Elektrochemische Korrosion

Elektrochemische Korrosion einfach erklärt

Es gibt mehrere Faktoren und Mechanismen, die für das Vorhandensein und Fortschreiten der elektrochemischen Korrosion verantwortlich sind. Am Anfang steht immer eine Unstetigstelligkeit des Metalloberflächenpotentials. Durch das Vorhandensein eines Elektrolyten wird ein galvanisches Element gebildet und die Korrosion beginnt.

• Ablauf der Anodenreaktion (\(Oxidation\))
• Ablauf der Kathodenreaktion (\(Reduktion\))

Beispiele: Elektrochemische Korrosion in der Praxis

Unterschiede: Elektrochemische Korrosion und Chemische Korrosion

Die Begriffe Elektrochemische Korrosion und Chemische Korrosion werden oft zusammen verwendet, aber sie bezeichnen tatsächlich zwei verschiedene Phänomene in der Materialzerstörung. Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Prozesse in verschiedenen Umgebungen und unter unterschiedlichen Bedingungen auftreten, und dass sie auch verschiedene Mechanismen und Wirkungen haben.

Einfach gesagt, bei chemischer Korrosion reagiert das Material direkt mit seiner Umgebung. Bei elektrochemischer Korrosion entsteht eine Spannung, die eine ionische Umstrukturierung und letztlich die Korrosion verursacht.

Die Prozesse der Elektrochemische und Chemische Korrosion weisen mehrere wichtige Unterschiede auf. Das beginnt schon bei den Voraussetzungen. Während bei der chemischen Korrosion molekulare Wechselwirkungen die Hauptrolle spielen, kommt es bei der elektrochemischen Korrosion auf das Vorhandensein eines Elektrolyten an, der den Ionenaustausch und damit die Korrosion befeuert.

• Elektrochemische Korrosion: Erfordert einen Elektrolyten, führt zu erheblicher Materialerosion
• Chemische Korrosion: Tritt in trockenen Umgebungen auf, führt zu geringer Materialerosion

Wichtige Aspekte der Elektrochemischen Korrosion im Detail

Da die Elektrochemische Korrosion ein vielschichtiges Thema ist, wollen wir nun weiter in die Tiefe gehen und uns einige Aspekte genauer anschauen. Es ist wichtig, die Feinheiten und Intrigen der Elektrochemischen Korrosion zu verstehen, da die Wirkungsmechanismen stark variieren und diese Kenntnisse es dir ermöglichen, die richtigen Maßnahmen zur Prävention und Kontrolle einzusetzen.

Elektrochemische Korrosion am Lokalelement

Ein Lokalelement ist eine mikroskopische Zone auf der Oberfläche eines Metals oder einer Legierung, in der sowohl die anodischen als auch die kathodischen Reaktionen auftreten, die zur Elektrochemischen Korrosion führen. Es ist oft das Ergebnis einer Verbindung von zwei verschiedenen Metallen oder von Unregelmäßigkeiten in der Metallstruktur. Hier können Unterschiede im chemischen Potenzial zu elektrischen Potentialunterschieden und schließlich zur Ausbildung eines galvanischen Elements führen.

Elektrochemische Spannungsreihe Korrosion: Was bedeutet das?

Die elektrochemische Spannungsreihe ist ein Schlüsselbegriff, wenn es um die Elektrochemische Korrosion geht. Sie ist eine Liste von Redox-Potenzialen verschiedener Metalle und gibt Informationen darüber, wie wahrscheinlich ein Metall korrosiv reagiert. Je höher ein Metall in dieser Reihe steht, desto edler ist es und desto unwahrscheinlicher ist es, dass es korrodiert. Ein Metall weiter unten in der Reihe ist unedler und neigt eher zur Korrosion.

• \( \text{Metall} \rightarrow \text{Metall}^{2+} + 2e^{-}\) (Oxidation: Anodische Reaktion)
• \( \text{Metall}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Metall}\) (Reduktion: Kathodische Reaktion)

Prozess und Mechanismen der Elektrochemischen Korrosion

Die Elektrochemische Korrosion ist ein Prozess, der durch das Zusammenspiel von chemischen Reaktionen und elektrischen Strömen verursacht wird. Wir haben bereits erwähnt, dass an der Anode das Metall oxidiert wird und an der Kathode die Reduktion des Elektrolyten erfolgt. Doch was geschieht danach?

• Oxidation des Metalls: \( \text{Metall} \rightarrow \text{Metall}^{2+} + 2e^{-}\)
• Reduktion des Elektrolyten: \( \text{O}_2 + 2(H_2O) + 4e^{-} \rightarrow 4 (OH)^{-}\)
• Bildung des Korrosionsprodukts: \( \text{Metall}^{2+} + 2(OH)^{-} \rightarrow \text{Metall}(OH)_2 \) (z.B. Rost bei Eisen)

Elektrochemische Korrosion: Anwendung in der Technik

Die Elektrochemische Korrosion ist nicht nur ein Problem, sondern sie findet auch verschiedene Anwendungen in der Technik. Diese reichen von Energieerzeugung und Speicherung bis hin zu Materialverarbeitung und Oberflächenbehandlungen. Trotz ihrer schädlichen Wirkung im Kontext von Materialabbau, kann die Elektrochemische Korrosion tatsächlich genutzt werden, um innovative technische Lösungen zu schaffen.

