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Korrosion – Schutzmaßnahmen

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Die Autor*innen
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Team Wissensdurst
Korrosion – Schutzmaßnahmen
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Korrosion – Schutzmaßnahmen

Viele Gegenstände bestehen aus Metall. Beginnt Metall zu korrodieren, dann verliert es seine Eigenschaften und und Bauwerke und Gegenstände erhalten erhebliche Schäden. Metallische Gegenstände müssen daher gut vor Korrosion geschützt werden. Mittlerweile gibt es ganze Industriezweige, die sich damit befassen. Welche Schutzmaßnahmen es gibt, erfährst du in diesem Video.

Transkript Korrosion – Schutzmaßnahmen

Die Korrosion kann an Gegenständen und Bauwerken erhebliche Schäden anrichten. Ganze Industriezweige haben sich darauf spezialisiert, gegen diese Zerstörung anzukämpfen. Bei der Korrosion reagiert die Oberfläche von Metall mit der Umgebung, zum Beispiel mit Luft, Sauerstoff und Wasser. Daher müssen bei einem wirksamen Korrosionsschutz Metalle von Luft, Sauerstoff und Wasser komplett ferngehalten werden. Eine einfache und kostengünstige Maßnahme ist das Lackieren. An Pauls Fahrrad ist zum Beispiel der Rahmen lackiert. Die Farbschicht schützt das Metall vor Luft und Wasser. Diese Schutzschicht wird aber schon bei der ersten Fahrradtour leicht angegriffen. Kleine Kratzer und Dellen sammeln sich im Laufe der Zeit auf dem Lack an. Eine beschädigte Lackschicht legt den Rahmen frei und bietet dort Angriffsflächen für die Korrosion. Sehr häufig kommen auch Kunststoffüberzüge zum Einsatz. Viele Fahrradschlösser bestehen aus Metall und sind mit einer dünnen, sehr widerstandsfähigen Kunststoffschicht überzogen. Die Fahrradkette ist der einzige Punkt, der wirklich freiliegen muss, um seine mechanische Funktion zu erfüllen. Eine Schutzschicht kann nicht haltbar aufgetragen werden, da sie der permanenten Reibung der Kettenglieder zum Opfer fallen würde. Die winzigen Teile könnten mit einem Kunststoffüberzug nur schwer ineinandergreifen. Die einzige Möglichkeit ist also, die Kette mit einer Schutzschicht aus Fett oder Öl zu überziehen. Das ist eine gängige Methode bei Objekten, die prozessbedingt nicht anders vor Korrosion geschützt werden können, zum Beispiel auch Maschinen und Motoren. Es gibt aber auch Methoden, die beim Korrosionsschutz gezielt mit dem Prinzip der Korrosion arbeiten und sich diese zunutze machen. So werden korrosionsanfällige Metalle wie Eisen häufig durch die Beschichtung mit einem anderen Metall geschützt. Eine Metallschicht als Schutz ist haltbarer und weniger pflegebedürftig als zum Beispiel der Schutz durch Lack. Es ist möglich, das Eisen mit einem unedleren Metall zu ummanteln, das eine natürliche Oxidschicht bildet und sich selbst und das Eisen vor Korrosion schützt. Dieses Beispiel haben wir schon beim Fahrradlenker kennengelernt. Der Lenker ist verchromt. Die Schutzschichten aus Metall werden mit der sogenannten Galvanotechnik aufgetragen. Dabei lagern sich Metallpartikel, beispielsweise Chrom oder Kupfer, ab und bilden einen hauchdünnen, aber gleichmäßigen und undurchlässigen Schutzmantel. Einige Metalle wie Aluminium, Chrom, Nickel und Zink bilden an der Luft eine natürliche Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Korrosion bewahrt. Man macht sich also den Korrosionsprozess gezielt zunutze, um ihn als Schutz einzusetzen. Die Felgen des Fahrrads bestehen zum Beispiel aus Aluminium und schützen sich durch die natürliche Oxidschicht selbst vor Korrosion. Beim sogenannten Eloxal-Verfahren wird durch Elektrolyse eine Schutzschicht auf dem Aluminium erzeugt, die um ein Vielfaches dicker ist als die natürliche Schutzschicht. Im Gegensatz zur Galvanisierung wird die Oxidschicht hierbei nicht aufgelagert, sondern es werden die obersten Aluminiumschichten in Oxide umgewandelt. Hierzu wird an ein Aluminiumstück in einem Elektrolytbad Strom angelegt. Dies bewirkt, dass sich eine poröse Oxidschicht bildet. Durch die Poren kann der Elektrolyt weiter eindringen und tief im Aluminium weitere schützende Oxide bilden. Die Schutzschicht wächst also in das Aluminium hinein. In diese Poren können noch Farbstoffe eingelagert werden, durch die das Aluminium gefärbt wird. Danach werden die Poren geschlossen. Diesen Vorgang nennt man Verdichten. Das Aluminiumstück ist nun durch eine dicke Oxidschicht geschützt. Im Stadtbild findet man unzählige Fahrradständer, die den täglichen Witterungsverhältnissen ausgesetzt sind. Diese bestehen aus verzinktem Stahl. Die Stahlteile werden in geschmolzenes, flüssiges Zink getaucht. Diesen Vorgang nennt man auch Feuerverzinken. Zink ist unedler als Eisen und reagiert besser mit Sauerstoff als Eisen. Dabei bildet es eine natürliche Oxidschicht, die das Zink und das darunter liegende Eisen schützt. Wird der Fahrradständer aber trotzdem beschädigt, so dass das Eisen freiliegt, reagiert eher das Zink mit Wasser und Luftsauerstoff als das Eisen, da es unedler und reaktionsfreudiger ist. Das Zink opfert sich sozusagen für das Eisen. Das Eisen korrodiert nicht und das Zink bildet eine neue Oxidschicht. Jetzt weiß Paul, wie die Korrosion abläuft und wie es dazu kommt. In Zukunft wird er also sein Fahrrad von Feuchtigkeit fernhalten und im Winter lieber in die Garage stellen. Außerdem wird er darauf achten, dass der Rahmen und der Lenker keine Kratzer bekommen. Und er wird regelmäßig die Kette ölen. Dann kann Paul auch noch im nächsten Frühling mit seinem geliebten Fahrrad zum Fußballtraining fahren.

