Welche Faktoren begünstigen elektrochemische Korrosion?

Elektrochemische Korrosion entsteht, wenn Metalle in Gegenwart von Feuchtigkeit und Luftverunreinigungen reagieren. Dabei wandern Elektronen zwischen verschiedenen Metallbereichen, was zum Materialabbau führt. Besonders problematisch wird dieser Prozess in industriellen Umgebungen, wo korrosive Gase die Reaktion beschleunigen. Die Folge sind Ausfälle von Steuerungssystemen und Elektronik, die zu teuren Produktionsstillständen führen können. Luftfeuchtigkeit, gasförmige Schadstoffe, Temperatur und Materialeigenschaften spielen dabei wichtige Rollen.

Was ist elektrochemische Korrosion und warum ist sie so problematisch?

Elektrochemische Korrosion ist ein chemischer Prozess, bei dem Metalle durch den Fluss von Elektronen in Gegenwart eines Elektrolyten (meist Feuchtigkeit) zerstört werden. Anders als mechanischer Verschleiß läuft dieser Vorgang auf molekularer Ebene ab und ist oft unsichtbar, bis ernsthafte Schäden auftreten.

Der Prozess funktioniert wie eine winzige Batterie: Zwei unterschiedliche Metallbereiche bilden eine Anode und eine Kathode. Feuchtigkeit dient als Elektrolyt, durch den Elektronen wandern. An der Anode löst sich das Metall auf, während an der Kathode eine Reduktionsreaktion stattfindet. Das Tückische daran ist, dass du diesen Vorgang in den frühen Stadien kaum bemerkst.

In industriellen Umgebungen wird das Problem durch gasförmige Schadstoffe massiv verstärkt. Diese Gase lösen sich in der Feuchtigkeitsschicht auf Oberflächen und bilden aggressive Säuren oder Basen. Für Steuerungssysteme und Elektronik bedeutet das konkret: Leiterbahnen werden unterbrochen, Kontakte verlieren ihre Leitfähigkeit, und Bauteile fallen aus.

Die Papierindustrie kennt das Problem gut. Hier entstehen schwefelhaltige Gase, die sich mit Feuchtigkeit zu schwefligen Säuren verbinden. Diese greifen die Steuerungselektronik von Hochleistungs-Papiermaschinen an. Ein ungeplanter Stillstand kostet nicht nur Produktionszeit, sondern kann auch zu Qualitätsproblemen führen, wenn Prozesse unterbrochen werden.

In der Metallurgie und Petrochemie geht es zusätzlich um Sicherheit. Wenn Steuerungssysteme ausfallen, die gefährliche Prozesse überwachen, entstehen Risiken für Mensch und Anlage. Deshalb ist elektrochemische Korrosion hier nicht nur ein wirtschaftliches, sondern auch ein Sicherheitsthema.

Welche Rolle spielt Luftfeuchtigkeit bei elektrochemischer Korrosion?

Luftfeuchtigkeit wirkt als Katalysator für elektrochemische Korrosion, weil sie den notwendigen Elektrolyten bereitstellt. Ohne Feuchtigkeit kann keine elektrochemische Reaktion stattfinden. Sobald sich ein Feuchtigkeitsfilm auf Metalloberflächen bildet, beginnt der Korrosionsprozess.

Die kritische Schwelle liegt bei etwa 60 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit. Ab diesem Wert bildet sich auf vielen Metalloberflächen ein dünner Wasserfilm, der als Elektrolyt dient. Je höher die Feuchtigkeit steigt, desto schneller läuft die Korrosion ab. Bei 80 Prozent oder mehr beschleunigt sich der Prozess deutlich.

Besonders problematisch sind Temperaturschwankungen. Wenn warme, feuchte Luft auf kühlere Oberflächen trifft, kondensiert Wasser. Das kennst du vom beschlagenen Badezimmerspiegel. In Produktionsumgebungen passiert das gleiche an Elektronikgehäusen, Schaltschränken und Leiterplatten. Diese Kondensation schafft ideale Bedingungen für Korrosion.

In der Papierindustrie herrscht oft eine hohe Luftfeuchtigkeit durch die Prozesse selbst. Dampf und feuchte Abluft aus der Produktion erhöhen die relative Feuchtigkeit in Maschinenhallen. Wenn dann noch korrosive Gase dazukommen, hast du eine besonders aggressive Kombination.

