Korrosion FAQ

Einige Fragestellungen zum Thema Korrosion und Korrosionsschutz werden regelmäßig an uns gerichtet. Eine kleine Übersicht hierzu finden Sie in unserer Korrosions-FAQ. Wenn Sie darüber hinaus noch weitere Fragen haben oder mehr Details benötigen wenden Sie sich gerne direkt an uns.

Korrosion ist ein technischer Begriff, der in der DIN EN ISO 8044:2025 definiert ist:

»Chemische oder elektrochemische Wechselwirkung zwischen einem Werkstoff, in der Regel einem Metall, und seiner Umgebung.¹ Dies kann zu einer Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften, der Umwelt oder der Funktion des Systems, das den Werkstoff enthält, führen«.

¹ Der Vollständigkeit halber muss gesagt werden, dass es weitere Beispiele gibt, z.B. Metallschmelzen, heiße Gase, etc.

Eine zugrunde liegende Wechselwirkung, die langläufig mit Korrosion in Verbindung gebracht wird, ist die Metallauflösung in wässriger Umgebung[1]. Diese ist elektrochemischer Natur, da über die Phasengrenze Metall – Umgebung Ladungen ausgetauscht werden. Folgende Primärreaktionen laufen dabei ab:

In wässriger Umgebung gehen Metalle als Kationen in Lösung (anodische Reaktion):

Metallauflösung: Meà Meⁿ⁺ + e^-             

(„Me“ steht stellvertretend für jedes metallische Element aus dem Periodensystem)

Wenn der Prozess der Metallauflösung kontinuierlich weiterläuft muss die negative Ladung über andere elektrochemische Reaktionen wieder an die Umgebung, hier ein wässriger Elektrolyt, abgegeben werden. Je nach Bedingungen treten vornehmlich zwei dieser kathodischen Reaktionen vornehmlich auf:

Sauerstoffreduktion: H₂O + O₂ + 4 e^- à 4OH^-

Wasserstoffbildung: 2H₃O⁺ + 2e^- à 2 H₂O + H₂

Damit diese Reaktionen ablaufen können müssen also diese vier chemischen Komponenten vorhanden sein:

• das Metall selber
• Wasser
• ein Oxidationsmittel, wie z. B. gelöster Sauerstoff oder aber Wasser selber in Form des Hydronium-Ion H₃O⁺
• Salze, die zur Leitfähigkeit des Elektrolyten beitragen

Eine weitere Voraussetzung, dass die Reaktionen freiwillig ablaufen ist, dass das elektrochemische Potential der Metallauflösung niedriger sein muss als das der kathodischen Reaktion. Dies ist bei den meisten Gebrauchsmetallen gegenüber der Sauerstoffreduktion gegeben. Nur bei einigen Edelmetallen wie z. B. Gold und Platin ist unter gängigen Bedingungen das elektrochemische Potential so hoch, dass sich diese Metalle dann nicht auflösen „wollen“.

Zusammengefasst kann die Metallauflösung in wässriger Umgebung also auftreten, wenn die genannten vier chemischen Komponenten vorhanden sind, das elektrochemische Potential der Metallauflösung hinreichend niedrig ist und sich keine schützende Schicht ausbildet, die die Metallauflösung hemmt.

Ein Korrosionssystem besteht aus deinem Werkstoff bzw. einem Bauteil und den Faktoren der Umgebung, die den Korrosionsvorgang beeinflussen. Korrosionsbeständigkeit ist somit keine reine Werkstoffeigenschaft, sie ist abhängig von den Umgebungsbedingungen. Das können zum Beispiel Art und Zusammensetzung des umgebenen Mediums (Meerwasser, feuchte Luft, etc.) sein, physikalische Bedingungen (Temperatur, ggfs. Luftdruck, etc.), Betriebsweisen, aber auch mögliche Schutzmethoden, die vorliegen, wie z. B. Beschichtungen, Überzüge, Inhibitoren, etc..

Für die Ursachenermittlung, aber auch für die Auswahl und Entwicklung von Schutzkonzepten ist es immanent wichtig, das Korrosionssystem zunächst möglichst genau zu beschreiben. Dies gelingt besonders gut, wenn Anwender und Experte direkt zusammenarbeiten.   

