Wie viele Arten von Aluminiumkorrosion gibt es? 

Arten der Aluminiumkorrosion

1. atmosphärische Korrosion

Die häufigste Form der Aluminiumkorrosion. Atmosphärische Korrosion von Aluminium tritt als Folge der Einwirkung natürlicher Elemente auf. Aufgrund der Wahrscheinlichkeit, dass sie an den meisten Orten auftritt, macht die atmosphärische Korrosion den größten Anteil an den Gesamtschäden an Aluminium aus, die durch alle Korrosionsarten zusammen weltweit verursacht werden.

Atmosphärische Korrosion kann in drei Unterkategorien unterteilt werden. Sie sind trocken, nass und feucht, je nach dem Feuchtigkeitsgrad der Betriebsumgebung.

• Trockenkorrosion(Luftfeuchtigkeit <30%): Es findet nur eine langsame chemische Oxidation statt;
• Benetzungskorrosion(Luftfeuchtigkeit 30%-60%): Lokale galvanische Korrosion, die durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm ausgelöst wird;
• galvanische Korrosion(Luftfeuchtigkeit > 60%): Ein dicker Flüssigkeitsfilm beschleunigt die Ionenwanderung und die Korrosionsrate steigt erheblich.

Da der Feuchtigkeitsgehalt je nach Standort stark variieren kann, ist die Korrosion in bestimmten Bereichen stärker als in anderen.

Weitere Umweltfaktoren, die sich auf das Ausmaß der atmosphärischen Korrosion auswirken, sind Veränderungen der Windrichtung, der Temperatur und des Niederschlags. Die Konzentration und Art der Schadstoffe in der Luft und die Nähe zu großen Gewässern spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.

2. galvanische Korrosion

Galvanische Kopplungskorrosion, auch bekannt als Korrosion ungleicher Metalle, betrifft Aluminium, wenn es physisch oder über einen Elektrolyten mit einem Edelmetall verbunden ist. Das Edelmetall kann jedes Metall sein, das im Vergleich zu Aluminium eine geringere Reaktivität aufweist.

Die Reaktivität eines Metalls hängt von seiner Stellung in der elektrochemischen Reihe ab. Je weiter ein anderes Metall in der elektrochemischen Reihe von Aluminium entfernt ist, desto stärker ist die Korrosion ausgeprägt.

Die Korrosionsfestigkeit ist an der Schnittstelle, an der sich die beiden Metalle treffen, am höchsten und nimmt ab, je weiter man sich von dieser Schnittstelle entfernt.

Wenn z. B. Aluminium und Messing miteinander in Berührung kommen oder sogar nahe beieinander liegen und in Meerwasser gelegt werden, bildet sich eine Primärzelle. Das Aluminiumteil wird dann korrodieren, da es als Anode (Pluspol) fungiert.

Dies kann auf Booten ein Problem sein, wenn Messingbeschläge in der Nähe von Aluminiumbeschlägen liegen, die in Seewasser getaucht sind. Durch das Seewasser fließen Elektronen von Aluminium zu Messing.

Diese Art von Primärzelle kann sich unbeabsichtigt bilden und in anderen Betriebsumgebungen galvanische Kopplungskorrosion verursachen. Die galvanische Kopplungskorrosion verläuft viel schneller als die normale atmosphärische Korrosion.

• Potentialdifferenz > 0,2Vauftrat, und die Korrosionsrate war positiv mit dem Verhältnis zwischen Kathoden- und Anodenfläche korreliert;
• Typisches Szenario: Aluminiumkomponenten und Messingbeschläge in einem Schiff leiten durch Seewasser, wobei Aluminium als Anode bis zu 0,5 mm pro Jahr korrodiert, eine 20-fache Verbesserung gegenüber dem isolierten Zustand;
• Schutzstrategie: Isolierung ungleicher Metalle durch isolierende Abstandshalter oder Eloxierung der Aluminiumoberfläche.

3. lochfraß

Lochfraß ist ein Phänomen der Oberflächenkorrosion, das durch das Auftreten von kleinen Löchern (Grübchen) auf der Oberfläche von Aluminiummetall gekennzeichnet ist. Normalerweise beeinträchtigen diese Löcher die Festigkeit des Produkts nicht. Sie sind vielmehr ein ästhetisches Problem, können aber zum Versagen führen, wenn das Aussehen der Oberfläche kritisch ist.

