{"id":3422,"date":"2019-12-03T10:10:49","date_gmt":"2019-12-03T09:10:49","guid":{"rendered":"https:\/\/www.intelligentbauen.ch\/?p=3422"},"modified":"2019-12-03T10:10:49","modified_gmt":"2019-12-03T09:10:49","slug":"korrosion-der-schleichende-zerfall","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/intelligent-bauen\/2019-12-03\/korrosion-der-schleichende-zerfall\/","title":{"rendered":"Korrosion \u2013 der schleichende Zerfall"},"content":{"rendered":"
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Korrosion, ein Schauplatz wissenschaftlicher Disziplinen.<\/figcaption><\/figure>\n

Der Bauherr einer neuen Schweizer Industrieanlage f\u00fcr Hightech-Ger\u00e4te stand vor einem R\u00e4tsel: Kilometerlange, nagelneu verlegte Druck- und K\u00fchlleitungen aus nichtrostendem Stahl und Aluminium im Wert von mehreren hunderttausend Franken fingen noch w\u00e4hrend des Baus an zu korrodieren. Was hatte die Metalle so schnell angegriffen? Experten der Empa nahmen das ganze System unter die Lupe: Waren korrosive Baustoffe im Spiel, waren Reinigungsmittel schuld, oder waren schlicht die falschen Materialien ausgew\u00e4hlt worden? Schliesslich fanden sie den Schuldigen in Form einer kleinen Flasche auf einem Werkstattwagen: Der Montagetrupp hatte statt eines professionellen Dichtigkeitspr\u00fcfmittels ein Universalreinigungsmittel aus dem Supermarkt verwendet, um mit dem Schaum Undichtigkeiten zu lokalisieren. Doch das Mittel aus dem Supermarkt enthielt S\u00e4uren und Chloride, die die Metalle korrodieren liessen. Szenenwechsel: Dem Hausmeister einer Schule in der Ostschweiz f\u00e4llt bei Reinigungsarbeiten in den Fr\u00fchjahrsferien 2019 Korrosion an den Befestigungen der Deckenlampen in der Turnhalle auf. Die Schulverwaltung zieht den Architekten zurate, der den Bau seinerzeit beaufsichtigt hatte. Der Architekt informiert die Empa. Die Deckenverkleidung wird abgebaut. Ergebnis: Die gesamte Deckenkonstruktion weist massive sicherheitsrelevante Korrosionssch\u00e4den auf. Bei der Sanierung einige Jahre zuvor hatten die Arbeiter, aus Unkenntnis des Materials, Metallhaken durch Isolationsplatten aus Phenolharz-Schaum gebohrt. Kondenswasser liess die Isolation sp\u00e4ter feucht werden. Der Phenolharzschaum entwickelte daraufhin starke S\u00e4uren, die die Befestigungshaken praktisch durchrosten liessen. Die Decke w\u00e4re irgendwann herabgest\u00fcrzt.<\/p>\n

Ingenieur und Wissenschaftler \u2013 zwei Herzen in einer Brust <\/strong>
\nIst das also die typische T\u00e4tigkeit von Korrosionsforschern? Sind sie so etwas wie die Pathologen der Bauwirtschaft, die Material-Leichen sezieren und immer von Neuem nach T\u00e4tern suchen? Keineswegs. Korrosionsforscher sind viel mehr. Sie arbeiten an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und Konstruktion einerseits, Chemie und Physik andererseits. Mit einem Bein sind sie Ingenieure, mit dem anderen Naturwissenschaftler. Und sie betrachten nicht nur Fehler der Vergangenheit, sie blicken auch in die Zukunft. Ein Beispiel: die Wasserstoffwirtschaft. Die angestrebte Energiewende wird es in den n\u00e4chsten Jahren n\u00f6tig machen, grosse Mengen an \u00dcberschussstrom in Wasserstoff umzuwandeln. Nur so ist Solar- und Windstrom aus dem Sommer bis in den Winter speicherbar. Doch dazu braucht es nicht nur Speichertanks, sondern auch Leitungen, Ventile, Zapfpistolen, Transportfahrzeuge und diverses Zubeh\u00f6r, etwa Z\u00e4hlwerke f\u00fcr die gelieferte Menge des Gases. All dies muss aus hochfesten St\u00e4hlen gebaut sein, die Hunderte Atmosph\u00e4ren Druck aushalten, und mit Dichtungen versehen sein, die Leckagen \u00fcber Jahre verhindern. Doch Wasserstoff dringt in manche St\u00e4hle ein und f\u00fchrt schon bei normalen Umgebungstemperaturen zu einer Verspr\u00f6dung des Stahls. Bei Temperaturen \u00fcber 300 Grad Celsius reagiert der Wasserstoff zus\u00e4tzlich mit dem Kohlenstoffanteil des Stahls und verschlechtert dessen Qualit\u00e4t. Die Empa erforscht schon heute die Mechanismen der sogenannten Wasserstoff-Verspr\u00f6dung und entwickelt Materialien f\u00fcr die Energieversorgung der Zukunft.<\/p>\n

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Tragisches Beispiel von Korrosion im Bauwerk: Br\u00fcckeneinsturz in Genua.<\/figcaption><\/figure>\n

Spurensuche mit Mikrosensoren <\/strong>
\nFatalerweise entsteht Wasserstoff nicht nur gewollt, er kann auch bei der Korrosion entstehen und in das Material eindringen. Und dort hat er, in kleinsten Mengen eingelagert, die gleiche zerst\u00f6rerische Wirkung: Er macht Hightech-Legierungen spr\u00f6de und bruchanf\u00e4llig. Um zu verstehen, was passiert und wie dies zu verhindern ist, m\u00fcssen die Forscher ganz nahe an die Mikrostruktur eines Materials heranzoomen und die chemischen Reaktionen in winzigen, von Korrosion betroffenen Bereichen untersuchen. Die Empa hat hierf\u00fcr eigens Mikrosensoren entwickelt, die Oberfl\u00e4chen von weniger als einem Hunderttausendstel Quadratmillimeter analysieren k\u00f6nnen und dabei weniger als ein Millionstel Gewichtsprozent Wasserstoff aufsp\u00fcren. Mit diesen Methoden untersuchen sie kritische Zonen in Bauteilen, etwa Schweissn\u00e4hte, die durch atomaren Wasserstoff spr\u00f6de werden und letztlich versagen k\u00f6nnten. Lars Jeurgens leitet seit 2012 die Empa- Abteilung \u00abF\u00fcgetechnologie und Korrosion\u00bb und pflegt mit seinem Team eine gut ausbalancierte Mischung aus Forschung und industrierelevanten Dienstleistungen. \u00abWir haben Absolventen der ETH Z\u00fcrich und der EPFL bei uns im Team und nutzen das geballte Wissen dieser beiden f\u00fchrenden Ingenieursschulen \u00bb, sagt Jeurgens. Er selbst stammt aus Holland, hat lange am Max-Planck-Institut in Stuttgart gearbeitet. \u00abKorrosion kennt keine Grenzen \u2013 daher sind wir international sehr gut mit Experten aus Wissenschaft und Industrie vernetzt und tauschen uns \u00fcber neuste Erkenntnisse und Methoden aus. Es ist sehr wertvoll f\u00fcr uns, diese Erfahrungen zu teilen. Gemeinsam lassen sich viele komplexe Probleme leichter und schneller l\u00f6sen.\u00bb<\/p>\n

Alle H\u00e4nde voll zu tun <\/strong>
\nUnd es gibt wahrlich genug zu tun f\u00fcr die Korrosionsspezialisten. So arbeitet etwa die Auto- und die Flugzeugindustrie immer h\u00e4ufiger mit Verbundwerkstoffen, die aus unterschiedlichsten Materialien zusammengesetzt sind. \u00dcber deren Korrosionsverhalten unter teilweise extremen Bedingungen ist nur wenig bekannt. Vielenorts sind auch Legierungen aus Eisen, Titan und Aluminium im Einsatz. Sie verdanken ihre Korrosionsbest\u00e4ndigkeit einer winzigen, nanometerd\u00fcnnen Passivschicht an ihrer Oberfl\u00e4che, die man nur mit speziellen Analysenmethoden \u00fcberhaupt nachweisen \u2013 und erst dann optimieren \u2013 kann. Schliesslich wirft auch die Anwendung von funktionellen Beschichtungen bei miniaturisierten elektronischen Ger\u00e4ten und Bauteilen neue Korrosionsfragen auf. Lars Jeurgens gibt ein Beispiel: \u00abWenn ich eine Turbine mit einer korrosionsfesten Beschichtung herstelle und da jedes Jahr ein Hundertstelmillimeter Materialst\u00e4rke verlorengeht, dann ist das kein Problem. Doch die gleiche Beschichtung an einem elektronischen Ger\u00e4t, die nur ein Hundertstelmillimeter d\u00fcnn ist, w\u00e4re nach einem Jahr komplett weg. Was im Grossmassstab korrosionsfest erscheint, ist es im Mikromassstab also bei Weitem nicht mehr. Wir brauchen also neue Konzepte f\u00fcr die Einstufung der Korrosionsempfindlichkeit eines Materials.\u00bb<\/p>\n

Korrosion im menschlichen K\u00f6rper <\/strong>
\nBisweilen tritt Korrosion sogar dort auf, wo man sie am wenigsten vermutet: mitten im menschlichen K\u00f6rper mit seinen warmen, anscheinend harmlosen K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten. Experten der Empa untersuchen den Abbau durch lokale Korrosion an Materialien wie Edelstahl und Titanlegierungen, die h\u00e4ufig f\u00fcr Implantate verwendet werden, sowie an Silizium, das in zahlreichen neuen Implantaten enthalten ist. Auf grossen, glatten Fl\u00e4chen geschieht dabei wenig, doch in mikroskopisch kleinen Spalten, die konstruktionsbedingt vorkommen, k\u00f6nnen menschliche K\u00f6rpers\u00e4fte so einiges anrichten. Vor Kurzem konnte ein Empa-Team etwa die langsame Aufl\u00f6sung einer Silizium-Haftvermittlungsschicht im Labor nachweisen. Zwischen dem Implantat aus Titan und der abriebfesten Beschichtung war ein mikroskopischer Spalt entstanden. Dort kann unter Sauerstoffausschluss ganz langsam ein sehr aggressives Medium entstehen, das dann mithilfe der k\u00f6rpereigenen Phosphorverbindungen die Silizium-Haftvermittlungsschicht zerst\u00f6ren kann. Die Empa-Forscher sind mit speziellen Sonden in der Lage, auch die lokale Korrosionschemie in solch feinen Spalten aufzukl\u00e4ren und die Korrosionsvorg\u00e4nge f\u00fcr Versuchszwecke gar zu beschleunigen. So kann schon vor der Operation die voraussichtliche Nutzungsdauer eines Implantats recht genau vorausgesagt werden. Korrosionsforschung ist in vielen Lebensbereichen enorm wichtig, und doch wird die Arbeit der Pathologen der Ingenieurswelt oft noch untersch\u00e4tzt. Lars Jeurgens und seine Kollegen machen sich daf\u00fcr stark, an Universit\u00e4ten und technischen Hochschulen wieder mehr Wert auf Know-how in diesem Bereich zu legen. \u00abKorrosion geh\u00f6rt auf die Checkliste f\u00fcr jedes Bauvorhaben und jede Produktentwicklung \u2013 und zwar nicht erst am Schluss, sondern schon in der Reissbrett- Phase\u00bb, so Jeurgens. \u00abOft werden wir f\u00fcr eine Analyse erst dann angefragt, wenn die Farbprospekte f\u00fcr ihr Produkt bereits gedruckt sind. Doch dann k\u00f6nnen wir oft nichts mehr f\u00fcr die Auftraggeber tun.\u00bb<\/p>\n

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