Korrosion und deren Bedeutung im Fassadenbau

Das Thema Korrosion (von lateinisch corrodere „zersetzen“, „zerfressen“, „zernagen“) ist im Metallbau allgegenwärtig und wird in der DIN EN ISO 8044 (vormals DIN 50900) als „physikochemische Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung“ beschrieben. Korrosion bedeutet, dass ein Material, allgemeinsprachlich meist ein Metall, mit anderen Substanzen wie Sauerstoff, Wasserstoff, elektrischen Strom, Schmutz / Bakterien oder auch einer Kombination dieser Stoffe reagiert.

Die dadurch veränderten Eigenschaften des Metalls haben nicht nur optische Verwandlungen zur Folge: die Funktion des Materials, dessen Umgebung oder das System, in dem es verbaut ist, können merklich Schaden erleiden, der u.U. nicht immer sofort erkennbar ist.

Chemischer Ablauf von Metallkorrosion

Metallkorrosion findet zumeist an der Oberfläche des Metalls statt (Flächenkorrosion) – eine chemische Zerstörung, bei der Metalloxid (bei der Reaktion mit Sauerstoff bzw. Wasserstoff als Oxidationsmittel) entsteht. Metalle mit Ausnahme der Edelmetalle sind hierbei die Reduktionsmittel, d.h. sie geben im Reaktionsverlauf Elektronen an das Oxidationsmittel ab, erhöhen damit ihren Oxidationszustand und gehen in die oxidierte Form ( bei Eisenwerkstoffen = „Rost“ ) über.

Überwiegt der Einfluss von Sauerstoff (hierzu zählt auch feuchte Umgebungsluft) im Verlauf der Reaktion, spricht man von Oxidation, überwiegt hingegen Feuchtigkeit (Wasser), ist von Wasserstoff- oder Säurekorrosion die Rede.

Korrosion und deren Bedeutung im Fassadenbau

Arten der Korrosion

Elektrochemische Reaktionen haben zumeist den Verlust der mit „positiv“ bewerteten Eigenschaften zur Folge:  scheint der metallische Glanz hier und da entbehrlich, ist schwindende Festigkeit ein Aspekt, der zwingender Beachtung bedarf und nicht nur maßgebliche wirtschaftliche Folgen nach sich zieht. Nur in den seltensten Fällen ist die chemische Reaktion erwünscht wie z.B. das Entstehen von Patina an Kupfer auf historischen Dacheindeckungen.

Die Arten der unerwünschten Korrosion hingegen sind vielfältig; unterschieden und benannt werden sie nach dem Ort ihres Auftretens, ihrer Form oder der Art ihrer Entstehung.

Die wesentlichsten im Metallbereich sind:

Galvanische Korrosion, Bimetall- oder Kontaktkorrosion

Als galvanische Korrosion wird bezeichnet, wenn zum Zusammentreffen zweier unterschiedlicher Metalle zusätzlich Flüssigkeit oder auch nur Feuchtigkeit kommt :  das laut elektrochemischer Spannungsreihe unedlere Metall reagiert aktiv und korrodiert - der Verlust des Materials erfolgt durch einen elektrochemischen  Abtrag.

Der Korrosionsverlauf erfolgt umso schneller, je weiter edles Material (Kathode) und unedles Material (Anode) in der galvanischen Reihe auseinander liegen. Auch das Flächenverhältnis beider Werkstoffe hat Einfluss auf den Fortschritt des Korrosionsverlaufs.

Offensichtlich wird diese Kontaktkorrosion im Alltag sofort, wenn kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen ungeschützt der Atmosphäre ausgesetzt sind und für das Verbindungsmittel ein unedleres Material als für das eigentliche Bauteil gewählt wurde.

Auch beim Vorgang des Zerspanens kann es zu Kontaktkorrosion kommen, wenn das Werkzeug abwechselnd für edle und unedle Materialien eingesetzt wird – Rückstände in Form von Schleifstaub oder winzige eingepresste Partikel können unerwartet eine spätere Kontaktkorrosion zur Folge haben.