Lochfraßkorrosion tritt in der Regel dort auf, wo Salze in der Atmosphäre vorhanden sind, da die Anwesenheit von Chloridanionen dafür verantwortlich ist. Auch Sulfate verursachen bis zu einem gewissen Grad Lochfraß. Der schlimmste Fall von Lochfraßkorrosion wird bei Vorhandensein von alkalischen und sauren Salzen beobachtet.

Auslösebedingung::

• Chloridionen (Cl-) Konzentration > 0,5 mol/L;
• Das Vorhandensein von Einschlüssen oder Korngrenzenfehlern auf der Oberfläche;
• Das Legierungspotenzial ist höher als das lokale Durchbruchspotenzial (>0,4 V gegenüber SCE).
  Mechanismus der Erweiterung::
• Durch die Hydrolyse von Al³⁺ in der Ätzpore entsteht Säure (pH-Wert bis 2-3) und die Anreicherung von Cl- bildet einen autokatalytischen Zyklus;
• Die Wachstumsrate der Lochtiefe kann bis zu 0,1 mm/Monat betragen, und das Verhältnis von Tiefe zu Breite ist oft >10:1.

Damit Lochfraß entsteht, muss das Potenzial der Legierung höher sein als das Potenzial des Elektrolyten (Salzlösung). Das Vorhandensein von Oberflächendefekten an Korngrenzen und Partikeln der zweiten Phase ist ein Vorläufer von Lochfraß.

4. spaltförmige Korrosion

Spaltkorrosion ist eine Form der lokalen Korrosion von Werkstoffen. Überlappende Materialien oder unbeabsichtigte Konstruktionsfehler können zur Bildung von Spalträumen führen. Infolgedessen kann die Ansammlung von Meerwasser in diesen Taschen zu Spaltkorrosion führen.

Schon ein kleiner Spalt zwischen der Schraube und der Struktur reicht aus, um diese Art von Korrosion auszulösen. Mit der Zeit löst sich das Aluminium im Material auf und schlägt sich im Meerwasser nieder. Dieses ionische Aluminium nimmt Sauerstoff aus der Umgebungsluft und Hydroxid-Ionen aus dem Elektrolyten auf und bildet Aluminiumhydroxid.

Geometrisch begrenzte Bereiche (z. B. Flanschnähte, Nietlücken) bilden aufgrund von Unterschieden in der Sauerstoffdiffusion Okklusionszellen:

• AnfangsstadiumAuflösung von Aluminium: Die Auflösung von Aluminium wird durch den Unterschied in der Sauerstoffkonzentration innerhalb und außerhalb des Spalts angetrieben (Al→Al³⁺+3e-);
• EntwicklungszeitraumHydrolyse von Al³⁺ führt zu einem Absinken des pH-Wertes und einer Cl- Migration zur Konzentration;
• Hochebene: sorgt für eine stark korrosive Mikroumgebung bei einem pH-Wert von ≈ 2, wobei die größte Gefahr bei einer Spaltbreite von 0,1-0,5 mm besteht.

In Gegenwart von Chloriden werden die Spalten durch diese Sauerstoffreduktion sauer, was die Korrosion beschleunigt.

5. interkristalline Korrosion

Bei Aluminium sind die Korngrenzen elektrochemisch anders als die Mikrostruktur der Legierung. Dies führt zum Aufbau eines elektrochemischen Potenzials und zum Elektronenaustausch zwischen den beiden.

Es gibt mehrere Varianten der interkristallinen Korrosion, die auf der thermochemischen Behandlung und der Metallstruktur beruhen. In verschiedenen Serien vonAluminiumSie wurde auch in unterschiedlichem Maße festgestellt. So sind beispielsweise die Legierungen der 6xxx-Serie relativ unempfindlich gegenüber dieser Art von Aluminiumkorrosion.

Die Anodenbahn variiert bei den verschiedenen Legierungssystemen. Bei der 2xxx-Serie erscheint er als schmales Band auf beiden Seiten der Korngrenze, während er bei der 5xxx-Serie als kontinuierlicher Pfad entlang der Korngrenze erscheint.

Das Phänomen der bevorzugten Auflösung entlang der Korngrenzen ist auf die Heterogenität des Gewebes zurückzuführen:

• Abteilung 2xxxCuAl₂-Ausscheidungen an Korngrenzen führen zu einer kupferarmen Zone (Anode);
• Abteilung 5xxxSelektive Dealloyierung, ausgelöst durch eine kontinuierliche β-Phase (Mg₂Al₃);
• schützenT6-Alterungsbehandlung reduziert die Tiefe der Korngrenzenkorrosion bei 80%.

