Falsche Werkstoffpaarung

(August 2019) Kombiniert der Metallbauer bestimmte Werkstoffe miteinander muss er einige konstruktive Besonderheiten beachten oder es kommt zu Problemen. Wie aus der kleinen Ursache eine große Wirkung wird, zeigt der Schadensfall. Prof. Jochen Schuster

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Schraubverbindung mit durch Bimetallkorrosion hervorgerufenem Rostangriff an der Unterlegscheibe. Foto und Grafiken: Schuster

Die Stadt Halle an der Saale besitzt im Norden eine ehemalige Kuranlage, die ihre historische Bedeutung ihren ursprünglich heilkräftigen Solequellen verdankt. Seine erste Blütezeit hatte das Solbad Wittekind in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Eine vollkommen neue bauliche Gestaltung der Anlage im Stile des Expressionismus erfolgte in den Jahren 1923 bis 1925, zu der unter anderem auch das Badehaus zählte. Nach seiner Schließung im Jahr 1977 und der vollständigen Aufgabe des gesamten Gebäudekomplexes Anfang der neunziger Jahre zerfiel das denkmalgeschützte Ensemble. Dank eines Investors konnte die architektonisch bedeutsame Anlage gerettet, vollständig saniert und einem neuen Zweck (unter anderem ein Therapiezentrum, verschiedene Arztpraxen, aber auch Einliegerwohnungen) zugeführt werden.
Beim genauen Hinschauen findet man jedoch leider einige Baumängel, die auf fachliche Fehler zurückzuführen sind. Im beschriebenen Fall geht es um ein charakteristisches Problem, das bei der mechanisch lösbaren Verbindung nichtrostender Stähle auftreten kann und auch am bewerteten Bauwerk festgestellt wurde.

Achten Sie auf die Unterlegscheiben

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So funktioniert die Bimetallkorrosion.

Aufgrund seiner Hanglage erfolgt der Zugang zum ehemaligen Badehaus neben behindertengerecht gestalteten Rampen insbesondere über eine Treppe, in deren Mitte sich ein Geländer mit Handläufen aus nichtrostendem Stahl (X5CrNi18-10; Werkstoffnummer 1.4301) befindet. Dieses ist als Schraubkonstruktion ohne Schweißverbindungen ausgeführt. So wurden auch die Handläufe mit artgleichen Schauben aus Sorte A2 (Werkstoffnummer ebenfalls 1.4301) an den Ständerrohren befestigt. Wie im Bild gut zu erkennen ist, zeichnet sich auf der Oberfläche des Stahlrohres unmittelbar um den Kopf der Innensechskantschraube eine matte hofartige Ablagerung ab.
Alle Unterlegscheiben, die sich zwischen der Oberfläche der nichtrostenden Rohre und den artgleichen Innensechskantschrauben befinden, zeigen einen deutlichen Rostangriff. Das heißt, diese bestehen aus unlegiertem Stahl mit einer nahezu nicht mehr vorhandenen galvanischen Verzinkung. Gemäß Angaben des Instituts Feuerverzinken liegen die mit diesem Verfahren erzielbaren Schichtdicken zumeist bei fünf Mikrometer. Galvanisch verzinkte Teile werden deshalb schwerpunktmäßig nur bei temporären Korrosionsschutzaufgaben in schwach korrosiver Umgebung eingesetzt (zum Beispiel im Innenbereich). Für den Außenbereich sind sie weder geeignet noch zulässig.
Doch im konkreten Fall stellt nicht nur die geringe Zinkschichtdicke ein Problem dar, sondern vor allem die Kombination mit nichtrostenden Stählen (Innensechskantschraube und Rohr) im bewitterten Außenbereich (Vorhandensein von Regenwasser als Elektrolyt). Bei den hofartigen Ablagerungen um die Unterlegscheiben handelt es sich um korrosiv aufgelöstes und wieder abgeschiedenes Zink. Der dafür verantwortliche Mechanismus ist die Bimetallkorrosion (ehemals Kontaktkorrosion, galvanische Korrosion).