Entsprechend der VOB C ATV DIN 18351 (Absatz 3.2.5) ist Kontaktkorrosion verschiedener Stoffe von vornherein vor dem Montieren von Bauprodukten prinzipiell auszuschließen.

Die Verwendung der unterschiedlichen Materialien (Stahl, Aluminium, etc.) und Lieferformen (Profile, Bleche, etc.) ist also bereits im Zuge der Planung materialtechnisch detailliert zu klären und festzulegen.

 

Flächenkorrosion

Betrifft der Korrosionsverlauf große oder vollständige Oberflächen, spricht man von Flächenkorrosion. Hierbei bilden sich anodische (die Metallstruktur auflösende) und kathodische (Elektronen verbrauchende) Teilbereiche. Im Gegensatz zur Muldenkorrosion wechseln diese Teilbereiche ständig ihren Ort, so dass der Korrosionsvorgang gleichmäßig über der gesamten Oberfläche verläuft.

In Abhängigkeit vom Werkstoff kann in neutralen Bereichen durch Korrosion eine Deckschicht (Passivschicht) entstehen, die den darunter liegenden Werkstoff vor weiterer Zerstörung schützt oder zumindest den fortschreitenden Korrosionsvorgang vermindert. Treten hier Fehlstellen in der Passivschicht auf (z.B. erzeugt durch Säure kommt es zu Mulden- oder auch Lochkorrosion.

Flächenkorrosion gilt gemeinhin als eher ungefährliche Situation, da sie leicht zu erkennen ist. Der drohende Masseverlust des Metalls kann vorbeugend durch Opferschichten ausgeglichen werden, wenn in der Planungsphase bereits die späteren Einflüsse durch aggressive Materialien (Gase, Säuren usw.) ausreichend bekannt sind und entsprechend bewertet werden.

 

Lochfraßkorrosion

Der Begriff Lochfraßkorrosion (auch: Lochkorrosion oder Lochfraß) beschreibt an der Oberfläche des Metalls entstehende kleinere Korrosionsstellen oder auch punktförmige Löcher (tritt häufig bei passivierten Metallen an Fehlstellen der Passivschicht, z.B. durch eingelagerte Fremdpartikel, auf).

Die schützende Oxidschicht verliert ihre Sauerstoffanteile, die durch Bromid- oder Chlorionen verdrängt werden und wo sich weitere dieser Ionen anlagern – die Schutzfunktion ist außer Kraft gesetzt, hier kann erneut Korrosion entstehen.

Diese Form der Korrosion breitet sich jedoch oftmals in der Tiefe des Materials erheblich aus, bleibt aber auf Grund der geringen Sichtbarkeit an der Oberfläche häufig lange Zeit unbemerkt – ein mechanisches Versagen tritt dann oftmals überraschend auf.

 

Filiformkorrosion

Filiform ist abgeleitet von filigran und beschreibt den optischen Eindruck, den diese Form der Korrosion dem Betrachter bietet. Mitunter auch als Wurmfraß- oder Schneckenspurkorrosion bezeichnet und zeigt sich in einem feingliedrigen, fadenförmigen Bild und führt zu Abplatzungen.

Zumeist tritt sie unter organischen Beschichtungen (Unterwanderung) von Aluminium oder auch niedrig legierten Stählen auf, aber auch bei Zink, Magnesium oder verchromtem Nickel.

Die Fäden sind nur ca. 0,1 …0,5mm breit; sie wachsen konstant mit einer täglichen Rate von 0,4mm.

Die Ausbreitung erfolgt in unterschiedliche Richtungen, wobei sich die einzelnen Fäden niemals kreuzen. Filiformkorrosion ist eine reine Oberflächenkorrosion – erst in Kombination mit anderen Korrosionsarten werden auch tiefer liegende Materialschichten einbezogen.

Für die Entstehung einer Filiformkorrosion auf Stahl ist eine Luftfeuchtigkeit von mindestens 65% erforderlich, liegt diese bei 100%, können sich die Fäden verbreitern und schließlich auch Blasen bilden.

