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Die Verwendung eines Stahles oder Gußeisens zur Herstellung von Gegenständen
mit verringerter Rostneigung in Wasser, Seewasser oder feuchtem Erdreich Es ist
bekannt, daß ein Zusatz von Kupfer zu Stahl und Gußeisen die Korrosionsbeständigkeit
an der Atmosphäre erhöht. Durch Versuche des Erfinders ist es möglich geworden,
über die Wirkungsweise des Kupfers bzw. über den hier vorliegenden Reaktionsmechanismus
Aussagen zu machen. Der rosthemmende Einfluß des Kupferzusatzes zu Gußeisen und
Stahl beruht auf folgenden Zusammenhängen Durch die während des Rostvorganges entstehenden
z- und 3wertigen Eisenionen, ferner durch den Sauerstoffgehalt des Korrosionsmittels
bedingt, besitzt jedes wässerige Korrosionsmittel ein Oxydationsvermögen, dessen
Meßzahl durch das in Volt zu messende Oxydationsreduktionspotential der Lösung angegeben
werden kann. Der Nachweis des Oxydationspotentials erfolgt durch Kombination einer
in das Korrosionsmittel eintauchenden blanken Platinelektrode in Verbindung mit
einer Bezugselektrode, z. B. einer
oder Kalomelelektrode, und Messung der
entstehenden Potentialdifferenz mit Hilfe einer Kompensationseinrichtung. Die Höhe
des während .des Rostens von Stahl und Gußeisen in verdünnten wässerigen Salzlösungen,
wie Fluß-und Seewasser, sich einstellenden Oxydationspotentials beträgt, bezogen
auf die normale Wasserstoffelektrode, (Elr=+ o,5 Volt).
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Die Bedeutung des Oxydationspotentials z. B. für in Wasser tauchendes
metallisches Kupfer besteht darin, daß das Kupfer oxydiert wird, d. h. in Lösung
geht. Die Gegenwart von Eisen führt aber zu einer Rückfällung der entstandenen Kupferionen
und zu einer allmählichen Verkupferung des Eisens auf der Oberfläche. Je nach den
für den Entladungs- und Kristallisationsvorgang der Kupferionen maßgebenden Verhältnissen
kommt es zur Ausbildung einer mehr oder weniger zusammenhängenden Kupferschicht,
die leim Rosten an der Atmosphäre in Kupferoxyd übergeht, fest auf dem Eisen haftet
und so den Rostvorgang hemmt, wie das praktisch allgemein bekannt ist.
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In Wässern bildet sich dagegen ein schwammiger Kupferüberzug aus,
der die Tätigkeit zahlreicher Lokalelemente( Kupfer/Korrosionsmittel/Eisen) herbeiführt,
deren Wirkung sich in beschleunigter Bildung und starker Anreicherung von Ferroferrihydroxydhydraten
äußert. Diese Oxydhydrate haften anfangs zähe auf dem Eisen; sie können sogar hart
und wasserundurchlässig werden, so daß sie die Stahloberfläche gegen weiteren Wasserzutritt
schützen können. Im Laufe der Zeit
werden sie aber zu schwarzem
Rost (Fe 0. Fe@03) und weiterhin zu braunem Rost (Fe. 03) oxydiert. Hierdurch werden
sie kör-= nig und zusammenhanglos; sie fallen ab und geben die Oberfläche des Werkstoffes
erneut, dem Angriff des Korrosionsmittels preis.
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Hieraus ist ersichtlich, daß der Kupferzusatz zu Stahl und Güßeisen,
der die Korrosion an der Atmosphäre wesentlich herabsetzt, die Korrosion beim langzeitigen
Eintauchen der Gegenstände in Wasser, Seewasser, feuchtes Erdreich u. dgl. nicht
vermindert. Diese Tatsache, daß der Kupferzusatz bei 'Tauchkorrosion wirkungslos
ist, war übrigens zur Zeit der Einreichung der Erfindung den Fachleuten allgemein
bekannt. Ausgedehnte Versuche haben nun ergeben, daß auch bei Tauchkorrosion die
hemmende Wirkung eines Kupferzusatzes dann voll zur Geltung gebracht werden kann,
wenn neben dem Kupfer Aluminium oder Magnesium einzeln oder gemeinsam zugesetzt
werden. Da diese Metalle Potentiale besitzen, die negativer sind als das konstante
OYydationsreduktionspotential des Korrosionsmittels, gehen sie als Ionen in Lösung;
im Gegensatz zum Kupfer findet aber beim Aluminium und Magnesium keine Ausfällung
am Eisen statt, weil ihre Potentialie negativer sind als das Eisenpotential. Die
in Lösung befindlichen Ionen der genannten Metalle reagieren nun mit den Hydr oxylionen
des Korrosionsmittels unter Bildung von Hydroxyd, welches sich zusammen mit Ferroferrihydroxyd
und fein verteiltem Kupfer auf der Eisenoberfläche abscheidet. Diese Schicht aber
erhärtet- unter Wasser im Laufe der Zeit zu einer zementartigen Masse, deren Haftfähigkeit
und Härte Schütz vor Ver-1otzungen und weiterer Korrosion bietet. Ein 'platzen und
Körnigwerden der Schutzicht tritt nicht ein.
