Korrosionsschutz mit Fremdspannung?
Hallo, ich habe mir die Erklärung zum Korrosionsschutz mit Fremdspannung mehrmals durchgelesen, kann diesen aber nicht verstehen. Falls ich mich nicht irre, geschieht das mit Gleichspannung wie bei der Elektrolyse, sodass das zu schützende Metall die Elektronen bekommt und diese dann an den Boden weiterleitet.
Wie ist es mit Fremdspannung? Bitte um eine verständliche Erklärung (Niveau 11. Klasse)
2 Antworten
Eigentlich heißt das ganze "kathodischer Korrosionsschutz"
Um zu verstehen wie das funktioniert, muss man erst erkennen warum ein Metall korrodiert. Immer dann, wenn zwei verschiedene Metalle leitend miteinander verbunden sind und gemeinsam in einem Elektrolyten hängen fließt Strom. denn die beiden Metalle und der Elektrolyt (z.B. Wasser) bilden eine Batterie. Durch die metallische Verbindung fließen jetzt Elektronen vom unedleren zum edleren Metall und lassen Ionen zurück. Diese lösen sich, getrieben durch die elektrischen Kräfte, aus ihrem Verbund und gehen in den Elektrolyten über und wandern zum edleren Metall, was den Stromkreis schleißt. Dabei wird Material vom unedleren zum edleren Metall transportiert. Das unedlere Metall korrodiert!
Das lässt sich dadurch verhindern, dass eine Opferanode ins Spiel gebracht wird. Die ist dann noch unedler (z.B: aus Magnesium) und übernimmt den Job als "Ionenquelle". Leider verzehrt sich die Opferanode dabei und ist irgendwann aufgebraucht. Eine zweite Möglichkeit ist es ein sehr edles Metall in den Elektrolyten zu geben (z.B. Wolfram) und dieses über einen Gleichstromquelle mit dem zu schützenden Metall zu verbinden. Die Gleichstromquelle wird so gepolt, dass es den positiv geladenen Ionen nicht möglich ist, in den Elektrolyten überzugehen. Das heißt dann Fremdstromanode, weil diese erst durch den Fremdstrom positiv gegenüber den anderen Metallen wird. Dabei wandern keine Ionen der Fremdstromanode zu den anderen Metallen, sondern aus der Fremdstromanode treten Elektronen aus, die die Moleküle des Elektrolyten ionisieren und in Folge dissoziieren. Dabei entstehen die positiven Ionen, die dann auf Wanderschaft gehen. Der Strom der kathodischen Korrosionsschutzeinrichtung (oder kurz Fremdstromanode) stellt sich selbsttätig über die benetzten Flächen der Metalle ein, so dass genau genügend Ionen entstehen um z.B. den Stahlbehälter zu schützen.
Das hast du genau richtig erfasst. Die Gleichspannung ist die Fremdspannung, denn mit Wechselspannung kann man keinen Korrosionsschutz machen und wenn die Fremdstromanode edel genug ist, oxidiert diese nicht. In einem Wassertank wird dann ein weniges Wasserstoff und Sauerstoff gebildet, die aufgrund der geringen Mengen im Wasser gelöst werden und ggf. wieder rekombinieren.
Vielen Dank für die Antwort. Könntest du mir bitte sagen, ob Rosten ohne Lokalelement auch stattfindet? In der Schule haben wir die Sauerstoffkorrosion immer unter Beteiligung von einem zweiten Metall gemacht (das unedlere Metall wird oxidiert und rostet), aber was passiert, wenn ich reines Eisen habe, was in keinerlei Kontakt mit anderen Metallen steht? Da findet ja auch Rosten statt. Nehmen dann die Sauerstoffmoleküle die Elektronen direkt am Eisen auf (die Elektronen können ja in dem Fall nicht vom edleren Metall angezogen werden)?
Eisen, das an der Luft im Beisein von Wasser rostet, kann nicht mit einer Opferanode geschützt werden. Du hast das schon richtig erkannt, wenn auf dem Eisen ein Wasserfilm liegt, bzw. mikroskopisch kleine Wassertropfen, dann löst sich der Sauerstoff erst im Wasser und wird dabei zu einem Ion, der dann mit den Eisenatomen reagiert. Da Eisenoxid keine geschlossene Schicht bildet, kann der Sauerstoff darunter gelangen und in der Tiefe weiteren Schaden anrichten. Ist das Eisen mit ausreichend viel Chrom legiert und hat gleichzeitig nicht zu viel Kohlenstoff, reagiert der Sauerstoff vorzugsweise mit den Chrom, der eine geringere Ionisierungsenergie als Eisen hat. Das dabei entstehende Chromdioxid bildet eine geschlossenen Schicht, die das Eindringen des Sauerstoffs in die tiefe des Werkstücks verhindert. Die Korrosion ist sozusagen ausgesperrt.
Ich kenne mich nicht wirklich aus. Aber Korrosion (Rosten) besteht darin, dass das Metall sich mit Sauerstoff verbindet. Sauerstoff hat die Tendenz, Elektronen zu sich zu ziehen, während metalle gerne Elektronen abgeben. Deshalb bindet der Sauerstoff gerne ans Metall. Wenn das Metall aber negativ geladen ist, bindet der Sauerstoff weniger.
Vielen Dank für deine Antwort, aber beschreibst du im zweiten Teil nicht den Schutz durch Gleichspannung anstatt Fremdspannung?
Nach einer langen Recherche bin ich darauf gekommen (kannst mich sehr gern korrigieren, bin mir nicht sicher, ob das Ergebnis richtig ist) dass diese sich unterscheiden. Bei Fremdstrom wird eine Anode in die Nähe des zu schützenden Metall eingebracht und Spannung angeschlossen, die den Minuspol positiv und den Pluspol negativ lädt und somit die Korrosion umkehrt. Dadurch wird die Ionenwanderung unterbunden.
Bei Gleichspannung funktioniert das wie bei der Elektrolyse: Man bringt eine Kathode aus einem edleren als das zu schützendem Metall an. Indem man eine Gleichspannung anlegt, wird die Angebrachte Kathode zur Anode (bleibt aber Pluspol) und die Anode aus dem zu schützenden, unedleren Metall zur Kathode. So wird das edlere Metall oxidiert und die Elektronen wandern vom Plus zum Minuspol und werden von Kathode aufgenommen. Dadurch verschwindet mit der Zeit das edlere Metall.