Lochfraßkorrosion – Lochfraß bei Kupfer, Stahl, Edelstahl und Aluminium

Lochfraßkorrosion in einem Dampfkessel

Lochfraßkorrosion bezeichnet die Bildung kleiner Vertiefungen, Löcher oder Gruben in einer Metalloberfläche. Sie wird durch elektrochemische Reaktionen hervorgerufen, die dazu führen, dass das Metall an bestimmten Punkten stark angegriffen wird, während die restliche Oberfläche intakt bleibt. Außerdem sind die Löcher manchmal von einer Schicht aus Korrosionsprodukten (Rost) bedeckt. Das sorgt dafür, dass Lochkorrosion oft zu spät erkannt wird – in vielen Fällen erst, wenn es schon zu spät ist.

Ein Hauptauslöser ist das Vorhandensein von Chloriden bzw. Chlorid-Ionen. Diese Ionen zerstören die schützende Oxidschicht des Metalls, wodurch eine anodische Reaktion beginnt. Die entstehenden Metallionen werden in der umgebenden Flüssigkeit gelöst, während sich in der Vertiefung aggressive korrosive Verbindungen ansammeln, die den Angriff weiter beschleunigen. Ein Teufelskreis also, wenn man nichts dagegen unternimmt.

Ein weiteres Risiko ist gegeben, wenn kleine Fremdpartikel, wie zum Beispiel Eisenpartikel, in ein System aus Kupfer oder Edelstahl gelangen. Diese Partikel können mit dem Rohrmaterial kleine galvanische Zellen bilden, was sofort Korrosion auslöst. Dabei ist es egal, ob das Rohr aus Kupfer, Aluminium, Edelstahl oder Eisen ist– entscheidend ist der elektrische Potentialunterschied zwischen dem Rohrmaterial und den Fremdpartikeln.

Ein Beispiel: Aluminium hat ein elektrisches Potenzial von -1,66 V und Eisen von -0,6 V. In Wasser entsteht so eine Spannungsdifferenz von etwa 1 Volt, die die Korrosion stark beschleunigen kann. Diese elektrochemischen Prozesse zeigen, warum die Materialien in Umgebungen, die zur Korrosion neigen, besonders sorgfältig ausgewählt werden sollten.

Vereinfacht gesagt, entsteht Lochkorrosion meist durch eine sogenannte Depassivierung eines kleinen Bereichs der Metalloberfläche. Dieser Bereich wird anodisch, während das umgebende Material zur Kathode wird, was zu lokaler Korrosion führt.

Zu den häufigsten Ursachen für Lochfraß in Wasserkreisläufen gehören:

• Oberflächenfehler/ Beschädigte Schutzschicht
  Metallverunreinigungen, Risse und Kratzer in der Schutzbeschichtung wirken als anodische Angriffsstellen und fördern Oxidation.
• Niedriger pH-Wert
  Viele metallische Werkstoffe sind bei geringem pH-Wert sehr anfällig für Korrosion.
• Hohe Temperaturen
  Lokal hohe Temperaturen, z. B. in Wärmetauschern, können zum Beispiel mit Chloriden zu sehr schnellem Lochfraß führen.
• Ablagerungen/Schmutzpartikel
  Unter Ablagerungen oder an belegten Oberflächen findet man häufig auch Lochkorrosion vor.
• Wasser, das auf Oberflächen verdunstet
  Hier bleiben unter anderem die Salze auf der Oberfläche und können Lochkorrosion verursachen.
• Chloride und freies Chlor/Brom: Sicherlich einiger der häufigsten Gründe für Lochfraß. Nicht nur das Vorhandensein von Chlorid-Ionen ist hier relevant, vielmehr ist auch die oft hohe Oxidationskraft von Wasser das mit Chlor oder Brom behandelt wird, entscheidend. Man muss in diesem Fall bedenken, dass Korrosion eine Oxidation von Metallen darstellt. Oxidationsmittel können somit Korrosion extrem beschleunigen. Hier ist u.a. die Dosierung von chlorhaltigen Bioziden, z. B. Chlorbleichlauge sehr relevant.

