Standardkorrosionsversuche werden in der Regel im Labor zur Untersuchung des Metallkorrosionsverhaltens verwendet, um Veränderungen in der Korrosionsrate durch Simulation verschiedener Umweltbedingungen zu untersuchen. Korrosion ist ein Prozess, bei dem ein Metall mit der Umgebung chemisch reagiert und zu einer Beschädigung von Metallmaterialien führt. Temperatur und Feuchtigkeit als wichtige Umweltfaktoren, die die Korrosionsrate beeinflussen, bestimmen direkt das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Korrosion.
Definition und Einflussfaktoren der Korrosionsrate
Die Korrosionsrate ist die Masse oder Oberfläche, die ein Metall in einer Zeiteinheit korrodiert, in der Regel in Millimetern pro Jahr (mm/Jahr) ausgedrückt. Die Korrosionsrate wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, von denen die wichtigsten die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Zusammensetzung der Lösung und die Eigenschaften des Metalls sind. Temperatur und Feuchtigkeit sind in Experimenten häufig verwendete Steuerparameter, die einen erheblichen Einfluss auf den Korrosionsprozess haben.
Auswirkungen der Temperatur auf die Korrosionsrate
Der Einfluss der Temperatur auf die Korrosionsrate kann durch eine Beschleunigung der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit erklärt werden. Gemäß der Alanius-Gleichung erhöht eine erhöhte Temperatur die Kollisionsfrequenz zwischen den Molekülen und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit. Spezifisch bei Korrosionsreaktionen führt eine erhöhte Temperatur zu einer beschleunigten Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der Metalloberfläche und dem Korrosionsmedium, was die Korrosionsrate erhöht. Studien haben gezeigt, dass die Beschädigungsgeschwindigkeit der Metalloberflächenoxidfolie bei hohen Temperaturen erhöht wird, was zu einer verschärften Korrosion führt.
Beispielsweise erhöht sich die Korrosionsrate von Stahl, wenn die Temperatur von Normaltemperatur auf 60 ° C ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Oxidfolie der Stahloberfläche leichter zerstört, mehr Metalloberflächen ausgesetzt und die Kontaktfläche mit dem Korrosionsmedium erhöht. Zu hohe Temperaturen können auch zu Veränderungen des Metallgitters führen, was den Korrosionsprozess weiter beschleunigt. Darüber hinaus kann eine erhöhte Temperatur eine Veränderung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff in der Lösung auslösen, was auch die Korrosionsrate beeinflussen kann.
Die Temperatur erhöht jedoch nicht unbegrenzt die Korrosionsrate. Nach einer bestimmten Temperatur können einige Metalle degradiert oder schädliche Oxidschichten erzeugen, die eine Schutzfolie bilden können, die die Korrosionsreaktion unterdrückt. Der Einfluss der Temperatur auf die Korrosionsgeschwindigkeit zeigt sich daher nicht linear.
Auswirkungen der Feuchtigkeit auf die Korrosionsrate
Die Luftfeuchtigkeit bezieht sich auf den Wasserdampfgehalt in der Luft und wird in der Regel als Prozentsatz der relativen Luftfeuchtigkeit ausgedrückt. Die Auswirkungen der Feuchtigkeit auf die Korrosion sind besonders wichtig, insbesondere in feuchtigen Umgebungen, in denen die Korrosionsreaktion oft eng mit dem Vorhandensein von Wasser verbunden ist. Bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit kondensiert der Wasserdampf in der Luft leicht zu Wassertropfen, die eine Elektrolytlösung bilden, die die notwendigen Bedingungen für die Korrosion von Metallen bietet. Je höher die Feuchtigkeit, desto dicker die Wasserfolie auf der Metalloberfläche ist, desto schneller ist die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktion.
Bei hoher Luftfeuchtigkeit bildet die Oberfläche des Metalls leichter eine Elektrolytlösung, die den elektrochemischen Korrosionsprozess fördert. Zum Beispiel ist Stahl unter hoher Luftfeuchtigkeit anfällig für Korrosion, d. h. die lokale Korrosionsgeschwindigkeit der Metalloberfläche ist weit höher als die Gesamtkorrosionsgeschwindigkeit, was zu einem Grubenloch auf der Oberfläche führt. Die hohe Feuchtigkeit liefert nicht nur das für die Korrosion erforderliche Medium, sondern verstärkt auch die elektrochemische Korrosionsreaktion durch die Auflösung von Sauerstoff.
Der Einfluss der Feuchtigkeit hängt jedoch auch von der Art des Metalls und anderen Faktoren in der Umgebung ab. Einige Metalle zeigen beispielsweise eine hohe Korrosionsbeständigkeit in trockenen Umgebungen, während sie in feuchten Umgebungen leicht korrosieren. Daher muss bei Korrosionsexperimenten die Synergie zwischen Feuchtigkeit und Temperatur gleichzeitig berücksichtigt werden, um die Korrosionsrate genau vorherzusagen.
Temperatur und Feuchtigkeit Synergie
In praktischen Anwendungen sind Temperatur und Feuchtigkeit in der Regel gleichzeitig vorhanden und wirken im Korrosionsprozess zusammen. Studien haben gezeigt, dass die Korrosionsraten unter der doppelten Wirkung von höheren Temperaturen und Feuchtigkeit exponentiell zunehmen. Beispielsweise ist die Korrosionsrate bei einer Temperatur von 50 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 80 % mehrmals höher als bei normalen Temperaturen. Diese Synergie ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Temperatur die chemische Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, während die Feuchtigkeit die Anwesenheit von Feuchtigkeit erhöht und die für die Korrosion erforderliche Elektrolytlösung liefert.
Unter Umgebungsbedingungen, wie z. B. bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit, erhöht sich der Grad der Schäden an Standard-Korrosionsversuchen erheblich. Zu diesem Zeitpunkt kann die Oxidfolie der Metalloberfläche das Metall nicht effektiv vor Korrosion schützen, und die Kondensation von Wasserdampf kann die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Metall und dem Oxidationsmittel verschärfen. Daher ist das Verständnis der Synergie von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der praktischen Technik von großer Bedeutung für die Entwicklung von Korrosionsschutzmaßnahmen.