Galvanische Korrosion von Aluminium

Es sollte betont werden, dass die Beständigkeit von Aluminium und Aluminiumlegierungen gegenüber normalen Umgebungsbedingungen sehr hoch ist. Die Hauptquelle des Korrosionsschutzes ist dauerhaft, selbstheilender Oxidfilm, die auf Aluminium in einer Umgebungsluftatmosphäre immer vorhanden ist (Abbildung 1).

Bild 1 – Natürlicher Korrosionsschutz von Aluminium – Oberflächenoxidfilm [4]

Hauptarten der Aluminiumkorrosion

Zum Aluminiumkorrosion folgende Haupttypen sind charakteristisch [4]:

• Allgemeine Korrosion
• Spaltkorrosion
• Frettinig-Korrosion
• Korrosion unter Belastung
• Galvanische Korrosion
• Lochfraß (Lochfraß) Korrosion
• Interkristalline Korrosion
• Untergrundkorrosion

Bild 2 – Allgemeine Korrosion von Aluminium: Auflösung des natürlichen Oxidfilms
Lösungen von starken Alkalien und einigen Säuren [4]

Bild 3 – Spaltkorrosion von Aluminium [4]

Bild 4 – Reibkorrosion von Aluminium: gegenseitige Reibung zweier Aluminiumkomponenten
bei rauem Kontakt [4]

Bild 5 – Korrosion von Aluminiumlegierungen unter Belastung: unter bestimmten Bedingungen
in Al-Cu-Legierungen, Al-Mg, Al-Zn-Mg [4]

Bild 6 – Galvanische Korrosion von Aluminiumlegierungen
tritt unter den Bedingungen seines nassen oder feuchten Kontakts auf
mit einem anderen, Mehr “edel” Metall, wie Kupfer [4]

Bild 7 – Lochfraß (Lochfraß) Korrosion von Aluminium
unter dem Einfluss von Chloridionen [4]

Bild 8 – Interkristalline Korrosion und Untergrundkorrosion [4]

Je nach Umgebungsbedingungen, Belastung und Funktionszweck eines Teils jeglicher Art von Korrosion können zu vorzeitiger Zerstörung führen. Außerdem, unsachgemäße Verwendung von Aluminiumteilen und -produkten kann Korrosionsprozesse verschlimmern.

Galvanische Korrosion von Aluminium

Die häufigsten Konstruktionsfehler bei Aluminiumkonstruktionen sind mit galvanischer Korrosion verbunden.. Es tritt galvanische oder elektrochemische Korrosion auf, wenn zwei unterschiedliche Metalle einen Stromkreis bilden, geschlossen durch Flüssig- oder Filmelektrolyt oder korrosive Umgebung. Unter diesen Bedingungen erzeugt die Potenzialdifferenz zwischen unähnlichen Metallen einen elektrischen Strom, Elektrolyt, die (Strom) und führt zu Korrosion vor allem der Anode oder weniger Edelmetall aus diesem Paar.

Die Essenz der galvanischen Korrosion

Wenn zwei verschiedene Metalle in direktem Kontakt mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit stehen, dann zeigt die erfahrung, dass einer von ihnen korrodieren kann, das heißt korrodieren. Dies wird als galvanische Korrosion bezeichnet..

Andere Metalle korrodieren nicht, und umgekehrt, es wird vor dieser Art von Korrosion geschützt.

Diese Art von Korrosion unterscheidet sich von diesen Korrosionsarten, was entstehen könnte, wenn diese beiden Metalle separat in dieselbe Flüssigkeit gegeben würden. Galvanische Korrosion kann jedem Metall passieren, sobald zwei verschiedene Metalle in einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in Kontakt kommen.

