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Korrosionsschutz

Ein Klotz Zink am Schiffsrumpf löst sich langsam auf — und genau deshalb bleibt der Stahl daneben blank.

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Schutz durch Schichten

  • Anknüpfung (4.5.2):Korrosion braucht Metall, Elektrolyt und ein Oxidationsmittel (O₂ oder H₃O⁺). Jeder Schutz schaltet eine dieser Bedingungen aus.
  • Nichtmetallische Überzüge:Lack, Kunststoff, Emaille, Öl — sie halten Wasser und Sauerstoff fern (reine Barriere).
  • Edlere Metallschicht:Zinn (Weißblech), Nickel, Chrom. Schützt nur, solange sie dicht ist; nach einer Verletzung wird Eisen im Lokalelement zur Anode (4.5.1).
  • Unedlere Metallschicht:Zink (Feuerverzinken). Zink bildet eine Deckschicht aus basischem Zinkcarbonat; bei einer Verletzung wird Zink zur Anode und der freiliegende Stahl bleibt heil.
  • Passivierung:dichte, dünne Oxidschicht auf dem Metall selbst — Al₂O₃ auf Aluminium (Eloxieren verstärkt sie), Chromoxid auf Edelstahl (mind. 10,5 % Cr).
Merke

Verzinkter Stahl mit Kratzer: Anode (Zink): \(\ce{Zn -> Zn^2+ + 2 e-}\)
Kathode (freiliegendes Eisen): \(\ce{O2 + 2 H2O + 4 e-}\) \(\ce{-> 4 OH-}\)

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Kathodischer Schutz

  • Prinzip:Das Werkstück wird zur Kathode gemacht. An ihm läuft nur noch Reduktion ab — Eisen kann nicht mehr zu Fe²⁺ oxidiert werden.
  • Opferanode:ein unedleres Metall (Mg, Zn, Al) wird leitend mit dem Stahl verbunden und liegt im selben Elektrolyten. Es löst sich statt des Eisens auf und muss regelmäßig ersetzt werden.

Ein Schiffsrumpf aus Stahl liegt im Meerwasser. Ziehe einen Metallblock aus dem Regal an die Halterung am Rumpf (oder Block mit Tab wählen und Enter drücken). Stelle dann mit dem Regler die Zeit vor: Welches Metall korrodiert — und wie lange hält der Schutz?

Opferanode am Schiffsrumpf

Halte fest: Geschützt ist der Rumpf nur mit einem unedleren Metall — es wird zur Anode und löst sich statt des Eisens auf. Ein edleres Metall macht den Rumpf selbst zur Anode und beschleunigt die Korrosion. Die Opferanode hält umso länger, je mehr Ladung ein Kilogramm liefert (\(m = I \cdot t \cdot M / (z \cdot F)\)).

  • Fremdstromschutz:eine Gleichspannungsquelle drückt Elektronen ins Werkstück (Minuspol); der Pluspol liegt an einer beständigen Anode aus Graphit oder beschichtetem Titan. Das ist eine Elektrolyse (4.3.1) — die Anode verbraucht sich kaum.
  • Einsatz:Opferanoden an Schiffen, Warmwasserspeichern und Hafenanlagen; Fremdstrom an langen Pipelines, Brücken und Spundwänden.
Merke

Abtrag einer Opferanode (Faraday): \(m = \dfrac{I \cdot t \cdot M}{z \cdot F}\)

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Allgemeine Hinweise

Edle Schicht mit Loch

Ein verletzter Zinn- oder Kupferüberzug ist schlimmer als gar keiner: kleine Eisenanode, große edle Kathode — der Stahl wird an der Schadstelle durchgefressen.

Kontakt und Elektrolyt nötig

Eine Opferanode wirkt nur, wenn sie leitend mit dem Stahl verbunden ist und im selben Elektrolyten liegt. Über der Wasserlinie oder hinter einer isolierenden Dichtung schützt sie nichts.

Immer mit −0,41 V vergleichen

Bei jeder Metallkombination mit Eisen fragen: Liegt E° unter −0,41 V (Mg, Al, Zn), opfert sich das Metall. Liegt es darüber (Sn, Ni, Cu), opfert sich das Eisen.

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