Salze können einen sehr vielfältigen Einfluss auf die ablaufenden chemischen und elektrochemischen Wechselwirkungen bei der Metallauflösung haben. Sie nehmen an den Primärreaktionen (anodische und kathodische Teilreaktion) zunächst nicht teil, beeinflussen diese aber z. B. dadurch dass sie die Leitfähigkeit des Elektrolyten erhöhen. Einige Salze nehmen Einfluss auf den pH-Wert, wenn Sie sich auflösen. In nachfolgenden Reaktionen (Sekundärreaktionen) kann wiederum die Löslichkeit einiger Salze überschritten werden und so möglicherweise eine schützende Deckschicht auf der Metallauflösung aufwachsen.

Unter atmosphärischen Bedingungen könne Salze hygroskopisch wirken und für einen dünnen Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche sorgen (siehe auch Deliqueszenzfeuchte). Die Art und teilweise auch die Menge der vorhandenen Salze ist entscheidend. Für deren Nachweis eignet sich die energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) besonders.   

Der pH-Wert ist eine Eigenschaft wässriger Elektrolyte und beschreibt die Menge der im Wasser vorhandenen H₃O⁺-Ionen. Er ist wie folgt definiert:

pH= - logc(H₃O⁺)

Der Einfluss des pH-Wertes ist sehr vielfältig und, je nachdem welches System betrachtet wird, sehr spezifisch. Bei vielen Metallen lösen sich schützende Deck- und Passivschichten bei niedrigen pH-Werten, also im sauren Bereich auf. Bei einigen sogenannten amphoteren Metallen (z. B. Al, Cu, Zn) geschieht dies auch bei hohen pH-Werten, also im alkalischen Bereich. Siehe hierzu auch Beizen.

Wenn man metallische Werkstoffe betrachtet recht viel. Bei der Auflösung von Metallen wird Ladung über die Phasengrenze Metall/Elektrolyt ausgetauscht. Die Potentialdifferenz zwischen den beteiligten Teilreaktionen (anodisch und kathodisch) der Metallauflösung ist die treibende Kraft. Mittels geeigneter elektrochemischer Untersuchungsmethoden kann man diese Prozesse oftmals gut aufschlüsseln und entsprechend Abhilfemaßnahmen ableiten. Etliche Korrosionsschutzmethoden basieren auf einer elektrochemischen Beeinflussung des Korrosionssystems, wie z. B. bei kathodischen Korrosionsschutz, bei metallischen Überzügen, etc..

Es ist also gut, die Vorgänge, die zu Korrosion führen, auch von elektrochemischer Seite aus zu verstehen. Die Arbeitsgruppe Elektrochemie/Korrosionsschutz des Fraunhofer IFAM ist auf diese Fragestellungen spezialisiert und steht gerne mit Rat und Tat zur Verfügung.

Die meisten Gebrauchsmetalle sind beständig weil sich auf deren Oberfläche eine oxidische oder salzartige Schutzschicht ausbildet, die die ablaufenden elektrochemischen Reaktionen hemmt. Man unterscheidet hier zwischen Deckschichten und Passivschichten.

Deckschichten bestehen aus schwerlöslichen Salzen, die bei der Metallauflösung entstehen und einen dichten Film auf der Oberfläche bilden. Man kennt das z. B. von Kupferdächern auf Kirchen, auf denen sich langsam eine grüne Schicht aus Korrosionsprodukten wie z. B. Kupferhydroxycarbonat ausbildet hat, die das Kupfer über Jahrhunderte vor weiterer Auflösung schützen kann. Auch auf Zink können sich gut schützende graue Deckschichten ausbilden. Deckschichtbildung ist oftmals recht langsam, die Schichten weisen Dicken in einer Größenordnung von ca. 1-10 Mikrometer (millionstel Meter) auf.  

Demgegenüber stehen die sogenannten Passivschichten. Diese sind viel dünner, in der Größenordnung einiger Nanometer (milliardenstel Meter). Da sie so dünn sind kann man zumeist durch sie hindurchsehen. Passivschichten sind oxidischer Natur, sie bilden sich sehr spontan z. B. mit dem Sauerstoff aus der Luft. Werden sie beschädigt, bilden sie sich im Idealfall sofort wieder nach („repassivieren“) und schützen weiter. Das ist sozusagen die perfekte Art der Selbstheilung. Hierfür bekannte Beispiele sind Aluminium, nichtrostender Stahl, Chrom, Nickel, auch Titan und weitere.

