Welche Schadgase sind für Kupfer und Silber besonders korrosiv?

Elektronische Steuerungssysteme, Leiterplatten und Schaltanlagen haben eines gemeinsam: Sie bestehen zu großen Teilen aus Kupfer und Silber. Beide Metalle leiten Strom hervorragend, sind jedoch gegenüber bestimmten Gasen in der Umgebungsluft ausgesprochen empfindlich. Schon geringe Konzentrationen korrosiver Schadgase können innerhalb weniger Monate zu Kontaktproblemen, Kurzschlüssen oder vollständigen Systemausfällen führen.

Dieser Artikel erklärt, welche Schadgase für Kupfer und Silber besonders gefährlich sind, wie die Korrosion chemisch abläuft und wie man die Belastung in industriellen Umgebungen zuverlässig einordnet und bekämpft. Das Wissen baut dabei schrittweise auf: von den Grundlagen der Schadgaskorrosion bis hin zu konkreten Schutzmaßnahmen.

Was sind Schadgase und warum greifen sie Metalle an?

Schadgase sind gasförmige Verbindungen in der Luft, die chemisch reaktiv genug sind, um Materialien zu verändern oder zu zerstören. Im Gegensatz zu Staubpartikeln, die mechanisch wirken, greifen Schadgase direkt in die Molekülstruktur von Metallen ein und lösen dort chemische Reaktionen aus.

Metalle wie Kupfer und Silber sind in ihrer reinen Form zwar stabil, aber keineswegs inert. Ihre Oberflächen reagieren mit bestimmten Gasmolekülen, sobald diese in ausreichender Konzentration vorhanden sind. Das Ergebnis sind Metallsulfide, Metallchloride oder andere Verbindungen, die elektrisch nicht mehr leitfähig sind oder die Oberfläche mechanisch schädigen.

Ein anschauliches Beispiel: Silberbesteck läuft an der Luft schwarz an, weil Schwefelverbindungen aus der Umgebung mit der Oberfläche reagieren. Genau dieser Prozess findet in industriellen Umgebungen mit weit höheren Gaskonzentrationen auch auf Elektronikbauteilen statt, nur deutlich schneller und mit schwerwiegenderen Folgen.

Wie Schadgase Kupfer und Silber chemisch schädigen

Die Korrosion durch Schadgase ist kein einfaches Rosten, sondern ein gezielter chemischer Angriff auf die Metalloberfläche. Kupfer und Silber reagieren dabei auf unterschiedliche Weise, sind aber beide anfällig für dieselben Schadgasgruppen.

Korrosion bei Kupfer

Kupfer reagiert mit Schwefelwasserstoff (H₂S) zu Kupfersulfid (Cu₂S), einer dunklen, elektrisch schlecht leitenden Verbindung. Mit Chlorverbindungen bildet Kupfer Kupferchlorid, das hygroskopisch ist, also Feuchtigkeit anzieht, und dadurch weitere Korrosion beschleunigt. Auf Leiterplatten entstehen so leitfähige Korrosionsprodukte, die Kurzschlüsse verursachen können.

Korrosion bei Silber

Silber ist gegenüber Schwefelverbindungen sogar empfindlicher als Kupfer. Schon kleinste Mengen H₂S oder organischer Schwefelverbindungen bilden Silbersulfid (Ag₂S), das als schwarze Schicht sichtbar wird und den elektrischen Kontaktwiderstand drastisch erhöht. Besonders problematisch ist das bei Kontakten und Relais, wo selbst dünne Korrosionsschichten zu Verbindungsfehlern führen.

Wichtig zu verstehen: Die Schädigung verläuft nicht linear. Sobald eine erste Korrosionsschicht entstanden ist, beschleunigt sie häufig weitere Reaktionen, da sie Feuchtigkeit und weitere Schadgase bindet.

Die gefährlichsten Schadgase für Kupfer und Silber im Überblick

Nicht alle Schadgase sind gleich aggressiv. Für Kupfer und Silber gibt es eine klar definierte Gruppe besonders korrosiver Verbindungen, die in industriellen Umgebungen häufig auftreten.