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. Super Video, Danke

    Von Nadja L., vor mehr als einem Jahr

Korrosion – Schutzmaßnahmen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Korrosion – Schutzmaßnahmen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was Korrosion ist.

    Tipps

    Wünscht du dir, dass deine Fahrradkette rostet und reißt?

    Lösung

    Für die Definition der Korrosion ist es wichtig, dass diese Reaktion unerwünscht ist. Man will also nicht, dass diese stattfindet. Auch muss sie ohne weiteres Zutun von Menschen freiwillig erfolgen. Zudem können nur Metalle korrodieren.

  • Nenne Korrosionsschutzmaßnahmen.

    Tipps

    Korrosion entsteht, wenn Metalle Kontakt zu Luft und Wasser haben.

    Welche Maßnahmen bilden einen Schutz gegen Luft und Wasser?

    Öle und Fette sind hydrophob und verdrängen Wasser.

    Lösung

    Durch Korrosion wandeln sich die Metalle in Oxide oder Hydroxide um. Diese tragen dann nicht mehr zur Stabilität des Metalls bei. Das Metall wird dadurch porös. Allein in Deutschland entsteht durch Korrosion jährlich ein Schaden von etwa 150 Milliarden Euro. Daher ist Korrosionsschutz ein ökonomisch sehr wichtiges Thema.

