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Unterteilung der Korrosionsschutzmethoden [English version]


Aktiver Korrosionsschutz
Passiver Korrosionsschutz
Permanenter Korrosionsschutz
Temporärer Korrosionsschutz




Aktiver Korrosionsschutz


Der aktive Korrosionsschutz hat zum Ziel, die Reaktionen, die während der Korrosion ablaufen, zu beeinflussen. Dabei kann sowohl das Packgut, das korrosive Mittel als auch die Reaktion als solche so gesteuert werden, dass eine Korrosion vermieden wird. Beispiele hierfür sind die Entwicklung korrosionsbeständiger Legierungen und der Zusatz von Hemmstoffen (Inhibitoren) zum angreifenden Medium.


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Passiver Korrosionsschutz


Beim passiven Korrosionsschutz werden Schäden dadurch vermieden, dass das Packgut von dem angreifenden korrosiven Mittel mechanisch getrennt wird. Dies kann durch Schutzschichten, Folien oder sonstige Überzüge erreicht werden. Diese Art des Korrosionsschutzes ändert jedoch weder etwas an der generellen Fähigkeit des Packgutes zu korrodieren, noch an der Aggressivität des Mittels. Daher spricht man hier von einem passiven Korrosionsschutz. Wird die Schutzschicht, Folie etc. an irgendeiner Stelle zerstört, kann es innerhalb kürzester Zeit zur Korrosion kommen.


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Permanenter Korrosionsschutz


Die permanenten Korrosionsschutzmethoden dienen hauptsächlich dem Schutz der Güter am Ort der Verwendung. Hier sind die Beanspruchungen durch die klimatischen, biotischen und chemischen Einflussgrößen relativ gering. Maschinen z. B. stehen in Hallen und sind damit vor extremen Temperaturschwankungen, die häufig die Ursache für Schweißwasserbildung sind, geschützt. Beispiele für passive Korrosionsschutzmethoden sind:

Verzinnen
Galvanisieren
Lackieren
Emaillieren
Verkupfern



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Temporärer Korrosionsschutz


Während des Transports, Umschlags und der Lagerung der Versandstücke kommt es zu ungleich größeren Beanspruchungen als am Ort der Verwendung. Diese Beanspruchungen können sich z. B. in extremen Temperaturschwankungen äußern, die zur Gefahr der Schweißwasserbildung führen. Besonders bei Seetransporten kann es durch den hohen Salzgehalt des Wassers und der Luft zu Schäden kommen, da Salze stark korrosionsfördernd wirken. Man spricht hier von den sogenannten Seesalzaerosolen. Folgende temporäre Korrosionsschutzmethoden werden hauptsächlich angewandt:

1. Schutzschichtmethode
2. Trockenmittelmethode
3. VCI-Methode



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1. Schutzschichtmethode


Bei der Schutzschichtmethode handelt es sich um eine passive Korrosionsschutzmethode. Die Schutzschicht trennt die metallischen Oberflächen von den aggressiven Medien, wie Feuchte, Salze, Säuren etc..

Es werden folgende Korrosionsschutzmittel verwendet:

Lösungsmittelhaltige Schutzmittel

Die Qualität der Schutzfilme ist als sehr gut zu bezeichnen.

Nach dem Auftragen des Schutzmittels auf das Packgut muss das Lösungsmittel abdampfen, damit der erforderliche Schutzfilm gebildet wird.

Dieser Trockenvorgang kann je nach Art des verwendeten Lösungsmittels und der Filmdicke bis zu mehreren Stunden dauern. Je dicker der Film, desto länger dauert die Trocknung. Wird der Trockenvorgang künstlich beschleunigt, kann es zu Problemen mit der Anhaftung des Schutzfilms an der Metalloberfläche kommen.

Bei den sehr dünnen und weichen Schutzfilmen muss stets der Tropfpunkt beachtet werden, da bei zu hohen Oberflächentemperaturen die Gefahr besteht, dass der Schutzfilm besonders an vertikalen Flächen herunterläuft.