• Schwefelwasserstoff (H₂S): Das reaktivste Schadgas für beide Metalle. Entsteht in Kläranlagen, Papierfabriken, Raffinerien und überall dort, wo organisches Material unter Sauerstoffmangel zersetzt wird. Schon Konzentrationen im einstelligen ppb-Bereich (Teile pro Milliarde) können Silber und Kupfer schädigen.
• Schwefeldioxid (SO₂): Ein Verbrennungsprodukt, das in metallurgischen Betrieben, Kraftwerken und der chemischen Industrie vorkommt. In Verbindung mit Luftfeuchtigkeit bildet es schwefelige Säure, die Metalloberflächen direkt angreift.
• Chlor (Cl₂) und Chlorwasserstoff (HCl): Besonders aggressiv gegenüber Kupfer. Chlorverbindungen treten in der Wasseraufbereitung, der Lebensmittelverarbeitung und chemischen Produktionsanlagen auf. Sie bilden lösliche Metallchloride, die tief in die Metalloberfläche eindringen.
• Stickstoffdioxid (NO₂): Entsteht bei Verbrennungsprozessen und in städtischen Industrieumgebungen. Wirkt allein weniger aggressiv, verstärkt aber die Wirkung anderer Schadgase erheblich, da es als Oxidationsmittel fungiert.
• Organische Schwefelverbindungen: Mercaptane und Thioether entstehen in der Petrochemie, der Lebensmittelindustrie und bei biologischen Abbauprozessen. Sie sind oft geruchsintensiv und reagieren ähnlich wie H₂S mit Silber und Kupfer.
• Ammoniak (NH₃): In hohen Konzentrationen greift Ammoniak Kupfer an und bildet Kupferamminverbindungen. Besonders relevant in der Landwirtschaft, der Lebensmittelverarbeitung und bestimmten chemischen Prozessen.

Entscheidend ist, dass viele dieser Gase in der Praxis nicht einzeln auftreten, sondern als Gemisch. Synergieeffekte zwischen verschiedenen Schadgasen können die Korrosionsrate deutlich über das erhöhen, was man aus den Einzelwirkungen erwarten würde.

Korrosivitätsklassen nach ANSI/ISA-71.04: Belastung richtig einordnen

Um die Schadgasbelastung in einer Umgebung objektiv zu bewerten, hat sich die internationale Norm ANSI/ISA-71.04-2013 als Standard etabliert. Sie definiert vier Korrosivitätsklassen auf Basis der Schichtdicke von Korrosionsprodukten auf standardisierten Kupfer- und Silberproben.

• G1 (Mild): Weniger als 300 Ångström Korrosionsschicht auf Kupfer nach 30 Tagen. Elektronik ist in diesem Bereich sicher betreibbar. Dies ist der Zielwert für sensible Steuerungselektronik.
• G2 (Moderate): Zwischen 300 und 1000 Ångström. Erhöhtes Risiko für Elektronikausfälle. Schutzmaßnahmen werden empfohlen.
• G3 (Harsh): Zwischen 1000 und 2000 Ångström. Deutlich erhöhte Ausfallrate bei ungeschützter Elektronik. Sofortiger Handlungsbedarf.
• GX (Severe): Über 2000 Ångström. Extreme Belastung, die Elektronik innerhalb kurzer Zeit zerstört. Umfangreiche Schutzmaßnahmen sind zwingend erforderlich.

Viele Anlagenhersteller schließen ihre Garantie für Elektronik aus, sobald die Umgebungsbelastung den Klasse-G1-Wert überschreitet. Das macht die korrekte Einordnung nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich relevant.

Schadgasbelastung messen und Korrosionsrisiken erkennen

Aufbauend auf dem Klassifizierungssystem stellt sich die praktische Frage: Wie stellt man fest, in welcher Korrosivitätsklasse sich eine bestimmte Umgebung befindet? Hier gibt es zwei bewährte Methoden.

Korrosions-Klassifizierungs-Coupons (CCC)

Der einfachste und kostengünstigste Ansatz sind standardisierte Metallproben, sogenannte Coupons, die für einen definierten Zeitraum in der zu untersuchenden Umgebung exponiert werden. Nach der Expositionszeit werden die Proben laboranalytisch ausgewertet, und die Schichtdicke der Korrosionsprodukte wird gemessen. Das Ergebnis ordnet die Umgebung direkt einer der vier ANSI/ISA-Klassen zu.

Der Vorteil dieser Methode: Sie benötigt keine teuren Messgeräte vor Ort und liefert ein integriertes Bild der Belastung über den gesamten Messzeitraum, nicht nur eine Momentaufnahme.