Aussehen der galvanischen Korrosion

Das Aussehen der galvanischen Korrosion ist sehr charakteristisch. Diese Korrosion breitet sich nicht über die gesamte Produktoberfläche aus., wie bei Spitze - Lochfraß - Korrosion. Galvanische Korrosion ist in der Kontaktzone von Aluminium mit einem anderen Metall eng lokalisiert. Korrosionswirkung auf Aluminium ist gleichmäßig, es entwickelt sich in Form von Kratern in die Tiefe, die eine mehr oder weniger abgerundete Form haben [3 [.

Alle Aluminiumlegierungen unterliegen identischer galvanischer Korrosion [3].

Batterieprinzip

Galvanische Korrosion funktioniert wie eine Batterie, die aus zwei Elektroden besteht:

• Kathode, wo findet die Erholungsreaktion statt
• Anode, wo findet die Oxidationsreaktion statt.

Diese beiden Elektroden werden in eine leitfähige Flüssigkeit getaucht, das heißt Elektrolyt. Der Elektrolyt ist normalerweise eine verdünnte saure Lösung., z.B, Schwefelsäure, oder Kochsalzlösung, z.B, Kupfersulfat. Diese beiden Elektroden sind extern durch einen Stromkreis verbunden., die Elektronen zirkulieren. Innerhalb der Flüssigkeit erfolgt die Übertragung von elektrischem Strom durch die Bewegung von Ionen. Flüssig, auf diese Weise, stellt eine ionische elektrische Verbindung her (Abbildung 9).

Bild 9 - Prinzip einer galvanischen Zelle [3]

Bild 1 zeigt Zelle, wobei der Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung ist. Schwefelsäure wird in Wasser (da es sich um eine starke Säure handelt) vollständig durch Bildung von H-Ionen dissoziiert⁺, die den Säuregehalt der Umwelt bestimmen. Die folgende elektrochemische Reaktion läuft ab [3]:

• die Zinkanode wird oxidiert:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

auf den Kupferkathodenprotonen Н⁺:

 

2N + + 2e⁻ → N₂

Die vollständige Reaktion lautet:

Zn + h₂O → Zn (OH)₂ + h₂

Diese Zelle erzeugt Strom aus dem Verbrauch von Zink., welches als Zinkhydroxid Zn (OH) freigesetzt wird₂.

Damit die Zelle funktioniert, müssen drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein:

• zwei verschiedene Metalle, die zwei Elektroden bilden;
• Vorhandensein von Elektrolyt;
• Kontinuität der gesamten Elektrokette.

Wenn mindestens eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, z.B, wenn der elektrische Kontakt unterbrochen ist, dann produziert die Zelle keinen Strom, und Oxidation an der Anode findet nicht statt (sowie Reduktion an der Kathode).

Bedingungen für galvanische Korrosion

Galvanische Korrosion beruht auf dem gleichen Prinzip und ist für, dafür müssen die folgenden drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein [3]:

• verschiedene Arten von Metallen;
• Vorhandensein von Elektrolyt;
• elektrischer Kontakt zwischen zwei Metallen.

Verschiedene Arten von Metallen

Für alle Metalle, die unterschiedlicher Art sind, galvanische Korrosion ist möglich. Metall mit elektronegativem Potential (oder mehr elektronegatives Metall, wenn beide elektronegativ sind) wirkt als Anode.

Die Neigung verschiedener Metalle zur Bildung galvanischer Dämpfe und die Richtung der elektrochemischen Wirkung in verschiedenen korrosiven Umgebungen (Meerwasser, tropisches Klima, Industrieatmosphäre, etc.) werden in der sogenannten Galvanik-Reihe gezeigt. Je weiter die Metalle in diesen Reihen voneinander entfernt sind, desto schwerer kann die elektrochemische Korrosion sein. In verschiedenen korrosiven Umgebungen können diese Metallsequenzen unterschiedlich sein (Abbildung 10).

Vorhandensein von Elektrolyt

Die Kontaktfläche sollte mit einer wässrigen Lösung angefeuchtet werden, um die Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten. Andernfalls besteht keine Möglichkeit für galvanische Korrosion.

