Vermeidung von Wasserstoffversprödung

Die applikationsbedingte wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion kann zu plötzlichem Versagen von Bauteilen an Maschinen und landwirtschaftlichen Geräten führen. Um aufwändige Reparaturarbeiten zu vermeiden gilt es einen geeigneten Korrosionsschutz zu wählen.

Wartungs- oder Reparaturarbeiten an landwirtschaftlichen Maschinen und Geräten bringen teure Verzögerungen oder Ausfälle der Maschinen mit sich. Eine mögliche Ursache, die aus   scheinbar „heiterem Himmel“ eintritt, kann die applikationsbedingte wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion sein. Sie kann schon bei der Montage der später hoch beanspruchten Bauteilen zum plötzlichen Versagen führen. Konstruktionsteile, aber auch hochfeste Verbindungselemente brechen von jetzt auf gleich. Für Maschinen, die während der Bodenbearbeitung, Dünge- oder Erntezeit zuverlässig im Dauereinsatz sein müssen, ist dies der absolute Supergau.

Zusammenspiel verschiedener Ursachen

Die Gefahr der Wasserstoffversprödung betrifft hochfeste Stähle ab Festigkeiten > 1.000 N/mm2 und entsteht durch Wasserstoffatome, die in den Stahl eindiffundieren. Begünstigt wird dies durch z. B. Gefügefehler, Einschlüsse, Verunreinigungen oder mechanische Spannungen bei der Stahlverarbeitung. Weitere Einflussgrößen ergeben sich bei der Fertigung von Bauteilen aus Stahl durch Maßnahmen wie Umformung, Verfestigung oder Wärmebehandlung. Aber auch die Beschichtung des Bauteils kann einen Einfluss haben. Bei Beiz- bzw. Reinigungsvorgängen und dem galvanischen Beschichten von ferritischen Stahlteilen kann im Prozessbad atomarer Wasserstoff entstehen, der in die Stahloberfläche eindiffundieren kann. Nicht zuletzt kann eine Wasserstoffbeladung durch Korrosionswasserstoff erfolgen, also beim Benutzen der Bauteile.

Es ist das kritische Zusammenwirken verschiedener Einflussgrößen, welches schließlich zum Versagen eines Bauteils führt, ohne dass eine Vorschädigung bemerkt werden konnte.

Ein schleichender Prozess

Der atomare Wasserstoff wandert im Stahl zu den Korngrenzen und Fehlstellen, reichert sich dort an und schwächt dabei den Metallverbund bis ein mikroskopisch feiner Riss entsteht. Dadurch entspannt sich zwar diese Zone; an der Rissspitze entstehen jedoch neue Spannungskonzentrationen, die ihrerseits wieder atomaren Wasserstoff anziehen, geschwächt werden und reißen. In letzter Konsequenz kann der Restquerschnitt die äußere Zugbelastung nicht mehr tragen und es kann zu einem verzögerten Sprödbruch kommen.

  
Interkristalliner Wasserstoffriss (REM Aufnahme 10 um, li), Transkristalliner Wasserstoffriss (REM Aufnahme 10um, re), Quelle: GSI NL SLV Duisburg


Die DIN 50969-1 beschreibt, wie sich die Einflussgrößen der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion durch die konstruktive Auslegung eines Bauteils, durch werkstofftechnische und fertigungstechnische Maßnahmen und durch die Verminderung von Zugeigenspannungen reduzieren lassen. Auch bei der Beschichtung kann man versuchen, die Wasserstoffaufnahme durch entsprechende Prozessführung zu minimieren – zum Beispiel indem man bei der Vorbehandlung nicht beizt, sondern strahlt oder alkalisch entfettet. Auch kann man den Wasserstoff durch Tempern wieder effundieren lassen. Dies hängt jedoch von der Struktur der Beschichtung ab und ist zeit- und damit kostenaufwändig.

Gefahrenvermeidung durch Zinklamelle

Die beste Lösung ist deshalb, ein Beschichtungssystem einzusetzen, in dessen Prozess gar kein Wasserstoff angeboten wird. Die nicht-elektrolytische applizierte Zinklamellenbeschichtung ist deshalb eine gute Wahl bei der Herausforderung, ein hochfestes Stahlbauteil sicher vor Korrosion zu schützen. Dabei handelt es sich um einen „Lack“ aus vielen kleinen Lamellen, der  Bauteile verschiedener Art primär vor Korrosion schützt. Durch die Opferwirkung des unedleren Zinks schützt er aktiv vor Umwelteinflüssen. Das nennt sich kathodischer Korrosionsschutz.


Verhältnis von Schichtdicke zu Salzsprühnebelbeständigkeit in Anlehnung an DIN EN ISO 10683


Zinklamellenüberzüge enthalten meist eine Kombination aus Zink- und Aluminiumlamellen (gem. DIN EN ISO 10683 oder DIN EN 13858), die durch eine anorganische Matrix verbunden sind. Das System, bestehend aus einem Base- und einem Topcoat, benötigt nur eine Schichtdicke von 8 bis 20 μm und ermöglicht sehr hohe Korrosionsstandzeiten in verschiedenen Korrosionsschutztests. Lamellenartig angeordnete Zinkpartikel, verbunden durch eine Bindermatrix, vernetzen dabei auf dem Bauteil. Dies kann schon bei Raumtemperatur geschehen; die meisten Produkte vernetzen jedoch bei Temperaturen von gewöhnlich 180–220°C. Materialschonender kann kathodischer Korrosionsschutz nicht aufgebracht werden. Je nach Bauteil empfehlen sich unterschiedliche Applikationsformen wie z.B. das Tauch-Schleuder-Verfahren oder die Spritz-Applikation.

Keine Frage der Kosten

Effektive Zinklamellensysteme bieten nicht nur einen hoch leistungsfähigen kathodischen Korrosionsschutz, sondern sind auch dank der geringen Schichtdicke nicht kostenintensiver als bedingt geeignete, konventionelle Dickschichtlackierungen.