• Biologische Ablagerungen
  Bakterien (z. B. sulfatreduzierende Bakterien), Algen (wie Shewanella und Chlorella vulgaris), Pilze (wie Aspergillus terreus) und andere Biofilme können die Schutzschicht mechanisch beschädigen und Lochkorrosion begünstigen.
• Galvanische Korrosion / Kontaktkorrosion
  In Mischinstallation kann das Vorhandensein von edlen Metallen, z. B. Kupfer und unedlen Metallen, z. B. Aluminium Lochfraß begünstigen.
• Chemische Angriffe
  Bestimmte chemische Verbindungen wie organische Säuren, Chloridlösungen, Bromid-, Fluorid- und Iodid-Ionen beschleunigen die Korrosion erheblich.
• Ungeeignete Korrosionsschutzmittel bzw. Dosiermengen
  Werden chemische Produkte, die z. B. eine Schutzschicht auf metallischen Werkstoffen zum Zwecke des Korrosionsschutzes bilden sollen, in zu geringen Mengen eingesetzt, kann sich Korrosion auf Stellen ohne Schutzschichtbildung konzentrieren. Typischerweise ist hier eine zu geringe Dosiermenge an Molybdän zu nennen.

Lochkorrosion kann verschiedene Gesichter haben. Die genaue Gestalt der Korrosionsstellen hängt vom betroffenen Material und der Ausrichtung seiner Kornstruktur ab. Besonders anfällig sind passive Metalle und Legierungen wie Edelstahl. Allerdings kann nahezu jedes Metall oder Material, das zu Korrosion neigt, betroffen sein.

Manche Metalle sind anfälliger für Lochfraßkorrosion als andere. Als Faustregel gilt, je unreiner das Material, desto eher kann Lochfraß auftreten.

Aluminium ist aufgrund seiner natürlichen Oxidschicht vom Grundsatz relativ korrosionsbeständig. Allerdings kann diese Schutzschicht bei ungeeigneter Wasserqualität (Chloride, pH-Wert usw.) schnell zerstört werden. Ist dies der Fall, dann ist das Material sehr schnell korrosiv zerstörbar. Lochfraß ist eine häufige Folge. Typischerweise folgt der Lochfraß bei Aluminium der kristallinen Kornstruktur des Metalls, was zu charakteristischen Mustern führt.

Alles entscheidend ist, ob die Oxidschicht des Aluminiums stabil bleibt.

Unlegierter oder niedrig legierter Stahl ist besonders anfällig für Lochfraß, wenn er nicht durch Beschichtungen oder Verzinkung geschützt wird. Lochfraß tritt häufig an mechanisch beanspruchten Teilen oder an Stellen mit lokal höherer Temperatur auf. Sobald die Schutzschicht lokal beschädigt ist, können aggressive Medien eindringen und den Korrosionsprozess starten.

Bei verzinktem Stahl empfehlen wir unter anderem folgende Parameter:

• KS_4,3 (Säurekapazität bis pH-Wert 4,3): >2 mmol/l
• Calciumgehalt: >20 mg/l
• pH-Wert: <8,8

Bei Schwarzstahl und anderen un- oder niedriglegierten Stählen ist es etwas komplexer.
Fragen Sie uns hier bitte individuell an.

Kupferrohr und Kupferleitungen sind in vielen Anwendungsbereichen in der Industrie weit verbreitet. Kupfer gilt normalerweise als gut korrosionsbeständig, kann aber in bestimmten Situationen Lochfraßkorrosion entwickeln. Zum Beispiel bei stagnierendem Wasser oder in Umgebungen mit hohem Sauerstoffgehalt. Wenn Wasser für längere Zeit in einem Rohr steht, gast der Sauerstoff aus. Dieser reagiert mit dem Kupferrohr, unabhängig davon, ob es sich um Eisen oder Kupfer handelt. Führt dies zu Lochfraß, kann der Schaden oft erheblich sein.

Bestimmte Ionen, insbesondere Bikarbonate und Sulfate, können die Wahrscheinlichkeit und Schwere des Lochfraßes in Kupfersystemen erheblich beeinflussen. Daher sind Materialauswahl und Wasserchemie entscheidende Faktoren für die Vermeidung von Korrosion.