Wie die Lochfraßkorrosion beginnt auch die interkristalline Korrosion mit Lochfraß. Sie breitet sich jedoch schneller entlang der anfälligen Korngrenzen aus.

6. abblätternde Korrosion

Die Abplatzkorrosion ist eine besondere Form der interkristallinen Korrosion, die bei Aluminiumlegierungen mit einer ausgeprägten orientierten Struktur auftritt. Sie tritt besonders bei Aluminiumprodukten auf, die einem Warm- oder Kaltwalzverfahren unterzogen wurden.

Sie tritt entlang länglicher Korngrenzen im Gefüge auf. Der Begriff Abplatzen kommt daher, dass die Korrosionsprodukte viel größer sind und den Eindruck erwecken, dass sie sich von der Oberfläche des Werkstoffs abheben.

Diese Art der Aluminiumkorrosion erstreckt sich über die Oberfläche und baut seitlich im Produkt Spannungen auf. Dies wiederum führt zu einer anfänglichen Verkeilung an der Oberfläche, bevor sie in den Körper des Produkts wandert. Es kommt zu einer starken Delamination und das Material wird geschwächt. Es kann zu Oberflächenverschlechterungen wie Lochfraß, Abplatzungen und Blasenbildung kommen.

Die Serien 2xxx, 5xxx und 7xxx sind aufgrund ihrer stark orientierten Kornstruktur anfälliger für Exfoliationskorrosion. Dies macht die Korngrenzen anfälliger für interkristalline Korrosion. Laminare Korrosion in gewalzten Blechen aufgrund der anisotropen Organisation:

Der EXCO-Lösungsbeschleunigungstest für 48 Stunden simuliert das natürliche Korrosionsniveau für 10 Jahre.

Die Volumenausdehnung der Korrosionsprodukte (Al → Al(OH)₃-Volumenzunahme um den Faktor 6,3) führt zu Zwischenlagenspannungen (>100 MPa) in Parallelwalzrichtung;

Die Anfälligkeit für Exfoliationskorrosion kann durch Umverteilung der Ausscheidungen mit Hilfe von Wärmebehandlungsverfahren verändert werden.

7. allgemeine Korrosion

Wenn die Korrosion fast gleichmäßig auf der Oberfläche eines Aluminiumerzeugnisses auftritt, spricht man von gleichmäßiger oder vollständiger Korrosion.

Diese Korrosion tritt auf, wenn die Produkte häufig stark sauren oder alkalischen Medien ausgesetzt sind. Sie kann auch bei Vorhandensein hoher elektrochemischer Potentiale auftreten, wenn sich das Produkt in einem Elektrolyten befindet. Ein typisches Beispiel ist das Rosten von Aluminiumblechen in sauren Lösungen.

Gleichmäßige Korrosion ist das Ergebnis einer kontinuierlichen Bewegung der Anoden- und Kathodenbereiche in Kontakt mit dem Elektrolyten und äußert sich als gleichmäßiger korrosiver Angriff auf der Oberfläche.

Die Oxidschicht ist auch in Lösungen mit hohem und niedrigem pH-Wert instabil und schützt das darunter liegende Metall nicht. Die Dicke des Materials nimmt ab und löst sich schließlich vollständig auf.

Die Angriffe sind nicht ganz gleichmäßig und es gibt Spitzen und Täler. Es gibt keine kleinen Bereiche mit tiefer Korrosion, die ausreichen, um dies als ein allgemeines Beispiel für Korrosion zu bezeichnen.

Der Passivierungsfilm wird in stark sauren (pH 9) Umgebungen vollständig aufgelöst:

• Korrosionsrate>1,2 mm/Jahr bei pH 9;
• Konzentrierte Salpetersäure (65%) reduziert die Rate aufgrund der starken Passivierung auf 0,001 mm/Jahr.

8. ablagerungsbedingte Korrosion

Ablagerungskorrosion tritt auf, wenn sich ungleiche Metalle auf einer Aluminiumoberfläche ablagern, was zu starker örtlicher Korrosion führt.

Stellen Sie sich vor, Wasser fließt durch ein Kupferrohr. Während das Wasser durchfließt, nimmt es Kupferionen auf. Diese Kupferionen befinden sich nun in Lösung. Wenn diese Lösung mit einer Aluminiumoberfläche oder einem Behälter in Berührung kommt, lagern sich diese Kupferionen darauf ab.

