Willkommen zur Unterrichtseinheit am 08.11.2008 mit den Themen Korrosion und Korrosionsschutz

1. Willkommen zur Unterrichtseinheit am 08.11.2008 mit den ThemenKorrosion und Korrosionsschutz Lernfeld 1 / Werkstoffe in der Fahrzeugtechnik

2. Gliederung und Ablaufplan I 1 Korrosion 1.1 Was ist Korrosion? � Begriffsdefinitionen 1.2 Ursachen von Korrosion 1.3 chemische Korrosion 1.4 elektrochemische Korrosion 1.5 Korrosionsarten im Kfz-Bereich 1.5.1 gleichm��ige Fl�chenkorrosion 1.5.2 Mulden- und Lochkorrosion 1.5.3 Spaltkorrosion 1.5.4 Kontaktkorrosion 1.5.5 Spannungsriss- und Schwingungsrisskorrosion 1.5.6 Interkristalline- und transkristalline Korrosion 1.6 Folgen von Korrosion im Kfz-Bereich

3. Gliederung und Ablaufplan II 2 Korrosionsschutz 2.1 Werkstoffauswahl 2.2 Korrosionsschutzgerechtes Konstruieren 2.3 metallische �berz�ge 2.3.1 Feuerverzinken / Wirkprinzip 2.3.2 Feuerverzinken / Begr�ndung 2.4 Vorbereitung der Oberfl�che 2.5 weitere Schutzma�nahmen im PKW-Bereich durch Beschichtungen 3 Literatur und Quellen

4. 1 Korrosion Fragen zur Einleitung: a) Was verstehen Sie unter Korrosion? Versuchen Sie eine Definition zu formulieren. b) Wo haben Sie in ihrem Berufsalltag im Kfz- Bereich mit Korrosion zu tun?

5. 1 Korrosion / Beispiele im Karosseriebereich I

6. 1 Korrosion / Beispiele im Karosseriebereich II

7. 1 Korrosion / Beispiele im Karosseriebereich III

8. 1 Korrosion / Beispiele im Karosseriebereich IV

9. 1.1 Was ist Korrosion? � Begriffsdefinitionen Korrosion ist die an der Oberfl�che beginnende Zersetzung fester Werkstoffe aufgrund chemischer oder elektrochemischer Vorg�nge, die letztlich zur v�lligen Zerst�rung des Werkst�ckes f�hren. Quelle: Fachkunde Metall, 54 Aufl., 2003, Europa Lehrmittel b) Das Wort Korrosion kommt vom Lateinischen corrodere = zerfressen und beschreibt die chemische oder elektrochemische Umsetzung von Metallen mit einem Umgebungsmedium (Wasser, Atmosph�re, S�uren usw.) zu Verbindungen. Korrosionsv�rg�nge laufen meist an der Oberfl�che eines Werkst�cks oder Bauteils ab und k�nnen dessen Funktion [�] beeintr�chtigen. Quelle: Seidel (2005): Wekstofftechnik, Hanser Verlag

10. 1.2 Ursachen von Korrosion Metalle kommen in der Natur nicht in chemisch reiner Form, sondern als chemische Verbindungen in Erzen vor Bei der Isolierung der Metalle durch Verh�ttungsprozesse werden die Begleitelemente unter Energiezufuhr abgespalten, w�hrend der metallische Werkstoff mit Energie angereichert wird Auf diese Energieanreicherung reagiert das Metall mit der Bestrebung, diese aufgezwungene Energie durch das Eingehen von Verbindungen wieder abzubauen (Vgl. vorgespannte Feder) Die am h�ufigsten eingegangene Verbindung ist die mit (Luft-) Sauerstoff Es bildet sich eine Oxidschicht an der Oberfl�che, der Korrosionsvorgang des Metalls hat begonnen

11. 1.3 chemische Korrosion Das Metall reagiert mit elektrisch nichtleitenden Medien (z.B. trockene Gase, Schmelzen) Der Werkstoff verbindet sich direkt mit dem Sauerstoff der ihn umgebenden Luft (z.B. beim Gasschmelzschwei�en) Es ist keine Feuchtigkeit notwendig Beispiele: Verzunderung Hochtemperatur- korrosion