Lockkorrosion Typ 1: Bei Kupferrohren in Verbindung mit Kaltwasser empfehlen wir unter anderem folgende Parameter:

• wenig SO₄²­­
• wenig NO₃ bei hoher KS_4,3

Lochkorrosion Typ 2: Bei Kupferrohren in Verbindung mit Warmwasser (> 60 °C) empfehlen wir unter anderem folgende Parameter:

• KS_4,3 > 1,5 mmol/l
• S3 > 1,5
• pH-Wert > 7,0

Obwohl Edelstahl als korrosionsbeständig gilt, kann er dennoch anfällig für Lochfraß sein, insbesondere in Wasser mit hohem Chloridgehalt. Bestimmte Edelstahllegierungen enthalten Molybdän, um die Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraß zu erhöhen. Ungeeignete Reinigungsmittel oder Kontakt mit minderwertigen Materialien können jedoch den Schutzmechanismus dieser Stähle beeinträchtigen.

Die Wahrscheinlichkeit und Intensität des Lochfraßes hängen von mehreren Faktoren ab, darunter:

• Die Edelstahlqualität (höhere Chrom- und Molybdängehalte erhöhen die Beständigkeit)
• Die Chloridkonzentration in der Umgebung
• Die Temperatur
• Die Oberflächenbeschaffenheit und der Zustand des Materials
• Das Vorhandensein oxidierender Stoffe

Bei Edelstahl empfehlen wir unter anderem folgende Parameter:

• CI < 213 mg/l (Kaltwasser)
• CI < 53 mg/l (Warmwasser)

Zur Bewertung der Lochfraßbeständigkeit verschiedener Edelstahltypen wird häufig die Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) verwendet – je höher der PREN-Wert, desto besser ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochfraß.

Die folgende Tabelle zeigt die relative Anfälligkeit verschiedener Metalle für Lochfraßkorrosion sowie typische kritische Ursachen/Gegebenheiten:

Dies ist nur eine kleine, aber hilfreiche Übersicht. In der Praxis sind viele Fälle natürlich komplexer. Kaontaktieren Sie uns hierzu bei Bedarf, wir teilen unser Wissen gern mit Ihnen.

Wir halten Lochfraß für eine der gefährlichsten Formen der Korrosion, weil er so schwer zu erkennen, zu vorhersagen und zu verhindern ist. Erste Anzeichen können kleine punktförmige Vertiefungen oder Verfärbungen auf der Metalloberfläche sein. Allerdings sind diese für das bloße Auge kaum erkennbar. In einigen Fällen bildet sich ein weißer oder rötlicher Korrosionsbelag.

Auch wenn Lochfraß mit bloßem Auge kaum sichtbar ist, gibt es zuverlässige Verfahren, um ihn nachzuweisen. Durch regelmäßige Tests lässt sich verhindern, dass er größeren Schaden verursacht. Es ist daher ratsam, besonders anfällige Materialien regelmäßig auf Anzeichen von Korrosion zu überprüfen.

Zur Früherkennung werden verschiedene Techniken eingesetzt:

• Visuelle Inspektion:Erste Hinweise auf Lochfraß können durch direkte Sichtkontrolle gewonnen werden. Ein Experte kann mithilfe eines Mikroskops die Anzahl und Verteilung von sogenannten Gruben in einem bestimmten Bereich untersuchen, um deren Größe und Schwere einzuschätzen.
• Röntgen- und Ultraschalluntersuchungen:Diese Methoden helfen dabei, tiefere Schäden im Material zu erkennen. Bei der Ultraschallprüfung wird Schallenergie in das Metall gesendet. Diese Impulse reflektieren von der Oberfläche und werden in elektrische Signale umgewandelt, die dann die Position von Hohlräumen und anderen Defekten anzeigen.
• Elektromagnetische Tests:Diese Technik wird eingesetzt, um Oberflächenfehler in leitenden Metallen wie Stahl und Eisen zu lokalisieren. Sie hilft dabei, Unregelmäßigkeiten zu entdecken, die mit anderen Methoden möglicherweise schwerer zu erkennen sind.
• Elektrochemische Messungen: Dabei wird ein elektrischer Strom auf das Metall geleitet, wodurch messbare elektrische Signale entstehen, die auf die Korrosionsrate hinweisen.
• Immersionstest:Bei diesem Test wird ein Metallstück in eine spezielle Lösung getaucht und dort für mehrere Tage belassen. Nach dem Entfernen wird die Korrosionsrate analysiert und die Gruben unter einem Mikroskop untersucht, um deren Ausmaß und Schwere zu bestimmen.