Diese Ionen bilden nun eine subtile Protozelle, und wenn das Ion in der elektrochemischen oder Protozellen-Reihe niedrig ist, wird es das Aluminium durch Lochfraß korrodieren. Je größer der Unterschied zwischen dem Aluminium und den elektrisch gekoppelten abgeschiedenen Ionen ist, desto stärker ist die Korrosion.

Es ist bekannt, dass selbst Lösungen von Kupferionen in einer Konzentration von 1 ppm schwere Korrosion an Aluminiumoberflächen verursachen können.

Metalle, die Korrosion von Aluminiumablagerungen verursachen können, werden als "Schwermetalle" bezeichnet. Einige wichtige Schwermetalle sind Kupfer, Quecksilber, Zinn, Nickel und Blei.

Der Passivierungsfilm wird in stark sauren (pH 9) Umgebungen vollständig aufgelöst:

• Korrosionsrate>1,2 mm/Jahr bei pH 9;
• Konzentrierte Salpetersäure (65%) reduziert die Rate aufgrund der starken Passivierung auf 0,001 mm/Jahr.

Die durch diese Methode verursachte Korrosion ist in sauren Lösungen stärker ausgeprägt als in alkalischen Lösungen. Dies ist auf die geringe Löslichkeit dieser Ionen in alkalischen Lösungen zurückzuführen.

9 Spannungskorrosionsrisse (SCC)

Spannungsrisskorrosion (hier als SCC bezeichnet) ist eine Form der interkristallinen Korrosion, die zum vollständigen Ausfall von Aluminiumteilen führen kann.

Damit diese Korrosion auftreten kann, müssen drei Bedingungen erfüllt sein. Empfindliche Legierungen sind die erste dieser Bedingungen. Nicht alle Aluminiumlegierungen sind gleichermaßen anfällig für SCC. Legierungen mit hoher Streckgrenze sind anfälliger für Spannungsrisskorrosion.

Die zweite Bedingung ist, dass die Umgebung, in der es verwendet werden soll, feucht oder nass sein muss. Die dritte Bedingung ist das Vorhandensein von Zugspannungen im Material. Diese Zugspannung ist die Ursache für die Rissausbreitung und deren Ausbreitung durch das Metall.

Triptychon: Empfindliche Legierungen (z.B. 7075-T6), Zugspannung (> Streckgrenze 30%), korrosive Medien (Cl-Lösung):

• Riss-Typ: entlang der Maserung (IGSCC) oder durch die Maserung (TGSCC);
• Der kritische Spannungsintensitätsfaktor (KISCC) kann auf 30% der konventionellen Festigkeit reduziert werden.

Es gibt zwei Arten von SCC-Prozessen. Der erste ist die intergranulare Spannungsrisskorrosion (IGSCC), bei der sich die Risse entlang der Korngrenzen ausbreiten. Der zweite ist die Spannungsrisskorrosion durch das Korn (TGSCC), bei der sich die Risse durch die Körner und nicht entlang der Korngrenzen ausbreiten.

10 Erosionskorrosion

Die Erosionskorrosion von Aluminium wird durch den Aufprall von Wasserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit auf den Aluminiumkörper verursacht.

Zwei Faktoren, die die Erosionskorrosion verschärfen, sind die Fließgeschwindigkeit des Wassers und sein pH-Wert. Das Vorhandensein von Karbonat und Kieselsäure im Wasser erhöht die Korrosionsgeschwindigkeit weiter.

In reinem Wasser erfolgt die Korrosion von Aluminium langsam. Diese Geschwindigkeit erhöht sich jedoch, wenn der pH-Wert über 9 liegt. In saurem Wasser ist die Korrosion sogar noch schneller.

Fluiddynamik und chemische Korrosion in Synergie:

• hohe Geschwindigkeit(>5m/s) zerstört die Passivierungsschicht;
• eine sandige FlüssigkeitInduzierte Schäden durch Abrieb-Korrosions-Wechselwirkung;
• Zusammenbruch der VakuoleErzeugt einen Aufpralldruck von >1GPa, der zum Abblättern der Oberfläche führt.

Erosion und Korrosion können durch die Kontrolle der oben genannten Faktoren verhindert werden. Erosion und Korrosion lassen sich deutlich verringern, indem entweder die Wassergeschwindigkeit reduziert oder die Wasserqualität aufrechterhalten wird oder beides. Die Verbesserung der Wasserqualität bedeutet, dass der pH-Wert so nahe wie möglich an der Neutralität (<9) gehalten und der Kieselsäure- und Karbonatgehalt reduziert wird.