Die wichtigste Strategie im Korrosionsschutz ist also, diese sich selbst bildenden Schutzschichten zu erhalten. Bei einer Schichtverletzung darf insbesondere bei Passivschichten die Schichtneubildung nicht gestört werden, sonst kann es hier zu Korrosionsvorgängen wie z. B. Lochkorrosion kommen, die oftmals viel schneller ablaufen als Flächenkorrosion.

Rost bildet auf unlegierten Stählen keine vergleichbaren schützenden Schichten. Diese sind oftmals sehr porös und elektrisch leitfähig ist. Sofern Massenabtrag  und Rostbildung nicht erwünscht sind¹ müssen geeignete Korrosionsschutzmethoden wie z. B. Beschichtungen angewendet werden.

¹Bei Bahnschienen wird die Rostbildung beispielsweise toleriert. Die langsam ablaufende Flächenkorrosion limitiert die Betriebsdauer der Schienen nicht.

Passivität ist der Zustand, wenn sich eine sehr dünne oxidische Schicht (Passivschicht) auf einer metallischen Oberfläche gebildet hat und diese vor weiterer Metallauflösung schützt. Im Gegensatz dazu tritt aktive Auflösung auf, wenn sich keine schützenden Schichten bilden. Es muss beim Einsatz passivierender Werkstoffe (Aluminium, nichtrostender Stahl, Chrom, Nickel, Titan, etc.) immer das Ziel sein, diese Passivschichten zu erhalten bzw. dass sie sich wieder neu bilden können, da sonst Korrosionsvorgänge auftreten, die sehr schnell ablaufen können.

Passivität lässt sich gut elektrochemisch erfassen, z. B. mit Stromdichtepotentialkurven. Im Bild sind entsprechende Kurven eines passivierenden nichtrostenden Stahls (1.4571) und eines nichtpassivierenden unlegierten Stahl (S 235) dargestellt.

Ja.

Gemäß DIN EN 10020:2000 sind nichtrostende Stähle „Stähle mit einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5 % und höchstens 1,2 % Kohlenstoff“. Durch den hohen Chromgehalt sind sie in der Lage, eine schützende Passivschicht auszubilden. Wird diese Passivschichtbildung gestört, kann es sehr wohl zu Korrosionsvorgängen wie Lochkorrosion, Spaltkorrosion, interkristalline Korrosion etc. kommen. Oftmals laufen diese dann viel schneller ab als man das von reiner Flächenkorrosion erwarten würde.

Die Beständigkeit eines nichtrostenden Stahls, also wie gut eine Passivschicht ausgebildet werden kann, hängt bei gegebenen Umgebungsbedingungen u.a. von der Zusammensetzung, vom Gefügeaufbau und dem Oberflächenzustand ab.

Eine Kategorisierung von nichtrostenden Stählen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit findet man u. a. in DIN EN 1993-1-4:2015 Anhang A.

Ja.

Beides sind passivierende Werkstoffe, jedoch sind die Passivschichten von nichtrostenden Stählen elektrisch leitfähig, während Aluminiumoxide ein annähernd ideale elektrische Isolatoren sind. Beim nichtrostenden Stahl kann die Kathodenreaktion auch auf der Passivschicht ablaufen, was im Sinne der Flächenregel kritisch z. B. bei Lochkorrosion ist. Durch Zulegieren kann die Beständigkeit von nichtrostenden Stählen erhöht werden. Bei Aluminiumlegierungen führen Legierungselemente dazu, dass die Isolator-Wirkung der Passivschicht verschlechtert wird, Legierungselemente sind für die Beständigkeit nicht förderlich. Besonders kritisch ist dies mit Kupfer als Legierungselement bei den sogenannten 2xxx- und 7xxx-Legierungen, welche als sehr korrosionsanfällig gelten.