Auch in Abwasseranlagen ist Feuchtigkeit ein ständiger Begleiter. Die feuchte Atmosphäre über Klärbecken und in Pumpstationen sorgt dafür, dass Metalloberflächen permanent mit einem Feuchtigkeitsfilm bedeckt sind. In Kombination mit Schwefelwasserstoff aus biologischen Abbauprozessen entsteht ein aggressives Korrosionsumfeld.

Welche gasförmigen Schadstoffe fördern Korrosion in Industrieanlagen?

Schwefelverbindungen gehören zu den häufigsten korrosiven Gasen in industriellen Umgebungen. Schwefeldioxid (SO₂) und Schwefelwasserstoff (H₂S) lösen sich in Feuchtigkeit und bilden schweflige Säure oder Schwefelsäure. Diese Säuren greifen Metalle, besonders Kupfer und Silber in elektronischen Komponenten, massiv an.

In der Papierindustrie entstehen Schwefelverbindungen beim Aufschluss von Holz. Die Kraftzellstoff-Produktion setzt große Mengen an schwefelhaltigen Gasen frei, die sich in der gesamten Produktionshalle verteilen. Steuerungssysteme in der Nähe dieser Prozesse sind besonders gefährdet.

Chlor und Chlorverbindungen sind in der Wasseraufbereitung und in kommunalen Betrieben verbreitet. Chlorgas ist hochreaktiv und bildet mit Feuchtigkeit Salzsäure. Auch in geringen Konzentrationen greift es elektronische Kontakte und Leiterbahnen an. Schwimmbäder, Wasserwerke und Kläranlagen müssen ihre Elektronik besonders schützen.

Stickoxide (NOₓ) entstehen bei Verbrennungsprozessen in der Petrochemie und Metallurgie. Diese Gase bilden mit Wasser Salpetersäure, die ebenfalls korrosiv wirkt. In Raffinerien und bei der Stahlherstellung sind Steuerungssysteme diesen Gasen oft ausgesetzt.

In der Metallurgie kommen zusätzlich Dämpfe von Säuren und Laugen vor, die bei Beiz- und Reinigungsprozessen eingesetzt werden. Flusssäure, Salzsäure und andere aggressive Chemikalien verdampfen teilweise und verteilen sich in der Luft. Selbst geringe Konzentrationen reichen aus, um Korrosion zu verursachen.

Ammoniak (NH₃) ist in landwirtschaftlichen Betrieben und bei der Kühlung verbreitet. Es greift besonders Kupfer an und bildet lösliche Kupferverbindungen. In Rechenzentren mit Ammoniak-Kühlung oder in der Nähe von Tierhaltung müssen Elektronik-Räume gut geschützt werden.

Wie beeinflussen Temperatur und Luftströmung die Korrosionsrate?

Temperatur beeinflusst die Korrosionsgeschwindigkeit direkt, weil chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ablaufen. Als Faustregel verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit etwa alle 10 Grad Celsius Temperaturanstieg. Das bedeutet, dass Korrosion in warmen Umgebungen deutlich schneller voranschreitet als in kühlen.

Problematischer als konstante Temperaturen sind jedoch Temperaturschwankungen. Wenn die Temperatur sinkt, steigt die relative Luftfeuchtigkeit, weil kältere Luft weniger Wasser aufnehmen kann. Bei Unterschreitung des Taupunkts kondensiert Feuchtigkeit auf Oberflächen. Diese Kondensationszyklen beschleunigen Korrosion erheblich.

In Produktionsumgebungen mit wechselnden Betriebszuständen ist das besonders relevant. Wenn Anlagen nachts abkühlen und morgens wieder hochfahren, entstehen Kondensationsphasen. Elektronik in Schaltschränken, die nicht klimatisiert sind, erlebt täglich solche Zyklen.

Luftströmung spielt eine doppelte Rolle. Einerseits kann gute Belüftung helfen, Feuchtigkeit abzutransportieren und Oberflächen trocken zu halten. Andererseits transportiert Luftbewegung auch korrosive Gase zu empfindlichen Komponenten. In schlecht belüfteten Bereichen können sich Schadstoffe anreichern und hohe Konzentrationen erreichen.

In der Petrochemie gibt es oft Bereiche mit stagnierender Luft, wo sich korrosive Gase sammeln. Steuerungssysteme in solchen Zonen sind besonders gefährdet. Gleichzeitig können starke Luftströmungen Schadstoffe aus Produktionsbereichen in vermeintlich geschützte Räume transportieren.

Die Kombination aus hoher Temperatur, hoher Feuchtigkeit und korrosiven Gasen in bewegter Luft schafft die aggressivsten Bedingungen. Solche Umgebungen findest du in Gießereien, Stahlwerken und chemischen Produktionsstätten.