Da lösungsmittelhaltige Korrosionsschutzmittel oftmals leicht entflammbar sind, dürfen sie aus Gründen der Arbeitssicherheit nur in geschlossenen Anlagen verwendet werden.

Schutzmittel auf Wasserbasis

Schutzmittel auf Wasserbasis enthalten keine Lösungsmittel und erfordern daher keine geschlossenen Anlagen.

Die Trockenzeiten sind geringer als bei den lösungsmittelhaltigen Schutzmitteln.

Aufgrund des hohen Wassergehalts sind Schutzmittel auf Wasserbasis stark temperaturabhängig (Gefahr des Gefrierens bzw. der erhöhten Viskosität).

Der Vorteil dieser Methode ist die leichte Entfernbarkeit des Schutzfilms, nachteilig wirkt sich jedoch der hohe Wassergehalt aus, der zum Anstieg der relativen Luftfeuchte in den Verpackungsräumen führen kann.

Korrosionsschutzöle ohne Lösungsmittel

Die Qualität der Schutzfilme mittels Korrosionsschutzölen ohne Lösungsmittel ist nur gering. Sie wird durch zugefügte Hemmstoffe (Inhibitoren) erreicht. Da diese Korrosionsschutzöle häufig qualitativ gute Schmieröle sind, werden sie vor allem zum Korrosionsschutz in geschlossenen Anlagen verwendet (Motoren etc.).

Tauchwachse

Das Aufbringen der Schutzschicht erfolgt durch Eintauchen des Packgutes in das erwärmte Wachs. Je nach Art des Wachses muss dieses auf bis über 100°C erwärmt werden. Das Entfernen des Schutzfilms ist relativ einfach, da keine feste Verbindung zwischen Wachs und Metalloberfläche besteht. Da Tauchwachse nur mit relativ viel Aufwand aufgetragen werden können, ist ihr Einsatz auf einige wenige Einzelfälle beschränkt.



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2. Trockenmittelmethode


Einführung

Gemäß der DIN 55 473 wird mit dem Einsatz von Trockenmitteln folgendes Ziel verfolgt: "Trockenmittelbeutel sollen das Packgut vor Luftfeuchte während des Transports und der Lagerung schützen, um Korrosion, Schimmelbefall und ähnliches zu verhindern."

Die Trockenmittelbeutel enthalten wasserdampfadsorbierende, nicht wasserlösliche und chemisch träge Trockenmittel, wie z. B. Kieselgel, Aluminiumsilikat, Tonerde, Blaugel, Bentonit, Molekularsiebe etc.. Durch die Absorptionsfähigkeit der Trockenmittel kann die Luftfeuchte in der Verpackung gesenkt werden, so dass die Gefahr der Korrosion ausgeschlossen wird. Da die Aufnahmefähigkeit begrenzt ist, ist dies natürlich nur möglich, wenn das Packgut von einer wasserdampfdichten und verschweißten Sperrschicht eingeschlossen wird. Man spricht von einer sogenannten Klima- oder Dichtverpackung. Ist die Sperrschicht nicht wasserdampfdicht, kann jederzeit Wasserdampf von außen nachströmen, so dass die Trockenmittelbeutel relativ schnell gesättigt wären, ohne dass die relative Luftfeuchte in der Verpackung verringert würde.

Trockenmittel werden in sogenannten Trockenmitteleinheiten (TME) gehandelt. Gemäß DIN 55 473 gilt:

"Eine Trockenmitteleinheit ist diejenige Menge Trockenmittel, die im Gleichgewicht mit Luft bei 23 ± 2°C die folgenden Mengen Wasserdampf adsorbiert:

min. 3,0 g bei 20% relativer Luftfeuchte
min. 6,0 g bei 40% relativer Luftfeuchte


Die Anzahl der Trockenmitteleinheiten ist das Maß für die Adsorptionsfähigkeit des Trockenmittelbeutels."

Trockenmittel werden in Beuteln mit 1/6, 1/3, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16, 32 oder 80 Einheiten angeboten. Es gibt sie in staubarmer und staubdichter Ausführung. Letztere werden verwendet, wenn das Packgut diesbezüglich besondere Anforderungen stellt.


