AT128344B - Verfahren zur Erhöhung des Korrosionswiderstandes von Stahl und Gußeisen. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Erhöhung des Korrosionswiderstandes von Stahl und Gusseisen. 



   Gegenstand der Erfindung bildet die beschleunigte Herstellung von korrosionshemmenden Deckschichten auf Gusseisen und Stählen, die ausser Kupfer als weitere Bestandteile Aluminium, Silizium, Nickel oder Zinn, u. zw. in geringen Mengen, enthalten. 



   Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die stark verringerte Rostneigung von Stählen mit obigen Legierungsbestandteilen auf einer während des Korrosionsvorganges eintretenden Bildung von Schutzschichten günstiger physikalischer Eigenschaften bezüglich ihrer wasserabsperrenden Wirkung beruht. Der nach Anreicherung der Korrosionsprodukte auf der Stahloberfläche durch Alterung zur Erhärtung und damit zur Schutzwirkung führende Vorgang beginnt im allgemeinen nach etwa 1 bis 1 Monaten Korrosionsdauer wirksam zu werden. Nach dieser Zeit erst tritt ein merklicher Rückgang des Korrosionsgrades ein. 



   Versuche des Erfinders haben nun ergeben, dass die zur Bildung der erwähnten Deckschichten erforderliche Zeit abgekürzt und damit von vornherein der Eisenverlust wesentlich   eingeschränkt   werden kann. Schliesst man z. B. einen gekupferten Stahl (Kupfergehalt oberhalb   0-1 %)   in einem korrodierenden Mittel (neutrale Salzlösung) mit einem in dieselbe Lösung tauchenden edleren Metall, z. B.

   Kupfer, durch einen ausserhalb der Lösung geführten metallischen Leiter kurz, so findet infolge des Bestrebens der in die Lösung übertretenden zweiwertigen Eisenionen, sich mit den Wasserstoffionen des Korrosionsmittels ins Gleichgewicht zu setzen, einerseits die Entladung von Wasserstoffionen am edleren Metall statt, anderseits führt die elektromotorische Betätigung des im Korrosionsmittel gelösten Sauerstoffes unter   WasserbiMung   zu einer Depolarisation des edleren Metalls. Der durch den Ablauf dieses Vorganges aufrechterhaltene Sauerstoffpolarisationsstrom fliesst durch den äusseren Schliessungsdraht vom edleren Metall zum Eisen und bedingt durch anodische Polarisation erhöhtes Inlösunggehen des Stahles und seiner Legierungsbestandteile.

   Das in der durch Korrosion zerstörten Menge Eisen enthaltene Kupfer geht unter Oxydation zu Kupferionen vorübergehend in Lösung, wird aber durch die Gegenwart metallisehen Eisens sofort auf die Oberfläche des Stahles als zusammenhängender Überzug metallischen Kupfers rückgefällt. Der Kupferüberzug ist einer schwachen galvanischen Verkupferung vergleichbar ; er weist wie sie Poren und Undichtigkeiten auf. 



   Durch den Sauerstoff-Polarisationsstrom tritt eine starke Verarmung des Korrosionsmittels an Sauerstoff ein mit der Wirkung, dass die durch die anodische Polarisation verstärkt auftretenden zweiwertigen Eisenionen nicht genügend Sauerstoff zur vollständigen Oxydation zu braunem Rost vorfinden. Statt seiner tritt grüner Ferro-Ferrit auf, der gelartig, zäh und fest auf der Oberfläche haftet. 



  Der zu einer Erhärtung führende Alterungsprozess dieses aus Ferro-Ferrit bestehenden Gels führt zu einer Abdichtung der in der Kupferhaut bestehenden Poren, die aber unvollkommen ist, da der durch Diffusion von der Oberfläche des Korrosionsmittels her nachgelieferte Sauerstoff allmählich die erhärtende Ferro-Ferrit-Schicht durch Oxydation zerstört. Die Anwesenheit jedoch solcher Metalle als Legierungbestandteile im Stahl, deren Ionen in ihrer höchsten Wertigkeitsstufe während des Korrosionsvorganges in Lösung übertreten und die zur Bildung von Hydroxyden gelartiger Konsistens befähigt sind, machen die zerstörende Wirkung des Sauerstoffs unschädlich. Solche Metalle sind vorzugsweise Silizium, Nickel und Zinn.

   Zinn tritt zwar als zweiwertiges Zinnion in Lösung, doch weist sein durch weitere Oxydation 

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   entstehendes vierwertiges Hydroxyd in hohem Masse günstige Wasser absperrende Eigenschaften auf, da es während des Altenmgsprozesses in harten, undurchlässigen Zinnstein übergeht. 



  Die Bildung der Deckschichten auf der Oberfläche, z. B. eines Kupfer-Aluminium-Stahles, nach Kurzschliessen mit einem edleren Metall verläuft folgendermassen : 1. Verstärktes Inlösunggehen von Eisen und der in ihm enthaltenen Legierungsbestandteile ; 2. Rüekfällung des Kupfers als zusammenhängender Überzug ; 3. Anreicherung der voluminösen, zähen Hydroxyde des zweiwertigen Eisens und des neben Kupfer noch vorhandenen Legierungsmetalls, z. B. Aluminium ; 4. Absperrung der Stahloberfläche mit beginnender Alterung der Hydroxyde. 



  Die Hydroxyde werden kurz nach ihrer Anreicherung plastisch, erhärten unter Anpassen an alle Unebenheiten der Oberfläche und sperren dem Korrosionsmittel völlig den Zutritt zu der Stahloberfläche. 