Welche Materialien und Oberflächen sind besonders anfällig für elektrochemische Korrosion?

Kupfer und Silber sind in der Elektronik weit verbreitet und gleichzeitig besonders anfällig für elektrochemische Korrosion. Kupfer wird für Leiterbahnen auf Leiterplatten und für elektrische Kontakte verwendet. Es reagiert schnell mit schwefelhaltigen Gasen und bildet Kupfersulfid, das nicht leitend ist.

Silber findet sich in hochwertigen Kontakten und Schaltern. Es bildet mit Schwefelverbindungen schwarzes Silbersulfid, das die Leitfähigkeit stark reduziert. Du kennst das Phänomen vom angelaufenen Silberbesteck – in der Elektronik führt es zu Kontaktproblemen und Ausfällen.

Elektronische Komponenten und Leiterplatten sind besonders gefährdet, weil hier verschiedene Metalle auf engem Raum zusammenkommen. Lötstellen verbinden Kupferleiterbahnen mit Bauteilanschlüssen aus verschiedenen Materialien. Diese Materialkombinationen bilden galvanische Elemente, die Korrosion beschleunigen.

Wenn zwei unterschiedliche Metalle in Kontakt stehen und ein Elektrolyt vorhanden ist, entsteht eine galvanische Zelle. Das unedlere Metall (mit niedrigerem elektrochemischen Potential) wird zur Anode und korrodiert bevorzugt. Das edlere Metall wird geschützt. Dieser Effekt verstärkt die Korrosion am unedleren Material erheblich.

Aluminium wird häufig für Gehäuse und Kühlkörper verwendet. Es bildet normalerweise eine schützende Oxidschicht, aber chlorhaltige Gase können diese Schicht durchdringen. In Küstennähe oder in Umgebungen mit Chlor ist Aluminium anfälliger als in trockenen Binnenregionen.

Verzinkter Stahl schützt sich durch die Zinkschicht, die als Opferanode wirkt. In aggressiven Umgebungen mit hohen Schadstoffkonzentrationen kann diese Schutzschicht jedoch schnell aufgebraucht sein. Danach korrodiert der darunterliegende Stahl umso schneller.

Besonders kritisch sind feine Strukturen wie dünne Leiterbahnen oder filigrane Kontakte. Hier reicht schon geringer Materialverlust aus, um die Funktion zu beeinträchtigen. In modernen Elektronikkomponenten mit immer kleineren Strukturen wird Korrosionsschutz daher zunehmend wichtiger.

Wie Dolge Systemtechnik bei Korrosion hilft

Wir haben uns auf den Schutz von Elektronik und Steuerungssystemen vor elektrochemischer Korrosion spezialisiert. Unser Ansatz basiert auf chemisorptiver Luftfilterung, die gasförmige Schadstoffe nicht nur physisch zurückhält, sondern chemisch neutralisiert. So entfernen wir korrosive Gase dauerhaft aus der Luft, bevor sie Schaden anrichten können.

Unsere Lösungen umfassen verschiedene Systeme für unterschiedliche Anforderungen:

• Positive Pressurization Unit (PPU): Schützt einzelne Schaltschränke oder Räume durch Überdruck mit gefilterter Luft
• Corrosive Air System (CAS): Umluftanlage zur kontinuierlichen Reinigung der Raumluft
• Deep Bed Scrubber (DBS): Hochleistungssystem für Umgebungen mit hohen Schadstoffkonzentrationen

Bevor wir eine Lösung empfehlen, analysieren wir deine spezifische Situation. Mit dem Corrosion Classification Coupon (CCC) messen wir das tatsächliche Korrosionspotenzial vor Ort. Der OnGuard 4000 überwacht kontinuierlich die Luftqualität nach internationalen Standards (ANSI/ISA-71.04-2013). So wissen wir genau, welche Schadstoffe in welcher Konzentration vorliegen.

Unser Service ist für dich kostenlos und unverbindlich. Wir kommen gerne zu dir vor Ort, um uns einen Überblick über deine individuellen Herausforderungen zu verschaffen. Mit über 25 Jahren Erfahrung und tausenden umgesetzten Projekten in Papierindustrie, Petrochemie, Metallurgie und anderen Branchen entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungen, die wirklich funktionieren.

Kontaktiere uns unter +49 (0) 5651-2273-0 oder per E-Mail an mail@dolge-systemtechnik.de. Lass uns gemeinsam dafür sorgen, dass Korrosion deine Produktion nicht mehr gefährdet.