Berechnung der erforderlichen Trockenmitteleinheiten

Wie viele dieser Trockenmitteleinheiten man benötigt, ergibt sich aus dem Volumen der Verpackung, aus der realen und der gewünschten relativen Luftfeuchte innerhalb der Verpackung, dem Wassergehalt des hygroskopischen Packhilfsmittels, der Art der Sperrschichtfolie (Wasserdampfdurchlässigkeit).

Formel zur Berechnung der Anzahl Trockenmitteleinheiten in einer Packung (DIN 55 474):

n = (1/a) × ( V × b + m × c + A × e × WDD × t )


n Anzahl der Trockenmitteleinheiten
a je Trockenmitteleinheit aufnehmbare Wassermenge entsprechend der zulässigen maximalen Luftfeuchte in der Packung :
zul. Endfeuchte 20% 40% 50% 60%
Faktor a 3 6 7 8
e Korrekturfaktor, bezogen auf die zulässige Endfeuchte in %:
zul. Endfeuchte 20% 40% 50% 60%
Faktor e 0,9 0,7 0,65 0,6
V Innenvolumen der Packung im m3
b Feuchtegehalt der eingeschlossenen Luft in g/m3
m Masse der hygroskopischen Packhilfsmittel in kg
c Faktor für den Feuchtegehalt der hygroskopischen Packhilfsmittel in g/kg
A Oberfläche der Sperrschichthülle in m2
WDD Wasserdampfdurchlässigkeit der Sperrschichthülle für das zu erwartende Klima in g/m2d, gemessen nach DIN 53 122 Teil 1 oder Teil 2 (d = Tag)
t gesamte Transportdauer in Tagen


Mit der folgenden Beispielrechnung wird aufgezeigt, wo die größten Gefahrenpotentiale liegen:

Eine Verpackungsmaschine soll von einem Hersteller in Deutschland zu einem Kunden nach Brasilien exportiert werden. Die Maschine wird in eine Kiste aus Holz mit den folgenden Abmessungen verpackt:

  Länge innen : 7,00 m
Breite innen : 2,75 m
Höhe innen : 3,00 m


Daraus ergibt sich ein Innenvolumen (V) von: 7,00 m × 2,75 m × 3,00 m = 57,75 m3.


Für die Berechnung der Fläche (A) der Sperrschicht wird die Fläche der Kisteninnenseiten zu Grunde gelegt:

  2 × (7,00 m × 2,75 m) = 38,50 m2
2 × (7,00 m × 3,00 m) = 42,00 m2
2 × (2,75 m × 3,00 m) = 16,50 m2
Summe = 97,00 m2


Zur Ladungssicherung wird die Verpackungsmaschine mit 6 Kanthölzern aus Kiefernholz abgestützt. Diese sind innerhalb der Klimapackung angebracht. Das Holz ist lufttrocken, sein Wassergehalt beträgt 15% => Faktor für den Feuchtegehalt der hygroskopischen Packhilfsmittel (c) = 150 g/kg.


Die Abmessungen der Kanthölzer werden mit 2,70 m × 0,20 m × 0,20 m (L×B×H) angegeben. Bei einer ungefähren Dichte des Kiefernholzes von 500 kg/m3 ergibt sich folgende Masse (m):

  6 × 2,70 m × 0,20 m × 0,20 m = 0,648 m3
0,648 m3 × 500 kg/m3 = 324 kg Holz


Außerdem wurden folgende Vereinbarungen getroffen:

Die zulässige Endfeuchte wurde mit 40% angegeben. Daraus folgt: (a) = 6 g und (e) = 0,7

Als Sperrschichtfolie wird eine Aluminium-Verbundfolie verwendet, deren Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) 0,1 g/m2d beträgt.

Der Wassergehalt der eingeschlossenen Luft (b) beträgt bei 20°C und 80% relativer Luftfeuchte 13,8 g/m3

Der Korrosionsschutz soll für insgesamt 100 Tage reichen (d).


