Korrosionsschutz – NTG Industriemeister IHK

Ohne Korrosionsschutz würden Stahlteile, Behälter und Leitungen im Betrieb in kurzer Zeit schadhaft. Korrosion ist die Zerstörung eines Werkstoffs durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung. Sie kostet Material, Geld und im schlimmsten Fall Sicherheit.

Auf dieser Seite lernst du, wie Korrosion entsteht, was die Spannungsreihe der Metalle aussagt und welche Schutzmaßnahmen es gibt. Ein durchgerechnetes Beispiel zeigt, wie du die Elementspannung zweier Metalle bestimmst.

📘 Auf einen Blick

Merkmal	Information
Prüfungsteil	Fachrichtungsübergreifende Basisqualifikationen
Prüfungsbereich	Berücksichtigung naturwissenschaftlicher und technischer Gesetzmäßigkeiten (NTG)
Themenbereich	Auswirkungen von Gesetzmäßigkeiten auf Materialien, Maschinen und Prozesse
Thema	Chemische und elektrochemische Korrosion, Spannungsreihe, Schutzmaßnahmen (Rahmenplan 5.1.2)
Prüfungsrelevanz	⭐⭐⭐⭐ Hoch
Datengrundlage	DIHK-Rahmenplan und Auswertung von 37 Originalprüfungen der IHK
Art der Prüfung	Wissen und einfaches Rechnen: Korrosionsart erklären, Elementspannung aus der Spannungsreihe bestimmen, Schutzmaßnahmen beschreiben
Lernziel laut Rahmenplan	Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosion durch Schutzmaßnahmen kennen, chemische und elektrochemische Korrosion und die Spannungsreihe
Empfohlene Lernpriorität	Hoch
Vertiefung	Lernmodul in der KVM-Akademie (nach Veröffentlichung verfügbar)

Warum ist Korrosionsschutz wichtig?

Korrosion verändert die Oberfläche und mit der Zeit auch die tragenden Querschnitte von Bauteilen. Eine durchgerostete Leitung, ein undichter Tank oder eine geschwächte Schraubverbindung bedeuten Stillstand, Reparatur und Gefahr für Menschen und Umwelt.

Als Industriemeister bist du an mehreren Stellen gefragt:

bei der Werkstoffauswahl und der Paarung von Metallen,
bei Lagerung, Transport und Verpackung von Teilen,
bei der Instandhaltung von Anlagen, Leitungen und Behältern,
bei der Beurteilung von Schäden und der Wahl geeigneter Schutzmaßnahmen.

Einordnung innerhalb des Rahmenlehrplans

Fachrichtungsübergreifende Basisqualifikationen
└── Berücksichtigung naturwissenschaftlicher und technischer Gesetzmäßigkeiten (NTG)
    └── 5.1 Auswirkungen von Gesetzmäßigkeiten auf Materialien, Maschinen und Prozesse
        └── 5.1.2 Auswirkungen der industriellen Nutzung von Wasser, Säuren, Basen und Salzen auf Menschen und Umwelt
            ├── Chemische Korrosion
            ├── Elektrochemische Korrosion, elektrochemische Spannungsreihe
            └── Schutzmaßnahmen gegen Korrosion

Der Rahmenplan verlangt, Einflüsse von Oxidations- und Reduktionsvorgängen zu beeinflussen, vor allem Korrosion durch Schutzmaßnahmen zu vermeiden. Als Hinweise stehen chemische und elektrochemische Korrosion sowie die elektrochemische Spannungsreihe. Die Grundlagen der Redoxvorgänge findest du auf der Seite Chemische Reaktionen und Redoxvorgänge.

Prüfungsrelevanz

⭐⭐⭐⭐ Hohe Prüfungsrelevanz

Das Thema gehört zum Rahmenplanpunkt 5.1.2. Dieser kam in 27 von 37 Prüfungen vor, seit 2020 in 11 von 13. Korrosion gehört zu den Fragen, die in vielen Prüfungen wiederkehren. Meist wird Wissen verlangt, manchmal auch ein kurzer Rechenschritt mit der Spannungsreihe.

