Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dem Lochfraß bei Edelstahl auf der Spur

25.08.2004


Explosionsartige Vermehrung winziger "Rostlöcher" ist Ursache massiver Korrosionsschäden, berichten Forscher des Berliner Fritz-Haber-Instituts


Drei aufeinanderfolgende "Schnappschüsse" veranschaulichen die Ausbreitung eines Korrosionsschadens in der schützenden Oxidschicht eines rostfreien Stahls. Bild: Fritz-Haber-Institut



Rostfreier Stahl kann sehr schnell korrodieren, wenn sich das anliegende Potential, die Konzentration korrodierender Lösungen oder die Temperatur nur leicht verändern. Wissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Virginia, USA, haben jetzt unter Einsatz spezieller Mikroskopie-Techniken herausgefunden, dass das schlagartige Einsetzen der Korrosion darauf beruht, dass sich die Zahl winziger metastabiler Löcher in der betroffenen Metalloberfläche explosionsartig vermehrt. Dieser Befund deckt sich mit theoretischen Modellen, wonach sich das Phänomen des Lochfraßes unter entsprechenden Bedingungen autokatalytisch wie eine Kettenreaktion ausbreitet. Die in der jüngsten Ausgabe von "Science" veröffentlichten Forschungsergebnisse tragen entscheidend dazu bei, Korrosionsprozesse besser verstehen, kontrollieren und letztendlich vermeiden zu können (Science, 20. August 2004).



Rostfreie Stähle, die eigentlich korrosionsresistent sein sollten, können lokalem Lochfraß zum Opfer fallen, was häufig ganze Bauteile versagen lässt. Allein in den USA belaufen sich die jährlichen Verluste durch Korrosion auf etwa drei Prozent des Bruttosozialprodukts. Etwa ein Drittel der Ausfälle chemischer Anlagen sind auf lokale Korrosion zurückzuführen.

Vor dem eigentlichen Lochfraß bilden sich in der schützenden Oxidhaut der Stähle winzige, metastabile Löcher von wenigen Mikrometern Durchmesser, so genannte Pits. Jeder Pit erzeugt während seines Entstehens einen sekundenlangen kleinen Strompuls, der die chemische Reaktion anzeigt. Die Lochfraßkorrosion setzt plötzlich ein. Bei geringsten Veränderungen der äußeren Bedingungen kann die Korrosionsrate extrem ansteigen.

Obwohl die Prozesse, die zum Auftreten einzelner Pits führen, bereits relativ gut erforscht sind, war das plötzliche Auftreten von Lochfraß bislang ungeklärt. Wissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts in Zusammenarbeit mit einem Team von der Universität Virginia haben deshalb neue mikroskopische Methoden entwickelt, um den Beginn des Lochfraßes in Echtzeit beobachten zu können. Eine dieser Methoden, die Ellipsomikroskopie zur Abbildung von Oberflächen (Ellipsomicroscopy for Surface Imaging), macht die sich ausbreitenden Schädigungen der Oxidschicht sichtbar.

Daneben verfolgten die Forscher unter einem hochauflösenden und kontrastverstärkten optischen Mikroskop die Entstehung einzelner Pits und ihr kollektives Verhalten. Sie fanden heraus, dass das plötzliche Auftreten von Lochfraßkorrosion auf eine explosionsartige Vermehrung der Pits zurückzuführen ist. Die Forscher haben diesen Prozess auch im Computer simuliert: Dabei gingen sie von der Annahme aus, dass sich ein neuer Pit mit hoher Wahrscheinlichkeit in der unmittelbaren Umgebung bereits vorhandener Pits bildet. Danach ist das plötzliche Auftreten von Lochfraßkorrosion vergleichbar mit der Ausbreitung ansteckender Krankheiten oder einer Kettenreaktion.

Diese Schädigung der Stahloberflächen lässt sich durch Veränderung der die Korrosion verursachenden Lösung (durch die Zugabe von Inhibitoren) oder durch die Optimierung der Stahllegierung verhindern. Die von den Forschern entwickelten Mikroskopie-Techniken lassen sich für die Visualisierung verschiedenster Korrosionserscheinungen bei Metallen einsetzen.

Originalveröffentlichung:

C. Punckt, M. Bölscher, H. H. Rotermund, A. S. Mikhailov, L. Organ, N. Budiansky, J. R. Scully, and J. L. Hudson
Sudden Onset of Pitting Corrosion on Stainless Steel as a Critical Phenomenon
Science, 20 August 2004

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. A. S. Mikhailov
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Tel.: 030 8413-5122
E-Mail: mikhailov@fhi-berlin.mpg.de

Prof. Dr. H. H. Rotermund
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Tel.: 030 8413-5129
E-Mail: rotermun@fhi-berlin.mpg.de

Prof. Dr. A. S. Mikhailov | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fhi-berlin.mpg.de

Weitere Berichte zu: Korrosion Lochfraß Lochfraßkorrosion PIT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide
20.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Metamaterial: Kettenhemd inspiriert Physiker
19.01.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie