Chemische und elektrochemische Korrosion

Chemische und elektrochemische Korrosion

Patina - Grünspan

die Geschichte der Heizungstechnik

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Chemische Korrosion

Mit einem gasförmigen Korrosionsmedium reagiert ein Werkstoff bei der chemischen Korrosion ohne Beteiligung eines Elektrolyten zu einem Metalloxid. Dieser Korrosionsvorgang läuft bereits bei Raumtemperatur ab, wird aber durch hohe Temperaturen noch beschleunigt. Es entsteht auf der Metalloberfläche eine Oxidschicht, die z. B. vor dem Löten eines Kupferrohres entfernt werden muss. Beim Warmbiegen von Stahlrohren entstehen Anlauffarben und es bildet sich eine Zunderschicht, die auf chemische Korrosionsvorgänge zurückzuführen sind.

Auch auf der Oberfläche von PVC-Rohren entsteht eine Oxidschicht, die vor dem Kleben dieser Rohre ebenfalls die durch Abschälen oder durch Auftragen von Lösemitteln entfernt werden muss.

Auf Aluminium- und Kupferflächen entsteht durch eine Oxidation eine gewünschte dichte und feste Schutzschicht, die nicht durch äußere Einflüsse zerstört werden darf, weil sonst der Werkstoff korrodiert und zerstört wird.

Elektrochemische Korrosion

Bei der elektrochemischen Korrosion reagieren zwei unterschiedliche Metalle bzw. Metallverbindungen mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit (Elektrolyt). In der Trinkwasserinstallation gibt es diese Korrosionsart u. a. bei der Verarbeitung von Kupfer und verzinkten Rohren, die in einem Kreislauf eingebunden sind (Zirkulationsleitung) oder direkten Kontakt haben. Aber auch in Heizungs-, Solar- und Kühlsystemen können die wechselweise angeordneten verschiedenen Metalle von Übel sein, da es sich in diesen Anlagen immer um Kreisläufe handelt.

Durch eine solche Anordnung entsteht ein galvanisches Element. Hier entsteht ein geschlossener elektrischer Stromkreis. Die Atome des unedleren Metalls (z. B. Zink) geben Elektronen ab und gehen als positiv geladene Ionen in Lösung. Das unedlere Metall wird dabei zersetzt. Der entstandene Elektronenüberschuss fließt über den Leiter zum edleren Metall (z. B. Kupfer).

Der Potentialunterschied zwischen den verschiedenen Metallen wird Tabellen oder Diagrammen als elektrochemischen Spannungsreihe dargestellt. Die Metalle sind nach ihrem elektrischen Potential (Ladungsunterschied gegenüber Wasserstoff) geordnet. Wasserstoff hat dabei den Wert „Null“. Je negativer das Potential eines Metalls gegenüber Wasserstoff ist, desto unedler ist es und je positiver sein Potential ist, desto edler ist es.

hier kam es zu einem "Leitungsinfakt" in einer Trinkwasser-Zirkulationsleitung

Entzinkung

Quelle: TU Wien

Die Entzinkung ist eine Korrosionsart, die vor allem bei Kupfer-Zink-Legierungen (z.B. Messing) mit mehr als 20 % Zink auftritt.

Kupfer wird bei diesem Korrosionsvorgang meistens als schwammige Masse aus dem Messing abgeschieden. Das Zink bleibt entweder in Lösung oder lagert sich in Form von basischen Salzen über der Korrosionsstelle ab. Die Entzinkung kann örtlich begrenzt und in die Tiefe gehend oder flächig ausgebreitet auftreten.

Die Entstehung dieser Korrosion setzt dickere Deckschichten aus Korrosionsprodukten, Kalkablagerungen oder sonstige Ablagerungen von Fremdteilen auf der Metalloberfläche voraus. Wasser mit erhöhtem Chloridgehalt begünstigt bei höheren Temperaturen und bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten das Auftreten von Entzinkung.

Häufig tritt Entzinkung auch im Zusammenhang mit starker Biofilmbildung (Biofouling) auf. Der Biofilm kann dann aus der Beizsäurelösung extrahiert und chemisch identifiziert werden.

Quelle: W-Albertshammer

Entzinnung

Die Entzinnung ist eine seltene Korrosionsart, die bei gegossenen Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronzen) vorkommen kann. Dabei geht das enthaltene Zinn in Lösung. Dieser Vorgang wurde in heißen chloridhaltigen Flüssigkeiten und Dampf beobachtet. Aber auch in Anlagen mit Biofouling können diese Legierungen korrodieren.

Diese Legierung wird auch für Bauteile von Umwälzpumpen verwendet.

Patina - Grünspan

Grünspan wird aufgrund seiner Farbe oft mit der Patina verwechselt.

Patina

Patina ist ein Kupfercarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Diese graugrüne, aus basischen Carbonaten und Sulfaten bestehende Oberflächenschicht auf Kupfer und Kupferlegierungen (Messing, Bronze) bildet sich durch die Reaktion mit dem in der Luft enthaltenen Kohlen- und Schwefeldioxid (und in der Meeresnähe auch Chloriden). Die Patina wird auch als "Edelrost" bezeichnet, Kupfer vor der Verwitterung (Korrosion) schützt. Teilweise wird es auch künstlich hergestellt um Bauteile, die der Witterung ausgesetzt sind (Dächer, Dachrinnen, Fallrohre, Fassaden, Kirchtürme, Denkmale), zu schützen.

2 Cu + CO₂ + H₂O + O₂ > CuCO₃ • Cu(OH)₂

Verhalten von Kupferoberflächen an der Atmosphäre

Grünspan

Grünspan ist ein wasserlösliches Salz der Essigsäure in Verbindung mit Kupfer oder Messing Es ist ein Gemisch basischer Kupfer(II)-Acetate von grüner oder blauer Farbe, zerstört das Kupfer und ist giftig. Grünspan entsteht aus der Reaktion von Kupfer mit Essigsäure. In Trinkwasserleitungen ist die Bildung von Grünspan nicht möglich, weil dort keine Essigsäure vorhanden ist.

Kupferacetat: Cu(CH₃COO) • 2Cu(OH)₂ (blau bis blaugrüner Farbton)
Neutraler Grünspan: (Cu(CH₃COO)₂ (bläulich-grünem Farbton)

Das Pigment Grünspan - Referat von Melanie Revermann


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