Kontinuierliche Korrosivitätsüberwachung

Für Umgebungen, in denen die Belastung schwankt oder in denen eine Echtzeitüberwachung erforderlich ist, gibt es elektronische Messsysteme, die den Korrosionsfilmaufbau kontinuierlich erfassen. Diese Systeme sind besonders sinnvoll in Rechenzentren, Schaltanlagen oder anderen kritischen Infrastrukturen, wo eine unbemerkte Verschlechterung der Luftqualität unmittelbare Betriebsrisiken bedeutet.

Chemisorptive Luftfilterung als Schutz vor korrosiven Schadgasen

Nachdem klar ist, welche Schadgase Kupfer und Silber schädigen und wie man die Belastung misst, stellt sich die Frage nach dem wirksamsten Schutz. Konventionelle Partikelfilter sind hier keine Lösung, denn sie halten Stäube zurück, nicht aber gasförmige Verbindungen. Für korrosive Schadgase braucht man einen grundlegend anderen Ansatz: die chemisorptive Luftfilterung.

Im Gegensatz zur rein physikalischen Adsorption, bei der Gasmoleküle lediglich an einer Oberfläche festgehalten werden, nutzt die Chemisorption chemische Reaktionen, um Schadgase dauerhaft zu binden oder in harmlose Verbindungen umzuwandeln. Das Filtermedium reagiert aktiv mit den Schadgasmolekülen, anstatt sie nur mechanisch zurückzuhalten.

Für die Praxis bedeutet das: Ein chemisorptives Filtermedium, das für H₂S ausgelegt ist, wandelt Schwefelwasserstoff in stabile, nicht flüchtige Verbindungen um. Diese verbleiben im Filtermedium und werden nicht wieder freigesetzt, selbst wenn die Temperatur oder die Luftfeuchtigkeit schwankt. Das ist ein entscheidender Vorteil gegenüber rein physikalischen Adsorbentien wie Aktivkohle, bei denen unter bestimmten Bedingungen eine Rückdesorption möglich ist.

Chemisorptive Systeme lassen sich als Zuluftanlagen, Umluftanlagen oder als Kombination beider Varianten einsetzen, je nachdem, ob die Schadgase von außen eindringen oder innerhalb der Anlage entstehen.

Wie Dolge Systemtechnik beim Schutz vor korrosiven Schadgasen hilft

Wir bei Dolge Systemtechnik haben uns seit 1987 auf genau dieses Problem spezialisiert: den zuverlässigen Schutz von Elektronik und Industrieanlagen vor korrosiven Schadgasen wie H₂S, SO₂, Chlor und organischen Schwefelverbindungen. Als Master Distributor von Purafil für Nordeuropa bieten wir bewährte chemisorptive Filtertechnologie, die weltweit in anspruchsvollen Industrieumgebungen eingesetzt wird.

Unser Ansatz ist ganzheitlich und beginnt immer mit einer fundierten Analyse der tatsächlichen Belastungssituation:

• Korrosionsmessung vor Ort: Wir setzen Korrosions-Klassifizierungs-Coupons (CCC) ein, um die genaue Korrosivitätsklasse Ihrer Umgebung nach ANSI/ISA-71.04 zu bestimmen.
• Maßgeschneiderte Filtersysteme: Auf Basis der Messergebnisse empfehlen wir das passende System, ob Purafil PPU, CAS oder Deep Bed Scrubber, abgestimmt auf die spezifischen Schadgase und Konzentrationen in Ihrer Anlage.
• Kontinuierliche Überwachung: Mit dem OnGuard 4000 ermöglichen wir eine Echtzeit-Korrosivitätsüberwachung für kritische Infrastrukturen wie Rechenzentren oder Schaltanlagen.
• Eigenes chemisches Labor: Wir analysieren Filtermedien und Luftproben in unserem hauseigenen Labor, um die Wirksamkeit der eingesetzten Systeme zu überprüfen und bei Bedarf anzupassen.
• Vor-Ort-Beratung: Unser Service ist kostenlos und unverbindlich. Wir kommen zu Ihnen, um die Situation direkt zu beurteilen und ein individuelles Schutzkonzept zu entwickeln.

Wenn Sie wissen möchten, welcher Schadgasbelastung Ihre Elektronik oder Ihre Anlage ausgesetzt ist, sprechen Sie uns an. Kontaktieren Sie uns unter +49 (0) 5651-2273-0 oder per E-Mail an mail@dolge-systemtechnik.de, und wir erarbeiten gemeinsam eine Lösung, die Ihre Systeme langfristig schützt.