Lochkorrosion ist eine lokalisierte Angriffsform, bei der ein schützender passiver Film an einzelnen Punkten zusammenbricht und kleine, tiefe Hohlräume bildet, während die umgebende Oberfläche hell und scheinbar intakt bleibt. Sie ist am stärksten mit Chloriden assoziiert, die Edelstähle, Aluminiumlegierungen und andere passive Metalle angreifen, und sie ist in ihrem Schaden unverhältnismäßig gefährlich im Verhältnis zur verlorenen Metallmasse.
Passive Legierungen wie Edelstahl verdanken ihre Korrosionsbeständigkeit einem dünnen, chromreichen Oxidfilm von nur wenigen Nanometern Dicke. Lochkorrosion beginnt, wenn dieser Film lokal versagt, meist an einem Einschluss, Kratzer oder einer chloridreichen Stelle, wodurch eine winzige Fläche blanken Metalls dem Elektrolyten ausgesetzt wird.
Diese blanke Stelle wird zu einer kleinen, sehr aktiven Anode, umgeben von einer großen passiven Kathode. Das Ergebnis ist ein schmaler Hohlraum, der sich in die Wand hinabwächst, während der Großteil der Oberfläche unberührt bleibt.
Innerhalb einer wachsenden Grube wird die Chemie selbsttragend, weshalb Lochkorrosion als autokatalytisch bezeichnet wird. Metall löst sich an der Basis der Grube, wenn M zu M(n+) plus Elektronen wird. Diese Kationen hydrolysieren mit Wasser, setzen Wasserstoffionen frei und treiben den lokalen pH-Wert in stark saure Bereiche.
Um die positive Ladung auszugleichen, wandern Chloridionen in die Grube und konzentrieren sich dort. Niedriger pH-Wert plus hohe Chloridwerte sorgen dafür, dass das Metall an der Grubenbasis aktiv weiterlöst und der passive Film sich nicht wieder bildet, sodass sich die Grube selbst vertieft. Die eingeschlossene Geometrie beschränkt die Diffusion und hält den aggressiven Elektrolyten fest.
Diese geschlossene Säurechemie ist eng verwandt mit der Spaltkorrosion , die dasselbe Prinzip der eingeschlossenen Zelle unter Dichtungen, Ablagerungen und Überlappungsnähten nutzt.
Eine Komponente kann einen vernachlässigbaren Bruchteil ihrer Gesamtmasse verlieren und dennoch an Lochkorrosion versagen, weil der Schaden in wenige tiefe Punkte konzentriert wird, statt sich gleichmäßig zu verteilen. Ein einzelnes Loch kann eine Rohrwand oder einen Tankboden durchbohren und zu einem Leck führen, während eine Messung allgemeiner Korrosion die Legierung noch als unauffällig ausweisen würde.
Löcher sind außerdem Spannungskonzentratoren und sind häufige Ansatzstellen für Spannungsrisskorrosion und Ermüdungsrisse. Da sie an der Oberfläche klein und oft von Korrosionsprodukten verdeckt sind, werden sie bei oberflächlicher Inspektion leicht übersehen.
Die Pitting Resistance Equivalent Number, oder PREN, ordnet die intrinsische Lochkorrosionsbeständigkeit einer Legierung anhand ihrer Zusammensetzung ein. Die weit verbreitete Form ist PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N, alle Angaben in Gewichtsprozent. Chrom bildet den passiven Film, Molybdän stabilisiert ihn gegenüber Chloridangriffen, und Stickstoff verstärkt beide Effekte. Ein höherer PREN bedeutet, dass die Legierung mehr Chlorid und höhere Temperaturen toleriert, bevor Lochkorrosion beginnt. PREN ist ein vergleichender Anhaltspunkt, keine absolute Betriebsgrenze, da Oberflächenbeschaffenheit, Einschlüsse und die konkrete Umgebung unberücksichtigt bleiben.
| Legierung (Typ) | Cr % | Mo % | N % | Ungef. PREN |
|---|---|---|---|---|
| 304 austenitisch | 18.0 | 0.0 | 0.05 | ~19 |
| 316 austenitisch | 17.0 | 2.1 | 0.05 | ~25 |
| 2205 Duplex | 22.0 | 3.0 | 0.17 | ~35 |
| 254 SMO (6Mo austenitisch) | 20.0 | 6.1 | 0.20 | ~43 |
Ob Löcher initiiert werden und fortschreiten, hängt zusammen von Metall, Elektrolyt und lokaler Geometrie. Die Tabelle unten fasst die wichtigsten Hebel und ihre Auswirkung auf das Risiko zusammen.
