Wissenschaft

Korrosionsschutz für Metalle

In praktisch allen Situationen kann die Metallkorrosion mit den richtigen Techniken beherrscht, verlangsamt oder sogar gestoppt werden. Der Korrosionsschutz kann abhängig von den Umständen des korrodierten Metalls verschiedene Formen annehmen . Korrosionsschutztechniken können allgemein in 6 Gruppen eingeteilt werden:

 

Umgebungsmodifikation

Korrosion wird durch chemische Wechselwirkungen zwischen Metall und Gasen in der Umgebung verursacht. Durch Entfernen oder Ändern des Metalls aus der Umgebung kann die Metallverschlechterung sofort verringert werden.

Dies kann so einfach sein wie die Begrenzung des Kontakts mit Regen oder Meerwasser durch Lagerung von Metallmaterialien in Innenräumen oder in Form einer direkten Manipulation der das Metall beeinflussenden Umgebung.

Methoden zur Reduzierung des Schwefel-, Chlorid- oder Sauerstoffgehalts in der Umgebung können die Geschwindigkeit der Metallkorrosion begrenzen. Beispielsweise kann Speisewasser für Wasserkessel mit Weichmachern oder anderen chemischen Medien behandelt werden, um die Härte, Alkalität oder den Sauerstoffgehalt einzustellen und die Korrosion im Inneren des Geräts zu verringern.

 

Metallauswahl und Oberflächenbedingungen

Kein Metall ist in allen Umgebungen gegen Korrosion immun. Durch die Überwachung und das Verständnis der Umgebungsbedingungen, die die Ursache für Korrosion sind, können Änderungen der verwendeten Metallart auch zu einer signifikanten Verringerung der Korrosion führen.

Metallkorrosionsbeständigkeitsdaten können in Kombination mit Informationen zu den Umgebungsbedingungen verwendet werden, um Entscheidungen über die Eignung jedes Metalls zu treffen.

Die Entwicklung neuer Legierungen zum Schutz vor Korrosion in bestimmten Umgebungen wird ständig produziert. Hastelloy-Nickellegierungen, Nirosta-Stähle und Timetal-Titanlegierungen sind Beispiele für Legierungen, die für den Korrosionsschutz entwickelt wurden.

Die Überwachung der Oberflächenbedingungen ist auch wichtig, um vor Metallverschlechterung vor Korrosion zu schützen. Risse, Spalten oder unebene Oberflächen, ob aufgrund von Betriebsanforderungen, Verschleiß oder Herstellungsfehlern, können zu höheren Korrosionsraten führen.

Die ordnungsgemäße Überwachung und Beseitigung unnötig gefährdeter Oberflächenzustände sowie Maßnahmen zur Sicherstellung, dass Systeme so ausgelegt sind, dass reaktive Metallkombinationen vermieden werden und dass bei der Reinigung oder Wartung von Metallteilen keine korrosiven Mittel verwendet werden, sind ebenfalls Teil eines wirksamen Korrosionsreduzierungsprogramms .

 

Kathodenschutz

Galvanische Korrosion tritt auf, wenn sich zwei verschiedene Metalle zusammen in einem korrosiven Elektrolyten befinden.

Dies ist ein häufiges Problem für Metalle, die in Meerwasser getaucht sind, kann aber auch auftreten, wenn zwei unterschiedliche Metalle in feuchter Erde in unmittelbarer Nähe eingetaucht sind. Aus diesen Gründen greift galvanische Korrosion häufig Schiffsrümpfe, Offshore-Bohrinseln sowie Öl- und Gaspipelines an.

Der kathodische Schutz funktioniert durch Umwandlung unerwünschter anodischer (aktiver) Stellen auf der Metalloberfläche in kathodische (passive) Stellen durch Anlegen eines Gegenstroms. Dieser Gegenstrom liefert freie Elektronen und zwingt lokale Anoden, auf das Potential der lokalen Kathoden polarisiert zu werden.

Der kathodische Schutz kann zwei Formen annehmen. Das erste ist die Einführung von galvanischen Anoden. Dieses als Opfersystem bekannte Verfahren verwendet Metallanoden, die in die elektrolytische Umgebung eingeführt werden, um sich selbst zu opfern (zu korrodieren), um die Kathode zu schützen.

Während das zu schützende Metall variieren kann, bestehen Opferanoden im Allgemeinen aus Zink-, Aluminium- oder Magnesiummetallen mit dem negativsten Elektropotential. Die galvanische Reihe bietet einen Vergleich der unterschiedlichen Elektropotentiale – oder Adeligkeiten – von Metallen und Legierungen.