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¢`#y'.` Bei Benutzüng eines Kupferstahles mit 'Aluminium und Magnesium
wird eine Schutzschicht erzeugt, die dem Charakter der obengenannten Reaktionen
entspricht.
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Die in Frage kommende Wirkung wird bereits durch verhältnismäßig kleine
Zusätze erzielt, die bei Stahl beispielsweise bei Aluminium o,o5 bis ö;25 % betragen;
ein höherer Zusatz wirkt ebenfalls, ohne jedoch bei Stählen besondere Vorteile zu
bringen. Bei Gußeisen dagegen wird-der beste Wert der Schutzwirkung je nach der
sonstigen Zusammensetzung bei o,5 bis t, 5 % Aluminium erreicht, wenngleich auch
hier bei geringeren Gehalten an Aluminium eine Schutzwirkung auftritt, die technisch
verwertbar ist. Magnesium übt diese Wirkung in Stahl und Gußeisen in einer Menge
von o, r bis zu 5 0,lo aus. Jedoch wird im allgemeinen wegen der sonst eintretenden
Schädlichkeit dieses Zusatzes für Stahl und Gußeisen hinsichtlich der mechanischen
Eigenschaften ein hoher Gehalt besser vermieden.
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Dementsprechend wird gemäß der Erfindung zur Herstellung von Gegenständen,
die bei Taüchkörrosion verringerte Rostneigung gegen den Angriff von Wasser, Seewasser
und feuchtem Erdreich besitzen sollen, Stahl oder Gußeisen verwendet, .die neben
einem Kupfergehalt bis zu. t % noch einen agier miehrere der nachstehenden Legierungszusätze
enthalten:
| Stahl Gußeisen |
| °;h |
| Aluminium in Mengen von etwa o;05 bis o,25 0,05 bis 1,5 |
| Magnesium - - - - o, i - 5 0,1 - 5 . |
Die übrige Zusammensetzung hinsichtlich des Gehaltes an Kohlenstoff, Mangan, Silicium,
Phosphor, Schwefel usw. hält sich in den für Stahl und Güßeisen üblichen Grenzen.
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Der die Rostneigung verhindernde Einfluß der genannten Metalle bleibt
auch erhalten, wenn der Stahl aus anderen Gründen mit Elementen, wie z. B. Mangan,
Silicium, Nickel, Phosphor, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadin, Kobalt, Titan, Bor,
Zirkon und Beryllium, legiert wird.
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Selbstverständlich tritt durch den Zusatz der genannten Metalle bedingte
Schutzwirkung für Stahl und Gußeisen auch bei atmosphärischer Korrosion ein. o Es
ist zwar bereits für Hochdruckkessel, Hochdruckrohre u. dgl. ein Stahl. bekanntgeworden,
weicher einen Zusatz von mehr als o,3% Aluminium enthält, um die Streckgrenze zu
erhöhen, und dem außerdem auch andere Elemente zur Erzielung verschiedener Eigenschaften
hinzugefügt werden können, z. B. Kupfer zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit.
Bei diesem Vorschlag ist aber einerseits offenbar nur an die gewöhnliche korrosionshemmende
Wirkung des Kupfers gedacht, die bekanntlich bei Tauchkorrosion nicht eintritt,
und außerdem ist der Aluminiumzusatz höher als erfindungsgemäß vorgeschlagen.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorschlägen bezieht sich die vorliegende
Erfindung nur auf die Erhöhung des Korrosionswiderstandes in Wasser, Seewasser oderfeuchtem
Erdreich bei der sogenannten Tauchkorrosion. Gestützt auf einwandfreie Versuchsergebnisse,
schlägt die Erfindung gerade für diesen Anwendungsfall für Stahl und
Gußeisen
Legierungen mit bestimmten Gehalten an Aluminium oder Magnesium neben Kupfer vor,
die der Tauchkorrosion durch Bildung einer Schutzschicht einen überraschend hohen
Widerstand entgegensetzen.