    Um Metalle wirksam vor Korrosion zu schützen, muss man sie von Feuchtigkeit und Sauerstoff abschirmen. Dies gelingt durch Lackieren der Metalle, einen Kunststoffüberzug und auch durch Ölen und Fetten der Metalle. Noch wirksamer ist es, die Metalle mit einer robusteren Schicht aus korrosionsbeständigen Metallen oder Metalloxiden zu überziehen. Dies gelingt durch Galvanisieren und auch durch das Feuerverzinken.

    Die Verbrennung fördert eher die Oxidation der Metalle und ist daher kein Korrosionsschutz. Hydrierung, die Anlagerung von Wasserstoff, stellt ebenfalls keinen Korrosionsschutz dar.

  • Erkläre, was beim Experiment passiert.

    Tipps

    Kupfer ist edler als Eisen.

    $CuSO_4$ ist Kupfersulfat.

    Lösung

    Alleine das Eintauchen des unedleren Metalls ist ausreichend, damit sich die Metallionen des edleren Metalls auf dem unedleren Metall ablagern. Auf diesem Wege lassen sich einfach Gebrauchsgegenstände veredeln.

    Doch ehe du darüber nachdenkst, auf diesem Wege deine Lieblingsgegenstände zu vergolden, Goldlösungen sind teurer als Gold in gediegenem Zustand.

  • Vergleiche die Verbrennung mit der Korrosion.

    Tipps

    Für die Korrosion braucht man nur wenig Wärme, dafür aber ein Elektrolyt.

    Wie lange dauert es bis ein Streichholz abgebrannt ist?

    Entzündet sich das Streicholz ohne dein zutun?

    Lösung

    Die Verbrennung ist eine nur unfreiwillig, aber schnell ablaufende Reaktion, die bei Eisen erst mit einer hohen Aktivierungsenergie erfolgt.

    Die Korrosion ist eine freiwillig, aber extrem langsam ablaufende Reaktion, die bei Eisen ohne größere Aktivierungsenergie erfolgt.

    Obwohl die Reaktionsprodukte der beiden Reaktionen sehr ähnlich sind, unterscheiden sich doch die Verbrennung und die Korrosion sehr in ihrem Verlauf.

  • Gib an, wann Korrosion stattfinden kann.

    Tipps

    Achtung! Mehr als eine Antwort ist richtig!

    Rost ist eine Mischung aus Eisenoxiden und Eisenhydroxiden.

    Das Wort „Hydor“ ist altgriechisch für „Wasser“.

    Lösung

    Damit ein unedles Metall korrodiert, wird neben dem Sauerstoff aus der Luft auch ein Elektrolyt benötigt. Dies kann Wasser, Meerwasser oder auch feuchte Erde sein.

    Der Elektrolyt dient zum einen als Lösungsmittel für die Metallionen, aber auch als leitende Lösung.

  • Bewerte die unterschiedlichen Korrosionsschutzmaßnahmen.

    Tipps

    Unedlere Metalle korrodieren viel schneller als edlere Metalle.

    Metalle leiten den elektrischen Strom.

    Lösung

    Unter den vielen Korrosionsschutzmaßnahmen fällt eine besonders auf. Der Schutz durch unedlere Metalle. Dies ist die einzige Schutzmaßnahme, bei der Beschädigungen der Schutzschicht keine Rolle spielen.

    Da die Korrosion eine elektrochemische Reaktion mit Elektronenaustausch ist und Metalle Leiter sind, können so immer Elektronen vom unedlerem zum edlerem Metall fließen. So wird das unedlere Metall korrodiert und das edlere Metall geschützt.

    Diese Technik wird vor allem bei Schiffen genutzt. Statt diese aufwendig zu lackieren oder zu galvanisieren, bringt man einfach an gut erreichbaren Stellen Opferanoden aus unedleren Metallen am ungeschützten Schiffsrumpf an. Sind diese verbraucht, füllt man sie einfach nach.

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