Setzt man die o. a. Werte in die Berechnungsformel ein, ergibt sich folgende Gleichung:

n = 1/6 g × [(57,75 m3 × 13,8 g/m3) + (324 kg × 150 g/kg) + (97 m2 × 0,7 × 0,1 g/m2d × 100 d)]
n = 1/6 g × (796,95 g + 48600,00 g + 679,00 g)
n = 1/6 g × 50075,95 g
n = 8346 Trockenmitteleinheiten



Aus der Berechnung ist zu erkennen, dass sich insgesamt 50075,95 g Wasserdampf in der Klimapackung befinden bzw. durch die Sperrschicht diffundieren. Für diese Wasserdampfmenge müssten insgesamt 8346 Trockenmitteleinheiten in der Kiste angebracht werden, was praktisch gesehen, unmöglich ist. Um abzuschätzen, wo das größte Gefahrenpotential liegt, wird die Berechnungsformel genauer untersucht. Dabei gilt:

V × b = 796,95 g = der Wasserdampf, der in der eingeschlossenen
Luft gebunden ist
m × c = 50075,95 g = der Wasserdampf, der in den hygroskopischen Packhilfsmitteln gebunden ist
A × e × WDD × t = 679,00 g = der Wasserdampf, der während der gesamten
Schutzdauer durch die Sperrschicht diffundiert


Aus dieser Betrachtungsweise ergibt sich eindeutig, dass die hygroskopischen Packhilfsmittel in der Klimapackung das größte Gefahrenpotential in sich bergen. Daher ist es sinnvoll, diese außerhalb der Sperrschicht anzubringen. Verschraubungen, Bolzen oder Nagelungen, die durch die Sperrschicht gehen, müssen dann aber entsprechend abgedichtet werden. Die erforderliche Menge würde sich in diesem Fall wie folgt ändern.

  n = 1/6 g × ( 796,95 g + 679,00 g )
n = 246 Trockenmitteleinheiten


Diese Anzahl an Trockenmitteleinheiten ist ohne Probleme in der vorhandenen Kiste anzubringen.


Bei der Berechnung der erforderlichen Trockenmitteleinheiten nach DIN 55 474 muss beachtet werden, dass davon ausgegangen wird, dass das gesamte in der Klimapackung gebundene Wasser von dem Trockenmittel aufgenommen werden muss. Man geht also auch davon aus, dass, wie in diesem Beispiel, die Kanthölzer bis auf einen Wassergehalt von 0% trocknen. In der Realität ist dies jedoch nicht der Fall, da bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40% (vereinbarte zulässige Endfeuchte) der Wassergehalt von Kiefernholz noch ca. 8% beträgt und dieses Wasser nicht an die Umgebung abgegeben wird. In der Berechnung wird dies jedoch nicht berücksichtigt, wodurch die Anzahl der ermittelten Trockenmitteleinheiten eigentlich zu hoch ist. Bezogen auf das obige Beispiel, würde sich folgende Differenz ergeben:

bei Trocknung bis auf 0% Wassergehalt: 150 g/kg × 324 kg = 48600 g Wasser
bei Trocknung bis auf 8% Wassergehalt: 80 g/kg × 324 kg = 25920 g Wasser

48600 g - 25920 g = 22680 g Wasser werden bei der Trocknung von 18% auf 8% Wassergehalt frei.


Die erforderlichen Trockenmitteleinheiten berechnen sich dann wie folgt:

  n = 1/6 g × (796,95 g + 22680,00 g + 679,00 g)
n = 1/6 g × 24155,95 g
n = 4026 Trockenmitteleinheiten


Dadurch würde sich die Anzahl der erforderlichen Trockenmitteleinheiten um 4320 TME verringern. Trotzdem ist die Menge an Trockenmitteleinheiten nach wie vor so groß, dass das Anbringen praktisch unmöglich ist. Es ändert sich nichts an der Tatsache, dass die hygroskopischen Packhilfsmittel in der Klimapackung das größte Gefahrenpotential beinhalten.