12. 1.4 elektrochemische Korrosion I Tritt auf, wenn zwei verschiedene Metalle und ein Elektrolyt (z.B. Atmosph�re, Wasser, S�ure, Lauge) zusammentreffen Als Elektrolyt gen�gt ein hauchd�nner Feuchtigkeitsfilm (z.B. durch Handschwei�flecken) oder Wasserreste in einem Spalt Die Korrosionsvorg�nge laufen meist auf der Metalloberfl�che ab Die Korrosionsvorg�nge beruhen auf die elektrische Leitf�higkeit der Elektrolyten die Wirkung des Luftsauerstoffs im Verbindung mit Wasser auf dem Metallwerkstoff

13. Ablauf: Kommen metallische Oberfl�chen mit einem Elektrolyten in Ber�hrung, findet eine chemische Reaktion statt. Auf der Metalloberfl�che bilden sich Bereiche aus, in denen Metallionen aus der Oberfl�che herausgel�st werden und in L�sung gehen. Diesen Werkstoffbereich nennt man Anode (= Gebiet mit Elektronenmangel). Gleichzeitig bilden sich Gebiete, die als Kathode wirken (= Gebiet mit Elektronen�berschuss). Durch den Kontakt mit dem Elektrolyten und dem vorhandenen Potential-unterschied erfolgt zwischen Anode und Kathode ein Elektronenaustausch bei gleichzeitigem weiteren Herausl�sen von Metallionen. Die Anode wird dadurch zersetzt (korrodiert). Es hat sich ein Stromkreis gebildet. Der Korrosionsvorgang braucht Sauerstoff, ohne diesen kommt der Korrosions-vorgang zum Stillstand. Diese Korrosion beruht auf denselben Vorg�ngen, die in einem galvanischen Element ablaufen . Dort l�st sich das unedlere der beiden Metalle auf.

14. 1.4 elektrochemische Korrosion III

15. 1.4 elektrochemische Korrosion IV

16. Die Korrosion (Zersetzung) des unedleren Metalls in einem galvanischen Element ist aufgrund des Spannungsunterschieds erkl�rbar. Galvanische Elemente k�nnen an vielen Stellen vorliegen. Man nennt diese Bereiche Korrosionselemente. Dazu sind i.d.R. zwei unterschiedliche Metalle (Elektroden) und etwas Fl�ssigkeit (Elektrolyt) erforderlich. Warum korrodiert jedoch auch ein einzelner Metallwerkstoff bei Kontakt mit einem Elektrolyten? Auch innerhalb der metallischen Werkstoffe existieren Spannungs- bzw. Potenzialunterschiede, die f�r den Korrosionsvorgang erforderlich sind. Entsprechende kleine galvanische Elemente k�nnen beispielsweise zwischen K�rnern und Korngrenzen vorliegen. Auch die unterschiedlichen Gef�gebestandteile in Legierungen k�nnen Korrosionselemente bilden.

17. 1.5 Korrosionsarten 1.5.1 gleichm��ige Fl�chenkorrosion Die Oberfl�che wird ann�hernd gleichm��ig vom Korrosionsangriff abgetragen Kann durch entsprechende Dimensionierung der Bauteile ausgeglichen werden bewirkt Ver�nderung der Oberfl�cheng�te und �nderung der Auflagefl�che

18. 1.5 Korrosionsarten 1.5.2 Mulden- und Lochkorrosion Ist ein �rtlicher Korrosionsvorgang, der zu krater- oder nadelstich-f�rmigen Vertiefungen f�hrt f�hrt zu sp�terer lokaler Durchl�cherung des Bauteils entsteht bei unvollst�ndiger oder besch�digter Oberfl�che

19. 1.5 Korrosionsarten 1.5.3 Spaltkorrosion wird durch behinderte Luftzufuhr beg�nstigt bedingt durch unterschiedliche Sauerstoffkonzentration im Elektrolyt

