aluu u a t e satminium im maritimen einsatz · 2017. 6. 9. · quelle: aluminium taschenbuch, 14....

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Aluminium im maritimen Einsatzu u a t e sat

Dipl.-Ing. Werner Mader

Korrosionsschutz für Meerwasserbauwerke10. November 2016Hamburg

www.aluinfo.de Chart 1

Hamburg

Inhalt

• Anwendungen

• Aluminium und Aluminiumlegierungen

• Korrosionsverhalten von Aluminium

• Kontaktkorrosion

• SpaltkorrosionSpaltkorrosion

• Interkristalline Korrosion

• Beschichtung von Aluminium

Chart 2www.aluinfo.de

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Chart 3www.aluinfo.de Quelle: DGzRS

Chart 4www.aluinfo.de Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn

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Chart 5www.aluinfo.de Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn

Chart 6www.aluinfo.de Quelle: Aleris, Koblenz

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Inhalt

• Anwendungen








Aluminium-Knetlegierungen

Einteilung der Legierungsgruppen

EN AW-1xxx (Serie 1000) Al ≥ 99,0%

EN AW-2xxx (Serie 2000) Hauptlegierungselement Cu

EN AW-3xxx (Serie 3000) Hauptlegierungselement Mn

EN AW-4xxx (Serie 4000) Hauptlegierungselement Si( ) p g g

EN AW-5xxx (Serie 5000) Hauptlegierungselement Mg

EN AW-6xxx (Serie 6000) Hauptlegierungselement Mg + Si

EN AW-7xxx (Serie 7000) Hauptlegierungselement Zn

EN AW-8xxx (Serie 8000) Hauptlegierungselement Sonstige


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Einteilung der Legierungstypen

Mn

Si

AlMgMn

AlMg

AlMn

nicht aushärtbareLegierungen

EN AW-3xxx

EN AW-5xxx

EN AW-5xxx

Al

Mg

Zn AlSiCu

AlSi

AlZnMgCu

AlZnMg aushärtbare

EN AW-4xxx

EN AW-4xxx

EN AW-7xxx

EN AW-7xxx


Cu AlMgSi

AlCuMg

aushärtbareLegierungen

EN AW-6xxx

EN AW-2xxx

Einfluss der Legierungselemente

M i M F ti k itMagnesium Mg Festigkeit +

Gießbarkeit -

Korrosionsbeständigkeit - oder +

Schweißbarkeit +

Mangan Mn Festigkeit +

Zähigkeit +

V f b k itVerformbarkeit +

Silizium Si Festigkeit +

Schmelzpunkt -

Verschleißfestigkeit +

Gießbarkeit +

Kupfer Cu Festigkeit +


Gießbarkeit -

Korrosionsbeständigkeit -

Schweißbarkeit -

Zink Zn Festigkeit (in Verbindung mi Cu, Mg) +

Korrosionsbeständigkeit (Spannungsrisskorrosion) -

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Aluminiumknetlegierungen für den maritimen Einsatz

D i lf h b t t B iff b tä di “ i t i ht it d fi i t b- Der vielfach benutzte Begriff „meerwasserbeständig“ ist nicht weiter definiert, aber dennoch als Werkstoffkenngröße zu verstehen.

- Diese Werkstoffkenngröße besagt, dass sich die betreffende Legierung aufgrund der Festigkeit als Konstruktionswerkstoff eignet, dass die Legierung zudem schweißbar ist und ein gutes Korrosionsverhalten in maritimen Umgebungsbedingungen besitztUmgebungsbedingungen besitzt.

- Die Eigenschaft „meerwasserbeständig“ schließt ein Auftreten von Korrosionsarten nicht aus.

- Der Germanische Lloyd benutzt den Begriff „seewassergeeignet“, was der t t ä hli h Sit ti äh k t


tatsächlichen Situation näher kommt und keine Beständigkeit impliziert.