 Fehlervermeidung  
Vermeiden Sie die Bimetallkorrosion
Achten Sie bereits in der Phase der Projektierung auf korrekte Werkstoffpaarungen.
Werden nichtrostende Stähle mit elektrochemisch unedleren Metallen in Kontakt gebracht, ist unbedingt die Flächenregel zu beachten.
Verwenden Sie gegebenenfalls zur elektrischen Isolation der Bauteile Isolierstücke, Hülsen oder Isolierscheiben.
Verlagern Sie gegebenenfalls die Verbindungsstelle in einen Bereich ohne Feuchtigkeitszutritt.
Beschichten Sie die Kathode beziehungsweise Anode und Kathode (großflächig oder im Verbindungsbereich).

Berücksichtigen Sie die Flächenregel

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Graphische Darstellung der Flächenregel; links: mögliche Werkstoffpaarung; rechts: schlechte Werkstoffpaarung.

Bei dieser besonderen Art des korrosiven Angriffs handelt es sich um eine beschleunigte Korrosion eines metallischen Bereiches, die auf ein Korrosionselement mit unterschiedlichen freien Korrosionspotenzialen zurückzuführen ist. Sie tritt üblicherweise zwischen Metallen auf, deren elektrochemische Potenziale verschieden sind. Tritt Bimetallkorrosion auf, kommt es zu einem bevorzugten Angriff des unedleren Werkstoffes (Anode), während der edlere Werkstoff (Kathode) sogar vor einem möglichen Korrosionsangriff geschützt wird. Durch den Kontakt zweier Metalle mit unterschiedlichem Potenzial, die einer leitfähigen Lösung ausgesetzt sind (im konkreten Fall Regenwasser und möglicherweise chloridhaltige Reinigungsmittel), kommt es zu einem Elektronenfluss von der Anode zur Kathode. Die ablaufenden elektrochemischen Reaktionen sind dabei die gleichen, wie sie auch an einem einzelnen Metall auftreten. Jedoch steigt der Korrosionsangriff der Anode stark an.
Die Anfälligkeit einer Metallkombination gegenüber Bimetallkorrosion kann mit der sogenannten Flächenregel abgeschätzt werden. Diese lautet:

  • vkorr = c • AKathode/AAnode
  • vkorr: Korrosionsgeschwindigkeit
  • c: Konstante
  • AKathode: Kathodenfläche
  • AAnode: Anodenfläche

In die Konstante c geht unter anderem die Potenzialdifferenz der beiden Metalle ein, das heißt je größer diese ist, desto eher kommt es zur Bimetallkorrosion. So verhalten sich kleine Flächen aus elektrochemisch unedlerem Werkstoff in Kontakt mit großen Flächen edleren Materials aus Sicht eines Angriffs durch Bimetallkorrosion immer ungünstig.

Fazit: Reparieren Sie die Schäden
Im dargestellten Schadensfall ist somit die Verwendung galvanisch verzinkter Unterlegscheiben unzulässig. Diese müssen umgehend entfernt werden und die mit Fremdrost und wieder abgeschiedenem Zink kontaminierten Teile des Geländers aus nichtrostendem Stahl zur Widerherstellung dessen Passivschicht und damit verbundener Rostbeständigkeit gebeizt und anschließend chemisch passiviert werden. Dafür ist eine komplette Demontage der Geländerkonstruktion zwingend erforderlich. Unter Umständen muss diese bei fortgeschrittenem Angriff des nichtrostenden Rohrstahls durch entstandene Korrosionsprodukte verschrottet und neu gefertigt werden. Die anfallenden Kosten hat der für die falsche Werkstoffkombination verantwortliche Handwerksbetrieb zu tragen.

Letzte Aktualisierung: 06.12.2019