20. 1.5 Korrosionsarten 1.5.4 Kontaktkorrosion Tritt auf, wenn zwei Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen direkt aneinander grenzen und Feuchtigkeit als Elektrolyt vorhanden ist Das unedlere der beiden Metalle wird durch fortschreitende Aufl�sung zerst�rt

21. 1.5 Korrosionsarten 1.5.5 Spannungsrisskorrosion und Schwingungsrisskorrosion Entsteht beim Zusammenwirken von elektrochemischem Angriff und zus�tzlicher Zugbelastung des Bauteils ist von der Oberfl�che aus kaum sichtbar (gef�hrlich, da schwer feststellbar durch Sichtpr�fung) f�hrt zu pl�tzlicher Rissbildung kann interkristalllin oder transkritallin verlaufen

22. 1.5 Korrosionsarten 1.5.6 Interkristalline- und Transkristalline Korrosion Interkristalline Korrosion liegt vor, wenn die Zerst�rung entlang der Korngrenzen verl�uft Transkristalline Korrosion liegt vor, wenn die Zerst�rung durch die K�rner verl�uft

23. Arbeitsauftrag I: Bitte beantworten sie folgende Fragen schriftlich: Welche Folgen hat Korrosion an Kraftfahrzeugen? Welche Korrosionsschutzma�nahmen werden werksseitig in der modernen PKW-Produktion angewendet? Welche Ma�nahmen k�nnen im Werkstattalltag getroffen werden, um Korrosionssch�den vorzubeugen und diese zu vermeiden? Was muss gew�hrleistet sein, damit werkseitige Korrosionsschutz-Garantien Bestand haben?

24. 1.6 Folgen von Korrosion im Kfz-Bereich Zun�chst nur Sch�nheitsfehler und keine Funktionsbeeintr�chtigung Sicherheitsrisiko durch Korrosion an tragenden Teilen (z.B. Radaufh�ngung, Innenschweller, L�ngstr�ger, etc.) Reparatur n�tig (Kostenfaktor f�r Hersteller und/oder Kunde) Wertminderung Imageschaden f�r den Kunden und den Hersteller, Stichwort �Rostlaube� ��

25. 2 Korrosionsschutz Ziel des Korrosionsschutzes ist es, Korrosionssch�den zu vermeiden. Die Geschwindigkeit des Korrosionsvorgangs muss so verlangsamt werden, dass die geforderte Gebrauchsdauer z.B. des PKWs oder einer Maschine sichergestellt ist. Korrosionsschutz kann schon in der Entwurf- und Konstruktions-phase durch Auswahl problemloser Werkstoffpaarungen und geeigneter konstruktiver Ma�nahmen erfolgen. Der �berzug der Werkst�cks von au�en bietet weitere Schutzm�glichkeiten. Der Zugriff korrodierender Medien soll hierdurch verhindert werden. Dabei l�sst sich des Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes nutzen.

26. 2.1 Werkstoffauswahl Ziel ist die Auswahl eines Werkstoffs, der bei den zu erwartenden Umgebungsbedingungen keine Korrosion erleidet. Dazu ist es erforderlich, das Korrosionsverhalten der Werkstoffe gegen�ber den unterschiedlichen Wirkmedien zu kennen.

27. 2.2 korrosionsschutzgerechtes Konstruieren I Kontaktkorrosionsstellen vermeiden (gleiche Werkstoffe, Isolierzwischenschichten) Spalte vermeiden (z.B. Kleben statt Schrauben) Komplizierte Blech�berlappungen vermeiden Bauteile entsprechend der zu erwartenden mechanischen Beanspruchung dimensionieren keine scharfkantigen Kerben ober schroffe Querschnitts�berg�nge Kantenrundungen (Kantenflucht) ggf. geschlossene Profile verwenden Optimierung der Durchl�ftung von Hohlr�umen Verklebungen, Versiegelungen Gute Zug�nglichkeit zum Aufbringen von Schutzma�nahmen Hohe Oberfl�cheng�te schaffen

