Lochfraßkorrosion

Lochfraßkorrosion, auch Lochkorrosion oder Lochfraß genannt, bezeichnet klein erscheinende Korrosionsstellen bzw. punktförmige Löcher in Oberflächen passivierter Metalle, die sich in der Tiefe trogförmig teils erheblich ausweiten. Lochfraßkorrosion bleibt wegen ihrer an der Oberfläche geringen Ausdehnung häufig lange unbemerkt.

Entstehung

Während bei aktiven metallischen Werkstoffen wie beispielsweise Baustählen der metallische Abtrag bei Korrosion gleichmäßig erfolgt, tritt bei passivierten Metallen, die sich in einem chlorid- oder bromidhaltigen Elektrolyten befinden, an Fehlstellen der aus Oxiden bestehenden Passivschicht häufig eine punktförmige Korrosion auf. An diesen Fehlstellen, zum Beispiel durch eingelagerte Fremdmetallpartikel, wird aus der Oxidschicht des passivierten Metalls der Sauerstoff durch Chlorid- bzw. Bromidionen verdrängt. Durch Anlagerung von weiteren Chlorid- und Bromidionen entsteht ein Bereich, der nicht mehr durch eine Oxidschicht geschützt ist. Diese Stelle bietet nun einen Angriffspunkt für Korrosion.^[1] Unter günstigen Umständen kann es zu einer sogenannten Repassivierung kommen: Das Chloridion wird wieder durch Sauerstoff verdrängt, die schützende Oxidschicht ist somit repariert.

Initiierung der Lochkorrosion

Andernfalls schreitet die Lochkorrosion fort. Folgende Mechanismen fördern die Lochfraßkorrosion:

• Durch den geringen Lochdurchmesser gelangt wenig Sauerstoff in das Loch, wodurch die Repassivierung behindert wird. Da der Sauerstoffgehalt außerhalb des Lochs wesentlich größer ist als im Loch, bildet sich außerdem ein Konzentrationselement.

• Das kleine Loch bildet die Anode, die restliche Oberfläche die Kathode. Da die Korrosionsgeschwindigkeit durch das Flächenverhältnis von Kathode zu Anode bestimmt wird, schreitet die Reaktion mit großer Geschwindigkeit voran.

• Das gelöste Metall im Loch bildet z. B. mit Chloridionen Salze. Durch Hydrolyse entstehen Hydroniumionen, die den Elektrolyt im Loch ansäuern. Durch den abgesenkten pH-Wert erhöht sich das freie Korrosionspotential und damit die Korrosionsgeschwindigkeit. $ {\rm {FeCl_{2}\,+\,H_{2}O\,\rightarrow \,FeClOH\,+\,H^{+}\,+\,Cl^{-}}} $

Bedingungen

Kritische Bedingungen für das Auftreten von Lochkorrosion sind:

• hoher Chloridgehalt im korrosiven Medium
• hoher Sulfatgehalt (bei Kupferwerkstoffen)
• hohe Temperaturen
• niedriges Elektrodenpotential des Werkstoffs
• niedriger pH-Wert des Elektrolyten
• geringe Sauerstoffkonzentration im Elektrolyt (dadurch keine Repassivierung)
• niedrige Strömungsgeschwindigkeit des Mediums (z.B. in Wasserkreisläufen)

Vermeidung

Werkstoff

Werkstoffe, an denen Lochkorrosion auftreten kann sind:

• Rostfreie Stähle (z.B. 1.4301, V2A)
• Kupferlegierungen in Wasserkreisläufen
• Aluminiumlegierungen
• Magnesiumlegierungen

Chrom-Nickel-Stähle werden beispielsweise durch Legieren mit Molybdän gegen Lochfraßkorrosion beständig gemacht. Durch den Molybdänzusatz wird die Passivschicht auf der Stahloberfläche stabilisiert, und der Stahl kann schneller repassivieren. (Lokale Chromverarmungen zum Beispiel bei Chromcarbid-Bildung durch Glühen bei hohen Temperaturen können diesen Schutz jedoch zerstören und führen zu interkristalliner Korrosion. Um den Effekt dieser „Sensibilisierung“ zu vermeiden, wurden die sogenannten ELC-Stähle entwickelt, die nur einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen und somit keine Chromcarbide bilden können.)

Einzelnachweise