Was ist der beste Weg, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften für raue Umgebungen in Einklang zu bringen?

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Korrosion ist eine große Herausforderung für die Materialwissenschaft, insbesondere in rauen Umgebungen, in denen chemische, thermische, mechanische oder biologische Faktoren die Leistung und Haltbarkeit von Materialien beeinträchtigen können. Korrosionsbeständigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Korrosion zu widerstehen oder zu verhindern, aber sie ist nicht die einzige Eigenschaft, die für die Materialauswahl wichtig ist. Andere Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Duktilität, Härte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Kosten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Eignung eines Materials für eine bestimmte Anwendung. Wie können Sie die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften für raue Umgebungen in Einklang bringen? Hier sind einige Tipps und Beispiele, die Ihnen helfen sollen.

In diesem gemeinsamen Artikel finden Sie Antworten von Expert:innen.

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1 Verstehen Sie die Umgebung

Der erste Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, die Umgebung zu verstehen, in der das Material verwendet wird. In verschiedenen Umgebungen gibt es unterschiedliche Arten und Konzentrationen von korrosiven Stoffen wie Sauerstoff, Wasser, Säuren, Basen, Salzen, Gasen oder Mikroben. Die Umgebung beeinflusst auch die Temperatur, den Druck, die Feuchtigkeit, die Vibrationen und den Abrieb, denen das Material ausgesetzt ist. Durch die Analyse der Umgebung können Sie die Hauptursachen und -mechanismen von Korrosion identifizieren, wie z. B. gleichmäßige, Lochfraß, Spaltkorrosion, galvanische, interkristalline, Spannungsrisskorrosion oder Korrosionsermüdung. Dies wird Ihnen helfen, die Materialoptionen einzugrenzen und diejenigen auszuwählen, die den spezifischen Korrosionsformen widerstehen können.

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Robert Greeson

Managing Partner at Guardian Preservation Systems, LLC
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Our air has corrosive agents that when combined in the right environment create the breading ground for corrosion. We find that the one of the easiest ways to begin to fight corrosion is to have a good preventive maintenance schedule. We offer a neutralizer for various corrosives. When used properly this will reduce the effects greatly.

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長坂匠

工学博士（Chemical Engineering）履修中
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Pourbaix diagram is the electrochemical theory which exhibits metal's phase with the relation between the electrical potential (V) and pH in solution. Without conducting electricity (0 V), it can be considered environments in acid or base solutions. For example, the diagram shows that metal A is eroded in acid (pH < 5), and it is changed to metal hydroxide in base (pH > 9). In contrast, metal B is eroded in strong acid (pH < 1), and it is not altered to other phases in any bases. If we have to choose the metal for harsh environments, metal B may be more favorable to be selected, compared with metal A.

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2 Wählen Sie die entsprechende Materialklasse

Der nächste Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, die geeignete Materialklasse wie Metalle, Keramiken, Polymere oder Verbundwerkstoffe auszuwählen. Jede Klasse hat ihre eigenen Vor- und Nachteile in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften. Zum Beispiel sind Metalle im Allgemeinen stark, duktil und leitfähig, aber sie neigen zu Oxidation und elektrochemischen Reaktionen. Keramik ist hart, verschleißfest und stabil bei hohen Temperaturen, aber sie sind spröde und schlechte Leiter. Polymere sind leicht, flexibel und beständig gegen viele Chemikalien, aber sie sind anfällig für thermischen Abbau und Quellung. Verbundwerkstoffe sind Kombinationen aus zwei oder mehr Materialien, die die gewünschten Eigenschaften verbessern und die unerwünschten reduzieren können, aber sie sind komplex und teuer in der Herstellung. Je nach Anwendung und Umgebung können Sie die Materialklasse wählen, die Ihren Anforderungen am besten entspricht.

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長坂匠

工学博士（Chemical Engineering）履修中
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In some metals, passivation layers are formed on their surfaces by acids instead of rust, which are so-called valve metals. In addition, these metals form their oxide layers on their surfaces, which have their property of corrosion resistance. Therefore, valve metals and their alloys have utilized to protect materials from corrosion. For instance, Nb and its alloy have utilized steel, buildings, ships, and other applications. By contrast, Al and Ti are light metals. Therefore, their alloys have been applied for automobiles and airplanes to enhance fuel efficiency.

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3 Vergleichen Sie die Materialqualitäten

Der dritte Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, die Materialqualitäten innerhalb der gewählten Klasse zu vergleichen. Materialqualitäten sind Variationen eines Materials, die unterschiedliche Zusammensetzungen, Strukturen oder Behandlungen aufweisen, die sich auf ihre Eigenschaften auswirken. Beispielsweise sind rostfreie Stähle eine Stahlsorte, die Chrom und andere Legierungselemente enthält, die eine schützende Oxidschicht auf der Oberfläche bilden und ihre Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Es gibt jedoch verschiedene Arten von rostfreien Stählen, wie z. B. austenitische, ferritische, martensitische, Duplex- oder Superduplex-Stähle, die unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Härte, Duktilität und Schweißbarkeit aufweisen. Durch den Vergleich der Materialqualitäten können Sie diejenige auswählen, die das optimale Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften für Ihre Anwendung bietet.