Neben einer hohen Luftfeuchtigkeit (verstärkt durch eine hohe Umgebungstemperatur) können auch hier Verunreinigungen im Metall, Hinzukommen von Salzen bzw. Chloriden sowie Fehlstellen Ursache bzw. Basis für das Entstehen einer Filiformkorrosion sein. Treffen mehrere dieser Situationen zusammen (z.B. in Küstennähe oder in Bereichen, in denen Tausalz zum Einsatz kommt), steigt die Anfälligkeit für Korrosion.

Auch bei Walzprodukten aus Aluminium, bei deren Fertigung sich im Zuge des Walzvorgangs und dem erforderlichen Wärmeeintrag in das Material eine (microkristalline) Deformationsschicht unter der natürlichen Oxidschicht des Aluminiums bildet, ist diese oftmals Ursache für eine Filiformkorrosion. Daher wird für Aluminium zur Sicherheit ein stärkerer Beizabtrag empfohlen, um diese Deformationsschicht abzutragen.

Weitere Arten der Korrosion sind die:

  • Spaltkorrosion (findet sich an Überlappungen, aufgesetzten Stegen oder nicht durchgehenden Schweißnähten)
  • Interkristalline Korrosion (auch: Kornzerfall), tritt bei Legierungen entlang der Korngrenzen auf
  • Spannungsrisskorrosion (entsteht durch das Gefügekorn hindurch/transkistallin oder an Korngrenzen entlang/interkristallin unter statischer Zugspannung, mitunter auch einer Zugschwellspannung, beim gleichzeitigen Vorhandensein eines flüssigen oder gasförmigen Korrosionsmediums)

Formen des aktiven/passiven Korrosionsschutzes

Beachtung/Berücksichtigung der Potenzialdifferenz

Kontaktkorrosion kann nur dadurch verhindert werden, indem entweder die Potenzialdifferenz minimiert wird (also lt. Spannungsreihe ungünstige Metallpaarungen vermieden, hier spricht man von aktivem Korrosionsschutz) oder aber ungünstige Materialkombinationen durch isolierende Schutzschichten gegeneinander isoliert werden, hier spricht man von passivem Korrosionsschutz.

Ausbildung einer Schutzschicht

Hier bietet eine zusätzliche metallische Schicht aus edlerem Material Schutz vor elektrisch leitenden Flüssigkeiten. Die Wirksamkeit einer solchen Schicht ist allerdings nur so lange aktiv, wie sie keinerlei Beschädigungen aufweist; im anderen Fall setzt die Korrosion hingegen verstärkt ein. Eine Ausnahme bildet der kathodische Kantenschutz:   wird im Zuge der Weiterverarbeitung eines verzinkten Stahlteils die Zinkoberfläche beschädigt, bleibt die Schnittkante des darunterliegende Stahl (bis zu einer Materialstärke von 1,50mm)  durch die „Schmierwirkung“ des Zinküberzugs dennoch geschützt, er wird zu Kathode. Jahrzehntelange Beobachtungen in der Praxis bestätigen, dass die Korrosion an Schnittkanten von Feinblech aus Stahl die Funktionalität betreffend vernachlässigt werden kann.

Anbringen von Opferanoden

Eine dritte Möglichkeit bildet das Vorsehen von Opferanoden (eher von Bedeutung im Schiffbau oder an den Innenwänden von Pipelines).

Passivieren des Bauteils

Das Passivieren verbindet das Ausbilden einer Schutzschicht mit der Akzeptanz der Opferschicht. Diese Form des Korrosionsschutzes wird vor allem bei Leichtmetallen wie beispielsweise Aluminium/Aluminiumlegierungen angewandt und wird hier als Anodisieren bezeichnet – der zu schützende Werkstoff bildet die Anode und entwickelt an der Oberfläche eine Oxidschicht. Der Grundwerkstoff wird dabei nicht nennenswert angegriffen und ist danach gegen weitere Korrosion sicher geschützt.

 

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Korrosionsschutz auch in der heutigen Zeit eine wichtige Rolle spielt – neben den optisch wahrnehmbaren Begleiterscheinungen entscheidet er über die Dauer von Lebenszyklen der Bauteile, statische Sicherheit sowie die notwendig werdende Anzahl von Wartungszyklen und hat somit maßgebliche wirtschaftliche Auswirkungen in der Gesamtbetrachtung.

 

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