Elektrochemische Korrosion: Beispiele aus dem Technikbereich

In der Technik wird Elektrochemische Korrosion in vielerlei Hinsicht genutzt. Hier sind einige Beispiele:

Batterien und Brennstoffzellen

Batterien und Brennstoffzellen sind praktische Beispiele für die Anwendung der Elektrochemischen Korrosion. Die Batterie funktioniert durch die Bewegung von Elektronen von der Anode zur Kathode, was eine Redoxreaktion involviert, ähnlich der Elektrochemischen Korrosion. Bei aufladbaren Batterien, wie Lithium-Ionen-Batterien, wird dieser Prozess umgekehrt, wenn die Batterie geladen wird.

Elektrolytische Metallgewinnung

Elektrochemische Korrosion spielt auch eine wichtige Rolle in Prozessen wie der Elektrolyse, wo sie zur Gewinnung oder Verfeinerung von Metallen verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein Gleichstrom durch eine Lösung geleitet, um eine chemische Reaktion auszulösen. Die Metalle, die auf diese Weise gewonnen werden, sind oft reiner als die, die durch hitzebasierte Schmelzverfahren gewonnen werden.

Elektrochemisches Ätzen und Polieren

Ein weiteres Beispiel ist das Elektrochemische Ätzen und Polieren. Hierbei wird die Elektrochemische Korrosion genutzt, um unerwünschtes Material von der Oberfläche eines Metalls zu entfernen oder um spezielle Oberflächenstrukturen zu erzeugen. Dieses Verfahren wird in vielen Industrien verwendet, beispielsweise in der Elektronikfertigung und in der Schmuckherstellung.

Schutz vor Elektrochemischer Korrosion

Ein grundlegendes Verständnis der Mechanismen der Elektrochemischen Korrosion ist der erste Schritt, um wirksame Schutzmaßnahmen zu ermitteln. Glücklicherweise gibt es viele erprobte und effektive Methoden zur Verhinderung und Minimierung dieses zerstörerischen Prozesses.

Wie kann Elektrochemische Korrosion verhindert werden?

Die Prävention der Elektrochemischen Korrosion kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Es ist jedoch zu beachten, dass keine Methode absolut sicher ist und jede ihre eigenen Vor- und Nachteile sowie ihre Anwendbarkeit in bestimmten Situationen hat.

Eine Kernstrategie ist die Vermeidung des Kontakts des Metalls mit dem Korrosionselektrolyt. Dieser Ansatz kann durch Verwendung von Beschichtungen, Dichtstoffen, Lacken oder Kunststoffen umgesetzt werden. Diese bilden eine physikalische Barriere zwischen dem Metall und der korrosiven Umwelt und verhindern den Beginn des Korrosionsprozesses. Doch Vorsicht, Beschädigungen dieser Schutzschicht können lokale Korrosionsstellen hervorrufen!

Das Ändern des Designs kann ebenfalls helfen. So kann beispielsweise die Verwendung von nur einem Metalltyp anstelle von zwei verschiedenen Metallen Galvanische Korrosion verhindern.

Darüber hinaus kann der Einsatz von Korrosionsinhibitoren helfen, die Rate der Elektrochemischen Korrosion zu verlangsamen. Diese Chemikalien interagieren mit dem Metall oder dem Elektrolyt und verändern die Bedingungen, um die korrosionsfördernden Reaktionen zu verhindern oder zu verlangsamen. Allerdings können Inhibitoren kostspielig sein und ihre Verwendung kann andere Probleme verursachen, wie die Verschmutzung von Boden und Wasser.

Schutzmaßnahmen gegen Elektrochemische Korrosion: Ein Überblick

Schutzmaßnahmen gegen Elektrochemische Korrosion können grundsätzlich in passive und aktive Schutzmaßnahmen unterteilt werden.

Passive Schutzmaßnahmen setzen darauf, die Bedingungen zu ändern, die zur Elektrochemischen Korrosion führen, ohne ständige Überwachung oder Wartung. Sie umfassen direkte Maßnahmen wie die Verwendung korrosionsbeständiger Materialien oder Oberflächenbeschichtungen, die Vermeidung von Metalspannungen und die Gestaltung, um Feuchtigkeitsfallen zu vermeiden.

Aktive Schutzmaßnahmen beinhalten Maßnahmen, die erfordern, dass sie eingestellt oder gewartet werden, um effektiv zu bleiben. Dazu gehören Methoden wie die kathodische und anodische Schutzmaßnahmen.

• Das kathodische Schutz ist eine Technik, die verwendet wird, um ein Metall vor der Korrosion zu schützen, indem es in ein kathodisches, also elektrisch negatives Potential versetzt wird. Dies kann durch anbringen einer externen Spannungsquelle erreicht werden (imprägnierter Kathodenschutz) oder durch Verwendung von Opferanoden, die aus einem unedleren Material bestehen (Opferschutz).
• Der anodische Schutz ist ein ähnlicher Prozess, aber statt das Metall in ein kathodisches Potential zu versetzen, wird es in ein anodisches, also elektrisch positives Potential versetzt. Diese Methode eignet sich für Materialien, die stabilisierende Oxidschichten bilden, wie Titan oder Edelstahl.