Sperrschichtfolien

Sperrschichtfolien werden in verschiedenen Variationen angeboten, z. B. als Polyethylen-Folie oder als Verbundfolie mit zwei äußeren Polyethylenschichten und einer inneren Aluminiumschicht. Beim Vergleich der Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) dieser beiden Folientypen schneidet die Verbundfolie weitaus besser ab. Hier werden Werte für die WDD von unter 0,1 (g/m2d) erreicht. Bei der Verbundfolie legen sich die Sperrschichten so übereinander, dass die Durchlässigkeit gegenüber einer einzelnen Schicht erheblich verringert wird.

Es wird gemäß den gültigen DIN-Normen jeweils die Wasserdampfdurchlässigkeit für 20°C und für 40°C angegeben. Aus den Angaben der Hersteller kann man entnehmen, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit mit zunehmender Temperatur steigt und mit zunehmender Dicke sinkt. Dieses Problem tritt besonders bei Polyethylenfolien auf, Aluminiumverbundfolien sind dagegen eher unempfindlich gegenüber Temperatursteigerungen.


Anbringen der Trockenmittelbeutel

Die Trockenmittel sollten an Bindfäden hängend im oberen Bereich der Klimapackung platziert werden, so dass sie gut von der Luft umspült werden.

Der direkte Kontakt der Trockenmittelbeutel mit dem Packgut ist auf jeden Fall zu vermeiden, da das feuchte Trockenmittel die Korrosion fördern würde.

Es ist sinnvoll, anstatt weniger großer Trockenmittelbeutel besser viele kleine Beutel aufzuhängen, da so die Oberfläche des zur Verfügung stehenden Trockenmittels größer wird und das Wasser besser adsorbiert werden kann.

Um eine möglichst lange Schutzdauer zu erreichen, muss die Sperrschichtfolie sofort nach Einbringen der Trockenmittelbeutel verschweißt werden.

Trockenmittelbeutel werden immer in bestimmten Grundpackungen geliefert. Je nach Größe der Trockenmitteleinheiten kann eine Grundpackung aus einem Beutel (bei 80 TME) oder bis zu 100 Beuteln (bei 1/6 TME) bestehen. Eine Grundpackung darf erst direkt vor der Entnahme der Beutel geöffnet werden und ist danach sofort wieder zu verschweißen.


Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen der Trockenmittelmethode

Vorteile

Trockenmittel bieten sowohl metallischen als auch nichtmetallischen Packgütern einen hervorragenden Korrosionsschutz
Die Entfernung der Trockenmittel bei Ankunft beim Empfänger ist im Gegensatz zu den Schutzfilmen bei der Schutzschichtmethode kein Problem. Das Packgut ist sofort verfügbar.
Es werden keine besonderen arbeitsschutzrechtlichen Auflagen gemacht, da das Trockenmittel ungefährlich ist.


Nachteile

Der Arbeitsaufwand für das Anbringen der Trockenmittelbeutel und Verschweißen der Sperrschichtfolien ist relativ aufwendig.
Kleinste Beschädigungen der Sperrschicht können die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes verhindern
Die Bestimmung der erforderlichen Trockenmitteleinheiten ist nicht ganz einfach. Es kann leicht zu Überdimensionierungen kommen. Aber: Besser zu viel schützen, als zu wenig!
Feuchteindikatoren in der Verpackung sind nicht sehr zuverlässig, da sie nur für bestimmte Temperaturbereiche gelten.



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3. VCI-Methode (Volatile Corrosion Inhibitor)

Wirkungsweise und Anwendung


Inhibitoren (Hemmstoffe) werden die Substanzen genannt, die chemische Reaktionen hemmen oder unterbinden können. Man kann sie auch als Gegenstück zu den Katalysatoren sehen, da diese bestimmte Reaktionen erst möglich machen oder sie beschleunigen.

Die VCI-Methode ist im Gegensatz zu der Schutzschichtmethode ein aktiver Korrosionsschutz, da der chemische Vorgang der Korrosion durch die Inhibitoren aktiv beeinflusst wird.