Quelle: DGzRS

Bezeichnung Bezeichnung nach N i h

Aluminiumknetlegierungen für den maritimen Einsatz (Auswahl)

AlMn1 Mg0,5AlMn1Mg1

AlM1AlMg1,5AlM 2 5

ENAW-AlMn1 Mg0,5EN AW-AlMn1Mg1

En AW-AlMg1 (C)-EN AW AlM 2 5

EN AW-3005 1

EN AW-3004

EN AW-5005 1

-EN AW 5052 2

Bezeichnungnach DIN 1725 Teil 1

Bezeichnung nachDIN EN 573 Teil 3

Nummerierung achDIN EN 573 Teil 3

AlMg2,5AlMg3AlMg5AlMg2Mn0,3AlMg2Mn0,8AlMg2,7MnAlMg4MnAlMg4 5Mn

EN AW-AlMg2,5EN AW-AlMg3EN AW-AlMg5EN AW-AlMg2EN AW AlMg2Mn0,8EN AW-AlMg2,7MnEn AW-AlMg4EN AW-Mg4 5Mn0 7

EN AW-5052 2

EN AW-5754 1 2

EN AW-5019EN AW-5251 2

EN AW-5049 1

EN AW-5454 1 2

EN AW-5086 2

EN AW-5083 1

1 Legierungen, die bevorzugt im maritimen


AlMg4,5Mn

AlMgSi0,5AlMgSi0,7AlMgSi1

EN AW Mg4,5Mn0,7

EN AW-AlMgSiEN AW-AlSiMgEN AW-AlSi1MgMn

EN AW 5083

EN AW-6060 1 2

EN AW-6005A 1

EN AW-6082 1 2

Bereich angewendet werden

2 Knetlegierungen für Schiffbau, Meeres- undOffshoretechnik nach EN 13195-1

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Inhalt

• Anwendungen








Korrosionsverhalten von Aluminium Oxid und Deckschichten

DeckschichtMischoxide Poren

SperrschichtM 1-2 nm

5-10 nm

Aluminium und Aluminiumlegierugnenreagieren mit Sauerstoff bzw. Wasserdampf und überziehen sich an der Oberfläche mit einer dünnen aber

heterogene Gefügebestandteile

p

Aluminium Grundmetall

HH

≤ 50µm

der Oberfläche mit einer dünnen, aber dichten natürlichen Oxidschicht, deren Dicke unter dem Einfluss der Umgebungsatmosphäre im Laufe der Zeit zunimmt.


heterogene Gefügebestandteile

Legierungstyp 50003 Jahre HelgolandSpritzwasserbereich

Quelle: Hydro Deutschland GmbH, Bonn

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Chart 15www.aluinfo.deLegierungstyp 5000 - 3 Jahre Auslagerung in Helgoland - Spritzwasserbereich

Witterungsverhalten einer metallblanken AluminiumoberflächeAbtragsraten nach 10 Jahren Auslagerung (1972-1982):Legierung: AlMn

Industrieatmosphäre (Duisburg): Abtrag 20 - 30 g/m²Dickenabnahme 7,4 µm – 11,1 µm

Meeresatmosphäre (Sylt): Abtrag 14 - 22 g/m² Dickenabnahme 5,2 µm – 8,1 µm

Quelle: Prof. Dr. G. Oelsner, Verhalten von Aluminiumwerkstoffen bei atmosphärischer Beanspruchung, Galvanotechnik 73 (1982) Nr.3

Legierung: AlMn

Abtragsraten in der LiteraturKorrosivitäts-

klasse

Korrosions-

belastung

Massenverlust

[g/m²a]

Dickenabnahme

[µm/a]

C1 unbedeutend vernachlässigbar vernachlässigbar

C2 gering < 0,6 < 0,2

C3 mäßig > 0,6 bis 2 > 0,2 bis 0,7

Abtragsraten in der Literatur


C4 stark > 2 bis 5 > 0,7 bis 1,9

C5-I sehr stark (Industrie) > 5 bis 10 > 1,9 bis 3,7

C5-M sehr stark (Meer) > 5 bis 10 > 1,9 bis 3,7

Quelle: Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe Korrosionswahrscheinlichkeit in einer atmosphärischen Umgebung, Beuth Verlag, 1997, Berlin

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Witterungsverhalten einer metallblanken Aluminiumoberfläche

Hinweis !