Elektrischer Kontakt zwischen Metallen

Elektrischer Kontakt zwischen Metallen kann entweder durch direkten Kontakt zwischen zwei Metallen erfolgen, oder durch eine Schraubverbindung, z.B, Bolzen.

Bild 10 [1]

Wie aus den Grafiken in der Abbildung ersichtlich ist 10 Aluminium und seine Legierungen werden in galvanischen Zellen mit den meisten Metallen zu Anoden, und Aluminium korrodiert, wie sie sagen, opfert und schützt das andere Metall der galvanischen Paarung vor Korrosion.

Nur Magnesium und Zink, inklusive verzinktem Stahl, sind anodischer und daher, sich korrodiert, Aluminium davor schützen.

Aluminium und Cadmium haben im Allgemeinen fast die gleichen Elektrodenpotentiale und daher auch kein Aluminium, kein Cadmium unterliegt galvanischer Korrosion. Leider, Cadmium gilt als hochgiftig und wird immer weniger verwendet, und in vielen Ländern ist es einfach verboten, als Korrosionsschutz.

Galvanische Paare

Die relative Position zweier Metalle oder Legierungen in einer galvanischen Reihe weist nur auf die Möglichkeit einer galvanischen Korrosion hin, wenn die Differenz zwischen ihren galvanischen Potentialen groß genug ist. Mehr sagt diese Zeile nicht., und vor allem nichts - über die Geschwindigkeit oder Intensität der galvanischen Korrosion. Es kann null oder unbedeutend oder sogar nicht wahrnehmbar sein.. Seine Intensität hängt von den Metallarten ab, die in Kontakt kommen - galvanisches Paar.

Paar: Aluminium – unlegierter Stahl

In Baukonstruktionen, Aluminiumteile, die offen für die Auswirkungen von Klima- und Wettereinflüssen sind, kann mit gewöhnlichen Stahlschrauben verbunden werden. Erfahrung zeigt, dass Aluminium im Kontakt mit Stahlschrauben nur sehr oberflächlich korrodiert. Auftauchender Rost, die keinen Einfluss auf Aluminium hat, durchdringt die Aluminiumoxidschicht vollständig und bildet Flecken auf der Oberfläche. Genau genommen, Bei einer Aluminiumkonstruktion, die mit ungeschütztem Stahl in Kontakt kommt, ist der Einfluss auf das Aussehen und die dekorativen Eigenschaften wichtiger, nicht die Fähigkeit, Korrosion zu widerstehen.

Dieses Phänomen hat folgende Erklärung:

• Auf den Kontaktflächen bilden sich Filme mit Korrosionsprodukten - Rost auf Stahl und Aluminiumoxid auf Aluminium, die elektrochemische Reaktionen verlangsamen.

Paar: Aluminium – Cink Stahl

Gemessen an der galvanischen Reihe, Zink ist elektronegativer, als Aluminium. Befestigungselemente aus verzinktem Stahl können, so, zum Verbinden und Montieren von Konstruktionen aus Aluminiumlegierungen. Muss erinnern, dass, wenn die Zinkbeschichtung zu stark abgenutzt ist, zum Schutz von Stahl und Aluminium, kommt das vorherige Szenario des Kontakts zwischen Aluminium und blankem Stahl [3] .

Paar: Aluminium – Edelstahl

Obwohl zwischen Edelstahl und Aluminiumlegierungen ein großer Potenzialunterschied besteht - etwa 650 mV, galvanische Korrosion auf Aluminium in Kontakt mit Edelstahl ist sehr selten. Daher werden Aluminiumkonstruktionen sehr oft mit Edelstahlbolzen und -schrauben zusammengebaut [3].

Paar: Aluminium – Kupfer

Kontakt zwischen Aluminiumlegierungen und Kupfer, sowie Kupferlegierungen (Bronze, Messing) führt zu sehr geringer galvanischer Korrosion von Aluminium unter atmosphärischen Bedingungen. Dennoch, Es wird empfohlen, zwischen diesen beiden Metallen eine elektrische Isolierung vorzusehen, um Aluminiumkorrosion zu lokalisieren.