28. 2.2 korrosionsschutzgerechtes Konstruieren II

29. 2.3 metallische �berz�ge einen guten Schutz gegen Korrosion an Stahlbauteilen und Blechen im Karosseriebereich bietet eine Zinkschicht die Zinkschicht wird durch Tauchen des Bauteils in ein Zink-Schmelzbad aufgebracht (Vorgang des Feuerverzinkens)

30. 2.3 metallische �berz�ge 2.3.1 Feuerverzinken / Wirkprinzip Zink bewirkt einen kathodischen Korrosionsschutz Die durch die Besch�digung bis zum Stahlkern freigelegte Zinkschicht bildet zusammen mit dem Elektrolyt ein galvanisches Element Zink ist gegen�ber dem Stahl ein unedleres Metall, es bildet die Opferanode (es besteht ein Spannungspotenzial) Es opfert sich durch Eigenkorrosion f�r den Stahl und sch�tzt die besch�digte Stelle gegen Korrosion

31. 2.3 metallische �berz�ge 2.3.1 Feuerverzinken / Begr�ndung Die Zinkrostbildung ist ein Schutzvorgang Die Zinkrostbildung dauert ca. 10 � 25 mal l�nger als die Stahlrostbildung Das Zinkkorrosionsprodukt ist ca. zehnmal kleiner als das Stahlrostprodukt Es kommt daher zu einer wesentlich verz�gerten und dezenteren Rostunterwanderung der PKW-Lackschicht (kein schnelles und unsch�nes Aufplatzen des Lacks)

32. 2.4 Vorbereitung der Oberfl�che Erst Reinigen und Entfetten Entrosten und Entzundern chemisch (Beizen) mechanisch (Schleifen, Strahlen) thermisch (Flammstrahlen) Dann Beschichten Beschichten ist das Aufbringen von Beschichtungsstoffen in fl�ssiger, pulvriger oder past�ser Form auf die Metallober-fl�che. Dies erfolg meist mehrschichtig (Grundbeschichtung bzw. Grundierung, Zwischenbeschichtung, Deckbeschichtung)

33. 2.5 weitere Schutzma�nahmen im PKW-Bereich durch Beschichtungen Verkupferung Verchromung Pulverbeschichtung Gummierungen Im Kfz-Werkstattbereich: Punktschwei�grundierung Konservierungsauftr�ge Anstriche Lackierungen

34. Arbeitsauftrag II: Bitte beantworten sie folgende Fragen schriftlich: Eine Motorhaube besteht aus einer Au�enhaut aus Aluminium und einen Rahmen aus Stahlblech. Welches Korrosionsart kann auftreten? Wie kann Korrosion hier vorgebeugt werden? Es wird der Teilersatz einer hinteren PKW-Seitenwand vorgenommen. Welche Korrosionsschutzma�nahmen k�nnen vom Monteur im Einzelnen durchgef�hrt werden? Wann haben diese ggf. zu geschehen? Ein Kunde m�chte sein Fahrzeug professionell in der Werkstatt f�r den Wintereinsatz vorbereiten lassen, ein Anderer m�chte wissen, was hinsichtlich einer Stilllegung f�r die Wintermonate zu beachten ist. Welche Arbeiten sind in beiden F�llen hinsichtlich der Vermeidung von Korrosion durchzuf�hren? Was kann man einem Kunden antworten, der fragt, was eigentlich unter Korrosion zu verstehen ist und warum diese an seinem sch�nen Wagen entsteht?

35. Arbeitsauftrag II:

36. Arbeitsauftrag II:

37. Arbeitsauftrag II:

38. Arbeitsauftrag II:

39. Literatur und Quellen Seidel, Wolfgang: Werkstofftechnik / Werkstoffe � Eigenschaften � Pr�fung � Anwendung. 6. Aufl., Hanser Verlag, M�nchen, Wien 2005 Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, 28. Aufl., Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 2004 Lausen, Gerd u.a.: Fahrzeugtechnik � Karosserie und Fahrzeugbau Technologie, Fachstufe. Verlag Handwerk und technik, Hamburg 1999 Alle Abbildungen stammen aus dem Buch Fachkunde Metall