Bei Abtragsraten und Angriffstiefen ist zu beachten, dass sie im ersten Jahr hoch sind und mit Zunahme der Auslagerungszeit durch die Passivierung der Oberfläche abnehmen. Aus diesem Grund kann eine kurzfristige Betrachtung zu einer Fehleinschätzung des langfristigen Verhaltens führen.

Tiefenwachstum der Loch- und Muldenkossionin der Dauertauchzone D Ti f h t d L h d M ld k i i

Legierungstyp Tiefenwachstum

Das Tiefenwachstum der Loch- und Muldenkorrosion in der Dauertauchzone streut bei den einzelnen Legierungen der recht stark.

Anhaltswerte nach DIN 81249:

Legierungstyp

AlAl Mg, Al Mn, Al MgMnAl MgSi

Tiefenwachstummm/a

0,0025 bis 0,750,03 bis 1,00,05 bis 0,1


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Teleskopbrücke

M ti t ff h Montiert an offshore-Mannschaftsquartier 1992-2009

Länge 36,5 m ± 6,0 m

A d U t h b i ht

Teleskopbrücke

Aus dem Untersuchungsbericht:

Deckenpaneel AA5052:Lochtiefe ca. 1 mm

Profil AA6082 (vertikal):Profil AA6082 (vertikal):Lochtiefe ca. 0,1 mm

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Einfluss des pH-Wertes auf die Löslichkeit des Oxidfilms(nach Shatalov)

B tä di k it d O id hi htBeständigkeit der Oxidschicht

• Die natürliche Oxidschicht ist beständig im Bereich von pH 4,5 bis pH 8,5.

• Medien mit einem pH-Wert paußerhalb dieses Bereiches bauen die Oxidschicht ab.


Lösevermögen diverser Säuren und Laugen

1 Essigsäure CH3COOH1 Essigsäure CH3COOH2 Salzsäure HCl3 Flusssäure HF4 Salpetersäure HNO3

5 Phosphorsäure H3PO4

6 Schwefelsäure H2SO4

7 Amoniumhydroxid NH4OH8 Natriumkarbonat Na2CO3

m/a

]

9 Natriumdisilikat Na6Si2O7

10 Natronlauge NaOH

Met

alla

btra

g [m

m


Quelle. Hydro Deutschland GmbH, Bonn

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Inhalt

• Anwendungen








Spannungsreihe der Metalle (nach Elze)

S ih d t d fi i t B di itt lt

Praktisches PotentialWasser** pH 6 [mV]

Normalpotential[mV]

Praktisches PotentialMeerwasser pH 7,5 [mV]

Spannungsreihen werden unter genau definierten Bedingungen ermittelt

Welches Metall wird zur Kathode?Welches Metall wird zur Anode?

Silber +194Kupfer +140Nickel +118V2A-Stahl - 84*

Aluminium -169*

Zinn -175*

Blei -283*

Silber +799Kupfer +340Blei -126

Zinn -140Nickel -230Cadmium -402

[mV]

Silber +149Nickel + 46Kupfer +10V2A-Stahl -45Blei -259Stahl -335Cadmium -519


Stahl -350Cadmium -574Zink -794

Eisen -440Zink -763Aluminium -1660

Aluminium -667Zink -806Zinn -809

*)Unter Berücksichtigung der sofort gebildeten Passivierungsschicht**)Phthalatpuffer

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E b i d l t t l äßi

Nordseeboje II –32 Jahre Dauereinsatz

über Wasserunter Wasser

Ergebnisse der letzten planmäßigenWartung in 2005:

• Keine substantielle Reduzierung derWanddicke an irgendeinem Teil derBoje

• Keine Risse in Grundmaterial oder• Keine Risse in Grundmaterial oderSchweißnähten

• Schweißbarkeit identisch zu frischemMaterial

• Verbindungen mit nichtrostenden Stahlschrauben (1.4571) einwandfrei


( )selbst ohne galvanische Isolierung

Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn

ZinkopferanodenNordseeboje II – vor und nach der Reinigung


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Kontaktkorrosion Auslagerung Helgoland in der Wechseltauchzone 10 Jahre

Lochtiefen

• 1200 µm (max.) 700 µm (max.)