Es sollte notiert werden, dass das Korrosionsprodukt von Kupfer ist, sogenannt, mal a. Diese Patina ist eine blaugrüne Beschichtung auf Kupfer, das hauptsächlich aus Kupfercarbonat besteht. Diese Patina greift Aluminium chemisch an und kann zu kleinen Kupferpartikeln reduziert werden.. Diese Kupferpartikel, wiederum, kann lokale Lochfraßkorrosion von Aluminium verursachen [3].

Näher am Kontakt – mehr Korrosion

Beschleunigte galvanische Korrosion ist normalerweise nahe der Verbindungsstelle zweier Metalle am intensivsten; mit der Entfernung von den Knotenpunkten nimmt seine Intensität ab. Der Wert des Verhältnisses der Kathodenoberfläche hat einen signifikanten Einfluss auf die Korrosionsrate, in Kontakt mit Elektrolyt, in den Bereich der ungeschützten Anodenoberfläche. Es ist wünschenswert, ein kleines Verhältnis der Kathodenfläche zur Anodenfläche zu haben.

So vermeiden Sie galvanische Korrosion

1. Wählen Sie ein Paar Aluminium oder dessen Legierungsmetall, die ihm im galvanischen Bereich für die betrachtete korrosive Umgebung möglichst nahe kommt (siehe. Bild 10).
2. "Kathoden"-Befestigungselemente anwenden. Vermeiden Sie Kombinationen mit einem ungünstigen (großen) Flächenverhältnis von Kathode zu Anode (Abbildung 3).
3. Sorgen Sie für eine vollständige galvanische Trennung der beiden zu verbindenden Metalle. Dies kann mit isolierenden Abstandshaltern erfolgen., Buchsen, Unterlegscheiben usw.. (Bild 12).
4. Wenn Farbe aufgetragen wird, muss immer die kathode lackieren. Wenn Sie nur die Anode lackieren, Jeder Kratzer darauf führt zu einem ungünstigen Oberflächenverhältnis von Kathode zu Anode und führt zu Kratzkorrosion.
5. Erhöhen Sie die Dicke der Anode oder installieren Sie austauschbare massive Anodenmetalldichtungen in der Verbindung.
6. Platzieren Sie den galvanischen Kontakt möglichst außerhalb einer korrosiven Umgebung.
7. Vermeiden Sie Metallgewindeverbindungen, ein galvanisches Paar bilden. Ersetzen Sie sie durch Löt- oder Schweißverbindungen.
8. Wenn es möglich ist, Korrosionsinhibitoren auftragen, z.B, in Anlagen mit Flüssigkeitsumlauf, die als Elektrolyt für galvanische Korrosion wirken können.
9. In Fällen, wenn Metalle über einen externen Stromkreis in elektrischem Kontakt bleiben müssen, Sie müssen sie so weit wie möglich voneinander beabstanden, um den Widerstand des Flüssigkeitskreislaufs (Elektrolyt) zu erhöhen..
10. Bei Bedarf und dort, wo möglich, kathodischen Schutz mit Zink- oder Magnesium-Opferanoden auftragen.
11. In den aggressivsten Umgebungen nur Zink, Cadmium und Magnesium können ohne galvanische Korrosion mit Aluminium in Kontakt kommen. Hinweis, dass die Verwendung von Cadmiumbeschichtungen aufgrund ihrer Umweltunsicherheit weitgehend eingeschränkt ist.

Bild 11 [1]

Bild 12 [1]

Quellen:

1. TALAT 5104.
2. Korrosion von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Bearbeitet von J. R. Davis. – ASM International, 1999.
3. Korrosion von Aluminium / Christian Vargel – ELSEVIER, 2004
4. TALAT 1252