Forscher im Kampf gegen Korrosion

Wege zu mehr Rostschutz

Schnitt durch die korrodierten 620- bis 800-Grad-Proben. Je kristalliner die Probe ist, desto tiefer kann sich die Korrosion in die Molybdän-reichen Gebiete hinein fressen. Bild vergrößern
Schnitt durch die korrodierten 620- bis 800-Grad-Proben. Je kristalliner die Probe ist, desto tiefer kann sich die Korrosion in die Molybdän-reichen Gebiete hinein fressen. [weniger]

Auch die Korrosion erfordert sehr präzise kontrollierte und wiederholbare Experimente. „Wir setzen dazu elektrochemische Mikrozellen ein“, erklärt Julia Klemm, „die unser Institut entwickelt hat“. Sie zeigt im Labor auf ein kleines, durchsichtiges Gerät. Es ist vereinfacht dargestellt eine V-förmig geknickte Röhre, die wie eine Pfeilspitze auf die Probe aufgesetzt wird, wobei die Spitze eine Öffnung von einem Quadratmillimeter besitzt. Durch den einen Arm wird im Experiment eine Elektrolytlösung auf die Metalloberfläche geleitet – einfach gesagt, eine Salzlösung mit genau bekannter Rezeptur. Das Salz wirkt wie Luftschadstoffe im Wassertropfen: Seine im Wasser gelösten, elektrisch geladenen Ionen beschleunigen die Korrosion (siehe „Der Evanssche Tropfenversuch“). Durch den anderen Arm fließt die Lösung nach ihrer Korrosionsarbeit weiter in ein sogenanntes Massenspektrometer. Ein solches Gerät kann hochempfindlich messen, welche chemischen Elemente der Elektrolyt aus der korrodierenden Stahlprobe gelöst und mit sich fortgespült hat. Es sagt den Forscherinnen, welche Bestandteile aus den Stahlproben besonders leicht dem Angriff des Sauerstoffs zum Opfer fallen.

Die zweite Information lässt sich aus der gemessenen elektrischen Spannung ableiten. Denn ein Wassertropfen wirkt auf einer korrodierenden Metalloberfläche wie eine kleine elektrische Batterie. Ursache sind schwache elektrische Ströme. Sie bestehen aus den Elektronen, die das Eisen bei der Oxidation hergibt, und den elektrisch geladenen Ionen, die durch das Wasser fließen. Die dadurch entstehende elektrische Spannung misst eine Elektrode in der Mikrozelle. Die Metallprobe bildet dabei die Gegenelektrode.

Aus all diesen Informationen konnten die Max-Planck-Forscher Puzzlestück für Puzzlestück ein genaues Bild der Korrosion zusammenbauen. „Das Chrom reichert sich an der Oberfläche an“, erklärt Klemm, „dadurch entsteht eine stabile und schützende Oxidschicht“. Anfällig gegen Korrosionsfraß sind dagegen die an Molybdän reichen Phasen, denen es zugleich an schützendem Chrom fehlt. Bei den glasartigen Proben gibt es diese nicht, denn das Molybdän ist gleichmäßig verteilt. Deshalb brauchen sie auch relativ wenig Chrom, um durch eine zwar dünne, aber nahezu fehlerlose Schutzschicht „rostfrei“ zu sein. Ganz anders sieht es bei der 800-Grad-Probe aus, in der sich die zwei Sorten Kristallite voll ausgebildet haben: Die an Molybdän reichen, aber Chrom-armen Kristallite bilden viele Schwachstellen, in denen sich die Korrosion in die Tiefe fressen kann. Das konnten Julia Klemm, Jazmin Duarte und ihre Kollegen zum ersten Mal im Detail zeigen.

„Wir verstehen jetzt besser, warum manche Stahlsorten für Korrosion anfällig sind“, sagt Klemm, „obwohl sie ganz ähnlich wie korrosionsbeständige Stähle zusammengesetzt sind“. Damit ist die Suche nach den Ursachen der Korrosion von Stahl einen wichtigen Schritt weitergekommen. Die neue Arbeit aus Düsseldorf ist zwar reine Grundlagenforschung. Sie kann der Industrie wertvolle Hinweise geben, wie sich weniger korrosionsanfällige Stahlsorten entwickeln lassen.

TECHMAX-Ausgabe 19, Winter 2013/14; Redaktion: Christina Beck, Autor: Roland Wengenmayr

 

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