Die Wirkungsweise (siehe Abbildung 1) läuft, vereinfacht dargestellt, wie folgt ab: Aufgrund seiner Verdampfungseigenschaft geht der VCI-Stoff - auf Trägermaterialien aus Papier, Karton, Folien oder Schaumstoff aufgebracht oder in Pulver, Sprays oder Ölen eingearbeitet - relativ kontinuierlich in die Gasphase über und setzt sich auf dem zu schützenden Packgut (Metalloberflächen) als Film ab. Dieser Zustandswechsel vollzieht sich weitgehend unabhängig von üblichen Temperaturen oder Feuchtigkeiten. Die Anziehung zu Metalloberflächen ist dabei stärker als die von Wassermolekülen, somit bildet sich zwischen Metalloberfläche und Umgebungsatmosphäre eine geschlossene Schutzschicht, so dass der Wasserdampf in der Atmosphäre von der Metalloberfläche abgehalten wird, und keine Korrosion entstehen kann. Die VCI-Moleküle können aber auch bereits vorhandene Wasserfilme auf Metalloberflächen durchdringen und so das Wasser von der Oberfläche abdrängen. Die Anwesenheit des VCI hemmt die zur Korrosion führenden elektrochemischen Prozesse. Dabei werden entweder die anodischen oder die kathodischen Teilreaktionen gehemmt. Unter Umständen kann die Wirkdauer bis zu zwei Jahre andauern.



Abbildung 1: Wirkungsweise von VCI


Die Anwendung der VCI-Materialien ergibt sich aus deren Wirkweise. Ein zu schützender Gegenstand wird z. B. in VCI-Papier eingewickelt. Die metallischen Oberflächen des Packgutes sollten zur besseren Wirkungsweise der Methode möglichst rein sein. Der Abstand zu dem zu schützenden Gegenstand sollte dabei nicht größer als 30 cm sein. Man rechnet mit etwa 40 g Wirkstoff für 1 m³ Luftraum. Sinnvollerweise ist der Raum so zu sichern, dass das Gas nicht durch starke Luftbewegungen ständig aus der Verpackung herausgetrieben wird. Hierfür reicht eine möglichst geschlossene Umhüllung aus. Ein luftdichtes Verschweißen, wie bei der Trockenmittelmethode, ist nicht notwendig.

Die VCI-Methode findet vorwiegend bei Gegenständen aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Gusseisen, verzinktem Stahl, Nickel, Chrom, Aluminium und Kupfer Anwendung. Die Schutzwirkung oder Verträglichkeit ist in Absprache mit dem Hersteller zu prüfen.

Hinweis: Für die Verwendung wassermischbarer, wassergemischter und nichtwassermischbarer Korrosionsschutzmittel, von Korrosionsschutzfetten und -wachsen, flüchtiger Korrosionsinhibitoren (VCI) sowie Materialien, aus denen flüchtige Korrosionsinhibitoren freigesetzt werden (z. B. VCI-Papier, VCI-Folien, VCI-Schaum, VCI-Pulver, VCI-Verpackungen, VCI-Öle), gilt die Technische Regel für Gefahrstoffe, TRGS 615 "Verwendungsbeschränkungen für Korrosionsschutzmittel bei deren Einsatz N-Nitrosamine auftreten können".


Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen der VCI-Methode

Vorteile

Da das Gas auch in Bohrungen und Hohlräume eindringt, werden auch diese Stellen ausreichend geschützt.
Die Wirkdauer kann bis zu zwei Jahren anhalten.
Die Umhüllung muss nicht luftdicht verschweißt werden.
Nach dem Ende des Transportes muss das Packgut nicht gereinigt werden, daher steht es sofort zur Verfügung.


Nachteile

Die VCI-Methode ist nicht für alle Metalle geeignet. Bei nichtmetallischen Gegenständen (Kunststoffe etc.) kann es zu großen Schäden kommen.
VCI-Wirkstoffe sind in den meisten Fällen gesundheitlich nicht unbedenklich, so dass zu empfehlen ist, sich vom Hersteller die Ungefährlichkeit bestätigen zu lassen und Verwendungsvorschriften einzuholen.



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