11. korrosive Ermüdung

Es ist bekannt, dass Ermüdung zu einem vollständigen Produktversagen führen kann, wenn sie nicht bekämpft wird. Im Falle von Aluminium können Ermüdungsrisse als Ausgangspunkt für Lochfraßkorrosion dienen.

Korrosionsermüdung tritt auf, wenn Aluminium über einen langen Zeitraum hinweg wiederholt geringen Belastungen ausgesetzt wird. In korrosiven Umgebungen wie Meerwasser und Salzlösungen ist die Wahrscheinlichkeit der Rissentstehung und -ausbreitung größer.

Synergistische Senkung der Ermüdungsgrenze durch Wechsellasten und korrosive Medien:

• 3,5% NaCl-Lösung sinkt die Ermüdungslebensdauer der Aluminiumlegierung 2024-T3 auf 10% in einer trockenen Umgebung;
• Die Rissausbreitungsgeschwindigkeit wird durch ΔK (Amplitude des Spannungsintensitätsfaktors) und die Frequenz (kritische Schwelle 10 Hz) gesteuert.

Korrosionsermüdung kann nicht stattfinden, wenn in der Atmosphäre kein Wasser vorhanden ist. Sie ist auch weitgehend unabhängig von der Richtung der Spannung, da die Rissausbreitung hauptsächlich durch den Kristall erfolgt. Anders als bei SCC hat die Spannung also keinen Einfluss auf die Ausbreitung.

12. fadenförmige Korrosion

Faden- oder Schneckenkorrosion beginnt als Lochfraß. Sie beginnt an der Stelle, an der der Lack von der Aluminiumoberfläche abblättert. Die Ursache kann ein Kratzer oder Abrieb auf der Oberfläche sein, der die darunter liegende Metalloberfläche freilegt.

In Gegenwart von Chloridanionen und hoher Luftfeuchtigkeit kann leicht Fadenkorrosion auftreten und sich ausbreiten. Sie beginnt zwar als Salzwasserfraß, breitet sich aber als Spaltkorrosion aus.

Der Kopf des Regenwurms ist sauer und hat einen hohen Chloridgehalt. Er nimmt Sauerstoff auf und wirkt als Anode. Die zweite Hälfte der Wurmspur fungiert als Kathode und es kommt zu einer Reaktion.

An Beschichtungsfehlern bildet sich selbsttätig Korrosion:

• Die saure Zone im Kopfbereich (pH ≈ 1-2) und die alkalische Zone im Schwanzbereich (pH ≈ 10-12) bilden einen elektrochemischen Gradienten;
• Ausdehnungsrate 0,1-0,5 mm/Tag, Weg durch Matrixbindung gesteuert.

Fadenkorrosion kann verhindert werden, indem die Oberfläche unbeschädigt bleibt und alle kleinen Spalten mit Farbe oder Wachs versiegelt werden. Wenn möglich, muss die relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebung reduziert werden.

13. mikrobiologische Korrosion(MIC)

Mikrobiologisch induzierte Korrosion oder MIC ist eine durch Mikroorganismen/Pilze verursachte Korrosion. Diese Art von Korrosion tritt häufig in Kraftstoff- und Schmieröltanks auf.

Mikroorganismen und Pilze können in Gegenwart von Wasser im Öl gedeihen. Einige dieser Organismen sind in der Lage, das Öl zu verzehren und Säuren auszuscheiden, die eine Korrosion der zur Lagerung verwendeten Aluminiumbehälter verursachen können.

Diese Säure kann in Aluminiumbehältern Lochfraß verursachen und schließlich zu Undichtigkeiten führen.

ausgelöst durch mikrobiellen Stoffwechsel wie sulfatreduzierende Bakterien (SRB):

• In der anaeroben Umgebung entsteht H₂S, das die Passivierungsschicht zerstört;
• Biofilme bilden Sauerstoffkonzentrationszellen;
• Der Bereich der Wasserphasentrennung im Kraftstoffsystem ist ein Bereich mit hohem Aufkommen, der regelmäßig entleert und mit Bioziden versehen werden muss.

Um dies zu verhindern, muss das Öl so weit wie möglich gereinigt werden, um Wasser zu entfernen. Ein regelmäßiges Entleeren des Tanks nach der Reinigung ist ebenfalls erforderlich. Wenn es nicht möglich ist, die Qualität des Kraftstoffs zu verbessern, kann die Keimbildung durch den Einsatz von Bioziden verhindert werden.