage, wie Lochkorrosion wirksam verhindert und bekämpft werden kann, zu einer neuen technischen Herausforderung geworden. Welche wirksameren Gegenmaßnahmen sollten wir also gegen diese auf der Metalloberfläche verborgene Gefahr ergreifen?