In einem Opfersystem bewegen sich Metallionen von der Anode zur Kathode, wodurch die Anode schneller korrodiert als sonst. Infolgedessen muss die Anode regelmäßig ausgetauscht werden.

Die zweite Methode des kathodischen Schutzes wird als Druckstromschutz bezeichnet. Diese Methode, die häufig zum Schutz von erdverlegten Rohrleitungen und Schiffsrümpfen verwendet wird, erfordert, dass dem Elektrolyten eine alternative Gleichstromquelle zugeführt wird.

Der negative Anschluss der Stromquelle ist mit dem Metall verbunden, während der positive Anschluss mit einer Hilfsanode verbunden ist, die hinzugefügt wird, um den Stromkreis zu vervollständigen. Im Gegensatz zu einem galvanischen (Opfer-) Anodensystem wird bei einem Druckstromschutzsystem die Hilfsanode nicht geopfert.

 

Inhibitoren

Korrosionsinhibitoren sind Chemikalien, die mit der Metalloberfläche oder den Umgebungsgasen reagieren und Korrosion verursachen, wodurch die chemische Reaktion, die Korrosion verursacht, unterbrochen wird.

Inhibitoren können wirken, indem sie sich an der Metalloberfläche adsorbieren und einen Schutzfilm bilden. Diese Chemikalien können als Lösung oder als Schutzbeschichtung über Dispersionstechniken aufgebracht werden.

Der Prozess der Verlangsamung der Korrosion durch den Inhibitor hängt ab von:

  • Ändern des anodischen oder kathodischen Polarisationsverhaltens
  • Verringerung der Diffusion von Ionen zur Metalloberfläche
  • Erhöhung des elektrischen Widerstands der Metalloberfläche

Wichtige Endverbrauchsindustrien für Korrosionsinhibitoren sind Erdölraffinerien, Öl- und Gasexplorationen, chemische Produktion und Wasseraufbereitungsanlagen. Der Vorteil von Korrosionsinhibitoren besteht darin, dass sie als Korrekturmaßnahme gegen unerwartete Korrosion in situ auf Metalle aufgebracht werden können.

 

Beschichtungen

Farben und andere organische Beschichtungen werden verwendet, um Metalle vor der abbauenden Wirkung von Umweltgasen zu schützen. Beschichtungen werden nach der Art des verwendeten Polymers gruppiert. Übliche organische Beschichtungen umfassen:

  • Alkyd- und Epoxyesterbeschichtungen, die im luftgetrockneten Zustand die Vernetzungsoxidation fördern
  • Zweiteilige Urethanbeschichtungen
  • Sowohl durch Strahlung härtbare Beschichtungen aus Acryl als auch aus Epoxidpolymer
  • Latexbeschichtungen aus Vinyl-, Acryl- oder Styrolpolymerkombinationen
  • Wasserlösliche Beschichtungen
  • Hochfeste Beschichtungen
  • Pulverbeschichtungen

 

Überzug

Metallische Beschichtungen oder Beschichtungen können angewendet werden, um Korrosion zu verhindern und ästhetische, dekorative Oberflächen zu erzielen. Es gibt vier gängige Arten von Metallbeschichtungen:

  • Galvanisieren: Eine dünne Metallschicht – häufig Nickel. Zinn oder Chrom. wird in einem Elektrolytbad auf dem Substratmetall (im Allgemeinen Stahl) abgeschieden. Der Elektrolyt besteht üblicherweise aus einer Wasserlösung, die Salze des abzuscheidenden Metalls enthält.
  • Mechanische Beschichtung: Metallpulver kann kalt mit einem Substratmetall verschweißt werden, indem das Teil zusammen mit dem Pulver und den Glasperlen in eine behandelte wässrige Lösung getaucht wird. Mechanische Beschichtungen werden häufig verwendet, um kleine Metallteile mit Zink oder Cadmium zu versehen
  • Stromlos: Ein Beschichtungsmetall wie Kobalt oder Nickel wird bei diesem nichtelektrischen Beschichtungsverfahren unter Verwendung einer chemischen Reaktion auf dem Substratmetall abgeschieden.
  • Heißes Eintauchen : Beim Eintauchen in ein geschmolzenes Bad des schützenden Beschichtungsmetalls haftet eine dünne Schicht am Substratmetall.

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