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Hossein Alimadadi

Senior Metal Specialist at Grundfos
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For classification of stainless steels one should avoid using super duplex as a class. As one could argue that super austenitic stainless steels are also a class and with the same token hyper duplex steels are another class.

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4 Berücksichtigen Sie das Materialdesign

Der vierte Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, das Materialdesign wie Form, Größe, Oberfläche und Beschichtung des Materials zu berücksichtigen. Das Materialdesign kann das Korrosionsverhalten und die Leistung des Materials in rauen Umgebungen beeinflussen. So können beispielsweise die Form und Größe des Materials die Spannungsverteilung und die Zugänglichkeit von korrosiven Mitteln beeinflussen. Die Oberfläche des Materials kann durch Polieren, Ätzen, Passivieren oder Eloxieren modifiziert werden, um die Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit oder Haftung des Materials zu verbessern. Die Beschichtung des Materials kann durch Lackieren, Plattieren oder Sprühen aufgetragen werden, um eine Barriere oder eine Opferschicht bereitzustellen, die das darunter liegende Material vor Korrosion schützt. Durch die Berücksichtigung des Materialdesigns können Sie die Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften des Materials für Ihre Anwendung optimieren.

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長坂匠

工学博士（Chemical Engineering）履修中
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One of methods for corrosion resistance is metal plating, such as Pt, Ni, and Cr. For example, plating of Pt has been applied for electronics, machines, and airplanes because Pt has the high durability for chemicals, heat, and corrosion. Current density is the crucial factor to synthesize metallic layers on the surface of a material. As the current density is lower, the growth of the layers is slower, and the surface is smoother. On the other hand, as the current density is higher, the growing pace is higher, and the surface is rougher. In addition, smoother layers have high hardness, and cracks tend to occur in the layers, compared with rougher layers.

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5 Bewerten Sie die Materialleistung

Der fünfte Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, die Materialleistung in rauen Umgebungen zu bewerten. Die Materialleistung kann durch Testen, Modellieren oder Überwachen des Materials unter simulierten oder tatsächlichen Bedingungen bewertet werden, die die Umgebung nachahmen. Die Prüfung kann mit standardisierten oder kundenspezifischen Methoden durchgeführt werden, die die Korrosionsrate, den Gewichtsverlust, die mechanischen Eigenschaften oder die Versagensarten des Materials messen. Die Modellierung kann mit mathematischen oder rechnerischen Werkzeugen erfolgen, die das Korrosionsverhalten, die Spannungsverteilung oder die Lebensdauer des Materials vorhersagen. Die Überwachung kann mithilfe von Sensoren, Indikatoren oder Sonden erfolgen, die den Korrosionsstatus, die Umgebungsparameter oder die Beschädigung des Materials erkennen. Durch die Bewertung der Materialleistung können Sie das Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften des Materials für Ihre Anwendung überprüfen.

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6 Überprüfen Sie die Materialauswahl

Der letzte Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit mit anderen Materialeigenschaften in Einklang zu bringen, besteht darin, die Materialauswahl zu überprüfen und gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen. Die Materialauswahl ist keine einmalige Entscheidung, sondern ein kontinuierlicher Prozess, der Feedback und Verbesserung erfordert. Sie sollten die Materialauswahl regelmäßig oder bei Änderungen in der Umgebung, der Anwendung oder der Materialverfügbarkeit überprüfen. Sie sollten auch die Materialauswahl mit alternativen Optionen oder Neuentwicklungen vergleichen, die möglicherweise bessere Lösungen bieten. Durch die Überprüfung der Materialauswahl können Sie das Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften des Materials für Ihre Anwendung sicherstellen.

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7 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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Anshuman Raunak

IIMJ'25 || Ex DRDO || Ex CSIR || Coordinator E-CELL & Agri-tech || Project Management
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If you just want to protect any surface from corrosion you can use a thin film coating technique. Where you can protect the surface with thin layers of highly resistive material. Sometimes coating would be tough to perform (because of no adhesion between substrate and thin film) but you can achieve that with the help of the sacrificial or seed layer.

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Robert Greeson

Managing Partner at Guardian Preservation Systems, LLC
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We have developed a system to treat all ferrous based metals either coated or none coated. Heavy machines for mining, salt water work, sugar, fertilizer, etc. This system has a 7 plus year record. We also can protect the electrical and exhaust systems.as well. This system has doubled the life of these very expensive machines.

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