| Faktor | Auswirkung auf das Lochkorrosionsrisiko |
|---|---|
| Chloridkonzentration | Höhere Chloridwerte erhöhen das Risiko stark; primärer Angreifer |
| Temperatur | Das Risiko steigt mit der Temperatur oberhalb der für die Legierung kritischen Lochkorrosionstemperatur |
| Legierungs-PREN (Cr, Mo, N) | Ein höherer PREN erhöht die Schwelle für die Initiierung und senkt damit das Risiko |
| Stagnation / geringe Strömung | Stagnationszonen lassen Chloride und Ablagerungen konzentrieren und erhöhen das Risiko |
| Oberflächenablagerungen und Rauheit | Spalte unter Belägen und rauen Oberflächen halten Elektrolyt zurück und erhöhen das Risiko |
| Oxidierendes Potential (z. B. Ferri-Ionen, Chlor) | Erhöht das Potential über die Schwelle für Lochkorrosion und steigert somit das Risiko |
| pH | Niedriger pH-Wert verringert die Beständigkeit; starke Säuren weiten den Bereich für Lochkorrosion |
Da Löcher klein und verborgen sind, beruht die Erkennung auf sorgfältiger visueller Inspektion bei guter Beleuchtung und Vergrößerung, Eindringprüfung mit Farbstoff für oberflächenbrechende Löcher sowie Wirbelstrom- oder Ultraschallmessungen der Wanddicke an Rohren und Behältern. Die Lochtiefe ist wichtiger als die Lochanzahl, daher sind Messgeräte und Replikate, die die Tiefe quantifizieren, nützlich.
Elektrochemische Tests wie zyklisch potentiodynamische Polarisationsmessungen bestimmen im Labor ein Pitting-Potential eines Materials. Die Bestätigung, dass das installierte Material dem spezifizierten Werkstoff entspricht, durch positive Materialidentifikation erkennt den häufigen Fehler, bei dem irrtümlich eine Legierung mit niedrigerem PREN eingesetzt wurde.
Vorbeugung beginnt mit der Legierungswahl: Wählen Sie einen PREN, der komfortabel über dem zulässigen Chlorid- und Temperaturbereich des Einsatzes liegt, und spezifizieren Sie für anspruchsvolle Aufgaben die kritische Lochkorrosionstemperatur. Vermeiden Sie Stagnation durch selbstentwässernde Anordnungen, ausreichende Strömungsgeschwindigkeit und ohne Totleitungen.
Halten Sie Oberflächen sauber und frei von Chloridablagerungen, Eisenkontamination und Schweißverfärbung, da Beizen und Passivieren den Film wiederherstellen. Kontrollieren Sie die Wasserchemie, um Chloride und oxidierende Spezies zu begrenzen, und setzen Sie kathodischen Schutz dort ein, wo eine Beschichtung oder eine eingegrabene Struktur dies rechtfertigt.
Strukturierte Inspektionsintervalle verwandeln diese Maßnahmen in ein wartbares Programm statt in eine einmalige Aktion. Fabrico hilft Zuverlässigkeitsteams, Chloridkontrollen, Dickenmessungen und Inspektionsrunden zu planen, damit Lochkorrosion frühzeitig erkannt wird; Sie können eine Fabrico-Demo buchen , um den Ablauf zu sehen.
Edelstahl ist durch einen passiven Oxidfilm korrosionsbeständig, nicht weil das Metall inert ist. Chloride können diesen Film lokal zerstören, und sobald blankes Metall freiliegt, verhindert die saure, chloridreiche Chemie innerhalb der Grube, dass sich der Film wieder bildet, sodass der Angriff an dieser Stelle konzentriert weiterläuft.
Das hängt von der Umgebung ab. Standard-316 mit einem PREN nahe 25 verträgt mäßige Chloridbelastung, Duplex 2205 nahe 35 eignet sich für aggressiveres Wasser, und 6Mo-Legierungen über 40 werden für Meerwasser verwendet. PREN ist eine vergleichende Bewertung, daher sollte er immer an den tatsächlichen Chloridgehalt und die Temperatur angepasst werden.
Allgemeine Korrosion entfernt Metall ungefähr gleichmäßig und ist leicht zu messen und vorherzusagen. Lochkorrosion entfernt nur sehr wenig Gesamtmetall, konzentriert es aber in tiefen, schmalen Hohlräumen, die eine Wand durchstechen können, sodass eine Komponente versagen kann, während die Gesamtdickenmessungen noch akzeptabel erscheinen.
Ja. Löcher wirken als Spannungskonzentratoren und sind häufige Ansatzstellen für Spannungsrisskorrosion und Ermüdungsrisse. Die Kontrolle der Lochbildung reduziert daher auch das Risiko dieser plötzlicheren Rissausfälle.
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