Keine einfache zu beantwortende Frage. Gemäß DIN EN 8044:2025 handelt es sich bei Lochkorrosion um „örtliche Korrosion, die zu Hohlräumen führt, die sich von der Oberfläche in das Metallinnere ausdehnen“. Der zugrundeliegende Mechanismus variiert sehr stark je nach Werkstoff und auch Umgebungsbedingungen.

Bei nichtrostenden Stählen kann man grob sagen, dass die Neigung zur Lochkorrosion durch folgende Aspekte reduziert werden kann:

• höherer Anteil beständigkeitsfördernder Legierungselemente (Chrom, Molybdän, etc.)
• geringerer Anteil an Stimulantien, insbesondere Chlorid
• niedrigere Temperatur
• höhere Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten
• „guter“ ursprünglicher Oberflächenzustand, so dass sich die Passivschicht gut ausbilden kann. So sind z. B. Anlauffarben nach dem Schweißen fachgerecht zu entfernen. Eine glatte Oberfläche ist üblicherweise beständiger als eine rauhe Oberfläche.

Für die Bewertung weiterer Maßnahmen, insbesondere für andere Werkstoffe, nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf.

Sind kritische Werkstoffpaarungen nicht vermeidbar, kommen Gegenmaßnahmen mit folgenden Grundprinzipien in Betracht:

• Elektrischen Kontakt vermeiden
• Galvanischen Kontakt vermeiden
• Systemwiderstände erhöhen
• Kompatible Werkstoffpaarungen

In dem man Spalte vermeidet. Unter Spaltkorrosion versteht man „örtliche Korrosion die mit einer engen Öffnung oder einem Spalt zwischen der Metalloberfläche und einer anderen (metallischen oder nichtmetallischen) Oberfläche zusammenhängt und in  dieser oder unmittelbar um diese herum auftritt“ (DIN EN 8044:2025). Für passsivierende Werkstoffe ist eine Spaltsituation oftmals kritisch, da vereinfacht gesagt Sauerstoff nur schlecht in den Spalt hinein kommt um für eine Repassivierung der Passivschicht zu sorgen. Bei nichtpassivierenden Werkstoffen kann die Spaltsituation auch nachteilig sein, wenn sich hier z. B. Wasser ansammelt, das bei offenen Oberflächen ggfs. abtrocknen würde.

Die Vermeidung von Spalten ist aus korrosionstechnischer Sicht grundsätzlich vorteilhaft und eine Frage der technischen Gestaltung.  Natürlich sind je nach auch andere technische Anforderungen zu beachten, so dass Spalte nicht immer vermeidbar sind. Dann gilt es alternative Maßnahmen wie z. B. Dichtmassen zu berücksichtigen. Oftmals wird dies in  anwendungsspezifischen technischen Regelwerken beschrieben.

Ja. Die Definition von Korrosion schließt Kunstoffe nicht aus, sondern bezieht sich auf alle Werkstoffe.  Auch sie können durch die Einwirkung der Umwelt in Ihren Eigenschaften beeinträchtigt werden. Es handelt sich jedoch hierbei um grundsätzlich andere Mechanismen im Vergleich zu Metallen. So ist Kunststoffkorrosion in der Regel nicht elektrochemischer Natur. Weiterhin sind Metalle nicht empfindlich gegenüber UV-Strahlung, Kunststoffe jedoch schon.

Zwar wird auf der hiesigen Webseite vornehmlich die Korrosion der Metalle thematisiert, am Fraunhofer IFAM beschäftigen sich etliche Polymer-Experten auch mit Fragestellungen zur Polymerkorrosion bzw. Kunststoffkorrosion. Wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich gerne an uns!

Korrosion kann man nicht direkt messen. Um Korrosion quantitativ zu bewerten bedient man sich repräsentativer Parameter, um die Auswirkung der Korrosion beschreiben. So wird z. B. bei Flächenkorrosion oft der Massenverlust pro Fläche und Zeit bzw. die Korrosionsgeschwindigkeit in µm/Jahr herangezogen. Für komplexere Korrosionsvorgänge, wie z. B. dem Versagen einer Schutzbeschichtung, bedient man sich meist mehrerer Bewertungsparameter, wie z. B. Blasengrad, Unterwanderung, Haftfestigkeitsverlust, etc. Welche Parameter geeignet sind ist abhängig von dem betrachteten Korrosionssystem.