• 750 µm ( von 5) 500 µm ( von 5)

V94072011-935


Kontaktkorrosion Auslagerung Helgoland in der Wechseltauchzone 10 Jahre

vernachlässigbare Korrosionunter der Unterlegscheibe


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Inhalt

• Anwendungen








Ei k iti h P kt i d k t kti b di t S lt d S h blö h di

Spaltkorrosion

Ein kritischer Punkt sind konstruktionsbedingte Spalte und Schraublöcher, die - wenn möglich - abzudichten sind. Spalte kleiner 0,5 mm sind besonders wirksam, da sie aufgrund der Kapillarwirkung wässrige Medien einziehen, was Spaltkorrosion infolge Belüftungselementbildung verursacht. Spaltkorrosion läuft sowohl zwischen Metall-/Metall- als auch zwischen Metall-/Kunststoff-oberflächen ab. Spaltkorrosion kann auch zur Unterwanderung von Dichtungen führen. Spalte, die Anlass zu Spaltkorrosion geben können, sind durch sachgemäße Verarbeitung zu vermeiden.p g , g g


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Spaltkorrosion

4OH-

2H2OO2

Al3+ [ Al(OH)3]+3OH-

Aluminium

e- e- e- e-e- e- e-


Kathode

2H2O + O2 + 4e- 4OH-

Anode

Al Al3+ + 3 e-

Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956


Oktober 2005Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956Aufnahme Oktober 2005

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Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956

V id d S ltk iVermeiden der Spaltkorrosion durch Zwischenanstrich

Standzeit der Nietverbindungen: 50 Jahre


Inhalt

• Anwendungen








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Interkristalline Korrosion

Elektrolyt

- Selektiver Angriff der korngrenznahen Bereiche

- AlMg-Legierungen mit Mg > 3%, zusammenhängender Film an den Korngrenzen von ausgeschiedenen Al3Mg2-Verbindungen

Werkstoff

- AlCuMg-Legierungen, bei Korngrenzausscheidungen von CuAl2

immer kritisch

- AlZnMg- und AlZnMgCu-Legierungen, bei ungünstiger Zusammensetzung (z. B. hoher Zn-Gehalt)


- Unempfindlich sind Reinaluminium und nicht übersättigte Aluminiumlegierungen wie z.B. AlMg1, AlMg3, AlMgMn, AlMnund AlMgSi0,5

Quelle: Aluminium Taschenbuch, 14. Auflage

Prüfnormen

ASTM G 67ASTM G 67

Standard Test Method for Determining the Susceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX Series Aluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid (NAMLT Test)

ASTM G 66

Standard Test Method for Visual Assessment of Exfoliation Corrosion Susceptibility of 5XXX Series Aluminum Alloys (ASSET Test)


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Inhalt

• Anwendungen








Typische Beschichtungssysteme für Aluminiumstrukturen


Quelle: Germanischer Lloyd

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Stückbeschichtung von Aluminium mit Pulverlack im maritimen Klima

Metallprofil

Vorbehandlungs-chemikalien

Beschichtungsprozess

Beschichtungsmaterial

Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage

automatische Sprühanlage

Oberflächenvorbehandlung

AufgabeAbnahme

Einbrennofen

SprühanlageAbnahme


Quelle: http://www.freilacke.de

Kühlstrecke Rückgewinnung

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Oberflächenvorbehandlung von Aluminium


Korrosivitätskategorie: C 4 C5

Anforderungen an die Witterungsstabilität des Pulverlack

1 Jahr (300 MJ/m²)

Schichtdicke: 50 µm – 120 µm

Freibewitterung in Florida

1 Jahr (300 MJ/m²)

3 Jahre(840 MJ/m²)


5 Jahre (1260 MJ/m²)

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Korrosionsschutz von Aluminium im maritimen BereichZusammenfassung

• Wird Aluminium im Spritzwasserbereich eingesetzt, kann unter Umständen auf einen zusätzlichen Korrosionsschutz verzichtet werden, wenn kein dekorativer Anspruch gestellt wird.

• In der Wechseltauchzone ist eine organische Beschichtung als Korrosionsschutz empfehlenswert Zusätzlich kann auch der kathodische Korrosionsschutzempfehlenswert. Zusätzlich kann auch der kathodische Korrosionsschutz eingesetzt werden.