  Die Deckschichten, d. h. Kupfer als zusammenhängender metallischer Überzug und das aus FerroFerrit und beispielsweise Aluminium-Hydroxyd bestehende Gemenge sind durch analytische Methoden nachgewiesen und isoliert erhalten worden. Durch das Vorhandensein noch anderer Legierungsbestandteile, wie z. B. Chrom, Wolfram, Titan usw., werden die Verhältnisse nicht wesentlich geändert. 



  Auf der mit der Rückfällung des Kupfers erfolgenden Ausbildung eines zusammenhängenden, die Oberfläche gleichmässig überziehenden Kupferüberzuges beruht der Vorteil des Verfahrens vorheriger Polarisation gegenüber der in fein verteilter Form als Schwammkupfer erfolgenden Fällung der Kupferionen während der Korrosion eines nicht polarisierten Stahles. Denn der zur Bildung hinreichende Sperrwirkung gewährleistender Hydroxyde erforderliche Eisenverlust ist zur Verkittung des fein verteilten, porösen Schwammkupfers höher als es zur Abdeckung der in sich geschlossenen nur mit vereinzelten Poren durchsetzten zusammenhängenden Kupferhaut der Fall ist. 



  Ein wesentlicher, sich gleichfalls in einer Herabsetzung des Eisenverlustes auswirkender Vorteil der anodischen Polarisation durch Kurzschliessen des Stahles mit einem edleren Metall besteht ferner darin, dass die Ausbildung der Deckschichten schon in sehr kurzer Zeit-etwa 24 Stunden-so weit erfolgt ist, dass merkliche Schutzwirkung eintritt, während ohne vorherige Polarisation rostender Stahl unter erheblichem Eisenverlust einen Rückgang des Korrosionsgrades erst nach 1-1 Monaten erkennen lässt. 



  Die in dem kurz geschlossenen Element : Stahl-Korrosionsmittel-edleres Metall auftretende Stromstärke ist durch Wahl geeigneter Abmessungen des als Kathode dienenden Metalls zweckmässig so einzustellen, dass ein Strom von 0-5 bis 1'0 x 10-4 Amp/cm2 fliesst. Aufprägen einer elektromotorischen Kraft, deren Höhe unterhalb der Zersetzungsspannung des Korrosionsmittels gehalten werden müsste, ist natürlich möglich, aber nicht empfehlenswert. Abgesehen davon, dass sie den Prozess der Deckschichtenbildung nicht fördert, erfordert ihre Anwendung umständliche Apparaturen und Kosten. 



  Aus den in der Figur in graphischer Darstellung wiedergegebenen Versuchsergebnissen des Korrosionsverlaufes eines Kupfer-Aluminium-Stahles mit Gehalten von 0'33 % C, 0-02% si, 039% DIn, 0-037% P, 0-051% S, 0'25% Cu, 0'18% AI in künstlichem Seewasser ohne vorangegangene Polarisation (gestrichelte Linie) und nach Polarisation (volle Linie) ist die durch das Verfahren bedingte erhöhte Schutzwirkung der Deckschichten ersichtlich. Auf der Abszisse ist die Korrosionsdauer in Tagen und auf der Ordinate die Gewichtsabnahme in Milligrammquadratzentimeter angegeben. Während der unpolarisierte Stahl bis zur Ausbildung der Deckschichten l-1 Monate bei einem Gewichtsverlust von 0-182 g/cm2 benötigt, erreicht sein Betrag nach vorhergehender Polarisation bei gleich langer Dauer des Versuches nur 0-07 y/ct.

   Das Verhältnis des Korrosionsgrades beider Stähle ist'l : 0-38 (Stahl ohne vorhergegangene Polarisation = 1 gesetzt), d. h. der aluminiumhaltige gekupferte Stahl hat einen um fast 75% geringeren Eisenverlust erlitten.   
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 der Korrosion des an und für sich schon stark verringerte Neigung zum Rosten zeigenden KupferAluminium-Stahles. 



   Das Verfahren ist nicht allein auf Kupfer-Aluminium-Stahl beschränkt, sondern jeder Stahl, der ausser Kupfer als Legierungsbestandteile Metalle enthält, deren Ionen durch Wechselwirkung mit den Hydroxylionen des Korrosionsmittels zur Bildung von Verbindungen gelartiger Konsistenz führt, scheidet während der durch den Sauerstoff-Polarisations-Strom bedingten anodischen Polarisation Kupfer in zusammenhängender Form aus, und die gelartigen Korrosionsprodukte der Legierungsbestandteile führen durch die Entstehung eines erhärtenden und das Korrosionsmittel vor dem Zutritt zu der Stahl-   oberfläche   absperrenden Überzuges zu einer erhöhten Lebensdauer des Stahles. 

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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erhöhung des Korrosionswiderstandes von Stahl und Gusseisen, der bzw. das ausser Kupfer solche Legierungsbestandteile enthält, deren Ionen durch Wechselwirkung mit den Hydroxylionen des Korrosionsmittels zur Bildung von Verbindungen gelartiger Konsistenz führen, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Korrosionsprozesses durch Kurzschliessen des Stahles oder des <Desc/Clms Page number 3> Gusseisens mit einem edleren Metall die Ausfällung des in Lösung gegangenen Kupfers als zusammenhängender Kupferüberzug beschleunigt erfolgt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des edleren Metalls so gewählt werden, dass ein Strom von 0#5 bis 1#0 # 10-4 Amp/cm2 fliessen kann. EMI3.1