In den ausgewerteten Prüfungen wurde zum Beispiel verlangt,

eine Korrosionsart zu benennen und ihre Entstehung zu erklären,
die Bedingungen für elektrochemische Korrosion zu nennen,
zu bestimmen, welches von zwei Metallen sich auflöst und welches der Pluspol ist,
mit einer Spannungsreihe die Elementspannung zweier Metalle zu ermitteln,
die Wirkung einer Opferanode zu erklären,
Maßnahmen zum Korrosionsschutz bei Fertigung, Lagerung und Versand zu nennen,
aktiven und passiven Korrosionsschutz zu unterscheiden.

Zur Prüfungsanalyse NTG

Was lernst du auf dieser Seite?

Nach dem Lesen dieser Seite kannst du:

chemische und elektrochemische Korrosion zu unterscheiden,
die Bedingungen für elektrochemische Korrosion zu nennen,
die Spannungsreihe zu lesen und eine Elementspannung zu berechnen,
Kontaktkorrosion zu erklären,
aktive und passive Schutzmaßnahmen zu unterscheiden,
die Wirkung von Opferanode und metallischen Überzügen zu erklären.

Chemische Korrosion

Bei der chemischen Korrosion reagiert das Metall direkt mit einem Gas, ohne dass ein Elektrolyt (eine leitende Flüssigkeit) beteiligt ist. Typisch ist die Zunderbildung: Stahl wird im Ofen geglüht oder geschmiedet und verbindet sich bei hoher Temperatur mit Sauerstoff. Es entsteht eine Oxidschicht aus Zunder. Auch heiße Gase mit Schwefel- oder Chlorverbindungen greifen Metalle an.

Elektrochemische Korrosion

Die elektrochemische Korrosion ist die häufigste Form. Sie läuft ab wie in einer kleinen Batterie. Drei Bedingungen müssen erfüllt sein:

zwei Bereiche mit unterschiedlichem Potenzial, zum Beispiel zwei verschiedene Metalle oder verschiedene Stellen eines Werkstücks,
eine leitende Verbindung zwischen ihnen,
ein Elektrolyt, zum Beispiel feuchte Luft mit gelösten Salzen, Regen oder Kühlwasser.

Das Metall mit dem niedrigeren Potenzial ist das unedlere. Es bildet den Minuspol (Anode) und löst sich auf, es wird oxidiert. Am Pluspol (Kathode) werden die Elektronen verbraucht, bei Rost reagiert dort Sauerstoff mit Wasser.

Anode: Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻

Kathode: O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻

Die gelösten Eisen-Ionen reagieren weiter zu Eisenoxidhydroxiden. Das ist der braune Rost.

Kontaktkorrosion

Werden zwei verschiedene Metalle leitend verbunden und von einem Elektrolyt benetzt, bildet sich ein Lokalelement. Das unedlere Metall löst sich auf. Das Flächenverhältnis ist wichtig: Ist die Fläche des edleren Metalls groß und die des unedleren klein, konzentriert sich der Angriff auf die kleine Fläche und zerstört sie schnell. Ein Beispiel ist eine Stahlschraube in einem großen Kupferblech.

Weitere Erscheinungsformen

Flächenkorrosion: gleichmäßiger Abtrag über die ganze Oberfläche.
Lochfraß: tiefe, kleine Löcher, oft bei Edelstahl durch Chloride.
Spaltkorrosion: Angriff in engen Spalten, in denen sich Feuchtigkeit hält.

Die elektrochemische Spannungsreihe

Die Spannungsreihe ordnet die Metalle nach ihrem Standardpotenzial. Wasserstoff dient als Nullpunkt. Metalle mit negativem Potenzial sind unedel, Metalle mit positivem Potenzial edel.