• Bauteile, die in der Dauertauchzone eingesetzt werden, können durch den kathodischen Schutz, das heißt galvanische Anoden oder Fremdstrom, wirksam vor Mulden- und Lochkorrosion geschützt werden.


Normen, Richtlinien, Literatur – Teil 1

EN 13195 1 Al i i d Al i i l i K t i d G tü k fü S d• EN 13195-1 Aluminium und Aluminiumlegierungen Kneterzeugnisse und Gussstücke für Seewasseranwendungen(Schiffbau, Meeres- und Offshoretechnik) , Ausgabe 2013-12

• DIN EN 1999 Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln Teil 1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall Teil 1-3: Ermüdungsbeanspruchte Tragwerke Teil 1-4: Kaltgeformte Profiltafeln Teil 1-5: Schalentragwerke

DIN EN 1090 A füh St hlt k d Al i i t k• DIN EN 1090 Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 1: Konformitätsnachweisverfahren für tragende Bauteile Teil 3: Technische Regeln für die Ausführung von Aluminiumtragwerken Teil 5: Technische Anforderungen an tragende, dünnwandige, kaltgeformte Bauelemente und Bauteile für

Dach-, Decken-, Boden- und Wandanwendungen aus Aluminium (Norm-Entwurf)

• DIN 81249 Korrosion von Metallen in Seewasser und Seeatmosphäre Teil 1: Begriffe, Grundlagen Teil 2: Freie Korrosion in Seewasser Teil 3: Kontaktkorrosion in Seewasser


Teil 4: Korrosion in Seeatmosphäre

• Germanischer Lloyd, Klassifikations- und Bauvorschriften, II Werkstoff und Schweißtechnik, Teil 1 MetallischeWerkstoffe, Abschnitt 3 Nichteisenmetalle, Hamburg, 2009

• Germanischer Lloyd, Klassifikations- und Bauvorschriften, VI Ergänzende Vorschriften und Richtlinien, Teil 10Korrosionsschutz, Abschnitt 2 Richtlinien für Korrosionsschutz und Beschichtungssysteme, Hamburg, 2010

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Normen, Richtlinien, Literatur – Teil 2

• B928/B928M − 15 Standard Specification for High Magnesium Aluminum-Alloy Products for Marine Service andSimilar Environments, May 2016

• ASTM G 67 Standard Test Method for Determining the Susceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX SeriesAluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid (NAMLT Test)

• ASTM G 66 Standard Test Method for Visual Assessment of Exfoliation Corrosion Susceptibility of 5XXXSeries Aluminum Alloys (ASSET Test)

• GSB AL 631 Internationale Qualitätsrichtlinien für Beschichtung von Bauteilen aus Aluminium ,GSB International, Düsseldorf, Mai 2015

• Meerwasserbeständigkeit von Aluminiumknetlegierungen, Gesamtverband der Aluminiumindustrie, Düsseldorf, Stand Februar 2010

• DECHEMA Werkstofftabelle, Korrosions- und chemische Beständigkeit von Werkstoffen, Meerwasser, DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Frankfurt, 40. Ergänzungslieferung, Dezember 1998

• H. Meißner: Meerwasser-Naturversuche mit Aluminiumwerkstoffen im Arabischen Golf, ALUMINIUM 61, 1985

• W Huppatz D Wieser: Elektrochemisches Verhalten von Aluminium und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes in der


• W. Huppatz, D. Wieser: Elektrochemisches Verhalten von Aluminium und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes in der Praxis, Aluminium 65, 1989

• W. Huppatz: Kathodischer Korrosionsschutz und Korrosionsschutz durch anodisch erzeugte Oxidschichten für Aluminiumwerkstoffe im Meerwasser, Werkstoffe und Korrosion 38, 1987

• V. Brücken, H. Dahmen, W. Huppatz, L. Knutsson, H. Meißner und F.J. Reker: Aluminium-Werkstoffe im Meerwasser, Aluminium 63, 1987

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dipl Ing Werner MaderDipl.-Ing. Werner Mader

GDA – Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.

Haus der MetalleAm Bonneshof 540474 Düsseldorf

Tel. 0211 – 47 96 – 268Fax 0211 – 47 96 – 408

www.aluinfo.de Chart 46

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