Eines vorweg. Seit 30 Jahren erleben wir immer die gleiche Situation. Erste Schäden in Wasserkreisläufen bedingen ein schnelles Handeln. Das ist normal, da Lochfraß vorab schwer zu entdecken ist.

Zunächst muss man das Wassersystem verstehen, speziell wenn es sich um industrielle Kühl- oder Heißkreisläufe handelt. Die Metallurgie, die Qualität des Nachspeisewassers und des Kreislauf- bzw. Kühlwassers müssen geklärt werden.

Mit den oben genannten Informationen lassen sich in vielen Fällen bereits die Ursachen der Korrosion erkennen. Durch das Wissen um diese Ursachen und deren gezielte Vermeidung – etwa durch eine angepasste Chlordosierung, eine optimierte Wasserqualität oder die Wahl geeigneter Metalllegierungen – kann die Korrosion oft mit einfachen und schnell umsetzbaren Maßnahmen deutlich reduziert werden.

Die häufigsten Ursachen sind nach unserer Erfahrung:

• Oxidative, häufig chlorbasierte, Biozide
  Zusatzhinweis: Chlorelektrolyseanlagen sind hier häufig ganz kritisch zu sehen.
• Falscher/ungeeigneter/fehlender Korrosionsschutz
• Ablagerungen/Fremdstoffeintrag
• Chloride
• Allgemein sehr ungeeignete Wasserqualität

Ja natürlich, oft lässt sich die Wasserqualität mit einfachen Anlagen spürbar verbessern, um Lochfraß zu reduzieren. Je nach Situation kann eine Wasseraufbereitung für das Zusatzwasser oder das Kühl- bzw. Umlaufwasser sinnvoll sein. Dies sollte stets individuell geprüft werden.

Aber Vorsicht: Nicht selten kann auch eine vollständige Enthärtung des Wassers durch eine Enthärtungsanlage sehr fördernd für Lochfraß sein.

Speziell in industriellen Wassersystemen werden häufig ungeeignete Biozide eingesetzt. Ursächlich für Lochfraß sind meist chlor- bzw. brombasierte Biozidprodukte in erhöhten Dosiermengen. Aber auch ein fehlender Einsatz von Bioziden bzw. Desinfektionsmitteln kann die Ursache für Lochkorrosion sein. Mikrobiologisch induzierter Lochfraß ist dann häufig die Folge.

Auch eine Reinigung eines Wassersystems kann, speziell bei signifikanter Belagsbildung, für die zukünftige Vermeidung von Lochfraß von metallischen Werkstoffen notwendig sein.

Korrosionsschutzmittel spielen sicherlich nicht eine, sondern die zentrale Rolle bei der zukünftigen Vermeidung von Lochfraßkorrosion. Ganz einfach, weil diese einfach einzusetzen, meist sehr wirtschaftlich und am Ende sehr effizient zum Schutz vor Lochfraß sind.

Die Produktauswahl und Dosiermenge sind hier die entscheidenden Faktoren zum Schutz der Oxidschicht und für signifikante Reduzierung oder Vermeidung zukünftiger Korrosionsschäden durch Lochfraß.

Meist sind Kombinationsprodukte aus Korrosionsinhibitoren, abgestimmt auf die Metallurgie und Wassertemperatur des Kühlkreislaufs, in Verbindung mit reinigenden bzw. belagsvermeidenden Inhaltsstoffen sehr erfolgreich. Insbesondere dann, wenn Ablagerungsbildung einen signifikanten Einfluss auf den Lochfraß hat. Weiter kann die Verhinderung von galvanischer Korrosion durch unedle Metalle im Kühlsystem chemisch unterdrückt werden. Eine Korrektur des pH-Wertes ist ebenfalls nicht selten.

Alle genannten Punkte können in der Regel durch ein Korrosionsschutzmittel mit unterschiedlichen Wirkstoffen, also durch ein einziges Produkt, sichergestellt werden. In der Summe ergeben sich hierdurch sehr wirtschaftliche Möglichkeiten zum Schutz vor Korrosion.

Welche Korrosionsschutzmittel wir einsetzen? Wir teilen unser Wissen gern mit Ihnen.