Metall	Zeichen	Standardpotenzial in V
Magnesium	Mg	−2,37
Aluminium	Al	−1,66
Zink	Zn	−0,76
Eisen	Fe	−0,44
Nickel	Ni	−0,25
Zinn	Sn	−0,14
Wasserstoff	H	0,00
Kupfer	Cu	+0,34
Silber	Ag	+0,80

Die Werte stehen in der Formelsammlung bzw. Tabelle der Aufgabe. Je nach Quelle weichen sie in der zweiten Nachkommastelle leicht ab. Zwei Regeln brauchst du:

Das unedlere Metall ist der Minuspol und wird zerstört. Das edlere Metall ist der Pluspol und wird geschützt.
Die Elementspannung ist der Abstand der Potenziale: U = E(edleres Metall) − E(unedleres Metall).

Durchgerechnetes Beispiel: Stahlschraube im Kupferblech

Eine Stahlschraube hält ein Kupferblech. Bei Regen bildet das nasse Blech einen Elektrolyt. Du sollst bestimmen, welches Metall korrodiert, und die Elementspannung berechnen.

Gegeben: E(Fe) = −0,44 V, E(Cu) = +0,34 V

Gesucht: Elementspannung U, Minuspol, Pluspol

Formel: U = E(edleres Metall) − E(unedleres Metall)

Einsetzen: U = 0,34 V − (−0,44 V) = 0,34 V + 0,44 V = 0,78 V

Ergebnis: Die Elementspannung beträgt 0,78 V. Eisen ist unedler, es ist der Minuspol und löst sich auf. Kupfer ist der Pluspol. Weil die Schraube klein und das Blech groß ist, wird sie rasch angegriffen.

Verbindest du das Eisen stattdessen mit Zink, ist Zink unedler: U = −0,44 V − (−0,76 V) = 0,32 V. Jetzt löst sich das Zink auf, und das Eisen bleibt unversehrt. Das nutzt der Opferschutz.

Maßnahmen zum Korrosionsschutz

Maßnahme	Wirkung	Beispiele
Konstruktiv	Feuchtigkeit und Elektrolyt fernhalten	Wasser ablaufen lassen, Spalten vermeiden, Teile belüften, Metalle mit ähnlichem Potenzial paaren, Isolierstücke zwischen verschiedenen Metallen
Werkstoffwahl	Werkstoff bildet selbst eine Schutzschicht	nichtrostender Stahl (Chrom bildet eine dichte Oxidschicht), Aluminium (Oxidschicht)
Passiver Schutz	Sperrschicht trennt Metall vom Angreifer	Lack, Pulverbeschichtung, Öl und Fett, Kunststoff, Emaille
Metallische Überzüge	Metallschicht schützt das Grundmetall	Verzinken, Vernickeln, Verzinnen, Eloxieren von Aluminium
Aktiver Schutz	greift in den elektrochemischen Vorgang ein	Opferanode, Fremdstromanlage, Inhibitoren im Kühlwasser

Passiver und aktiver Schutz

Der passive Schutz hält den Angreifer fern. Er wirkt nur, solange die Schicht dicht ist. Ein Kratzer im Lack lässt Wasser an das Metall.

Beim aktiven Schutz wird der Vorgang selbst beeinflusst. Bei der Opferanode wird ein unedleres Metall wie Zink oder Magnesium leitend mit dem Stahl verbunden. Es bildet den Minuspol und löst sich auf, der Stahl ist der Pluspol und bleibt geschützt. Die Anode wird verbraucht und muss regelmäßig ersetzt werden. Bei der Fremdstromanlage wird der Stahl von einer Gleichspannungsquelle zum Pluspol gemacht, ohne dass sich eine Anode opfert.

Metallische Überzüge im Vergleich

Zink ist unedler als Eisen. Auch bei einem Kratzer wird zuerst das Zink angegriffen, der Stahl ist weiter geschützt.
Nickel und Zinn sind edler als Eisen. Sie schützen, solange die Schicht dicht ist. Bei einem Riss wird das Eisen darunter zur Anode und rostet stark, man spricht von Unterrostung.

Ablauf einer Schutzlackierung

Vorbehandlung: entrosten, entfetten und reinigen.
Grundierung auftragen. Sie haftet und schützt.
Zwischenschicht und Deckschicht auftragen.
Trocknen oder aushärten lassen.
Schichtdicke und Aussehen prüfen.

Lagerung und Versand

Korrosionsgefährdete Teile werden trocken und belüftet gelagert. Metallblanke Flächen erhalten einen Ölfilm oder eine Schutzfolie. Dazu kommen Trockenmittel und Verpackungen mit flüchtigen Korrosionsinhibitoren. Schweißnähte und Kanten werden besonders sorgfältig beschichtet.

Typische Fehler

Korrosion wird mit Rost gleichgesetzt. Rost ist nur die Korrosion von Eisen und Stahl.
Das edlere Metall wird als das bezeichnet, das sich auflöst. Es löst sich immer das unedlere Metall auf.
Bei der Elementspannung wird falsch subtrahiert. Bei einem negativen Potenzial muss das Minuszeichen mitgeführt werden: 0,34 V − (−0,44 V) = 0,78 V.
Der Überzug aus Nickel oder Zinn gilt als genauso sicher wie Zink. Bei einem Riss rostet das Eisen darunter weiter.
Eine Opferanode wird eingebaut, ohne dass sie leitend mit dem Stahl verbunden ist oder im selben Elektrolyt liegt.
Konstruktive Maßnahmen werden vergessen, obwohl sie oft am wirksamsten sind.

Praxisbeispiel

In einer Halle wird eine Kühlwasserleitung aus Stahl um eine Messingarmatur ergänzt. Nach einem Jahr tritt am Anschluss Wasser aus, das Stahlrohr ist an der Verbindung dünn geworden.

Der Industriemeister erkennt Kontaktkorrosion: Messing ist edler als Stahl, das Kühlwasser wirkt als Elektrolyt, der Stahl löst sich am Übergang auf. Er lässt ein Isolierstück zwischen Stahlrohr und Armatur einbauen. Außerdem wird die Leitung innen mit einem Inhibitor im Kühlwasser geschützt.

So kombiniert er konstruktiven und aktiven Schutz.

Typische Prüfungsfragen

In den IHK-Prüfungen können beispielsweise folgende Anforderungen auftreten:

Erläutern Sie, wie elektrochemische Korrosion entsteht, und nennen Sie die Bedingungen.
Unterscheiden Sie chemische und elektrochemische Korrosion an je einem Beispiel.
Ermitteln Sie mit der Spannungsreihe die Elementspannung für die Metalle Zink und Kupfer.
Bestimmen Sie, welches Metall einer Kombination Aluminium und Kupfer sich auflöst, und begründen Sie die Antwort.
Erklären Sie die Funktion einer Opferanode.
Begründen Sie, warum ein Nickelüberzug bei Beschädigung nicht mehr schützt.
Nennen Sie vier Maßnahmen zum Korrosionsschutz bei Lagerung und Versand.
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen aktivem und passivem Korrosionsschutz.

Fazit

Korrosion ist eine Redoxreaktion zwischen Metall und Umgebung. Bei der elektrochemischen Korrosion löst sich das unedlere Metall auf, wenn Elektrolyt und leitende Verbindung vorhanden sind. Die Spannungsreihe zeigt, welches Metall das ist, und die Differenz der Potenziale gibt die Elementspannung.

Für die Prüfung solltest du die Bedingungen der elektrochemischen Korrosion nennen, mit der Spannungsreihe Minuspol und Elementspannung bestimmen sowie aktive und passive Schutzmaßnahmen mit Beispielen beschreiben können.

Korrosion und Korrosionsschutz