Materialien in Salzwasseranwendungen

Verschiedene salzwasserbeständige Materialien eignen sich aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und ihrer Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz in Meeresumgebungen. Dieser Artikel beschreibt die Eigenschaften, Vorteile und möglichen Nachteile von Edelstahl, Gusseisen, Messing und Aluminium. Die Kenntnis dieser Faktoren ist entscheidend für die Auswahl des idealen Materials für eine bestimmte Salzwasseranwendung, ob an der Küste, über Wasser oder unter Wasser.

Inhaltsübersicht

• Korrosion in Salzwasserumgebungen
• Metalle in Salzwasseranwendungen
• PVC in Salzwasseranwendungen
• Kautschuk in Salzwasseranwendungen
• Gemeinsame Materialanwendungen
• FAQs

Korrosion in Salzwasserumgebungen

Korrosion in einer maritimen Umgebung ist aufgrund der rauen und hochreaktiven Natur des Salzwassers ein großes Problem. Die Korrosion in der Schifffahrt wird durch Salz (Natriumchlorid) beschleunigt, das als hervorragender Elektrolyt wirkt, den Stromfluss erleichtert und die Oxidationsprozesse beschleunigt.

In Salzwasserumgebungen können verschiedene Arten von Korrosion auftreten.

• Allgemeines: Allgemeine Korrosion liegt vor, wenn die gesamte Oberfläche eines Metalls in gleichmäßigem Maße korrodiert.
• Galvanisch: Galvanische Korrosion tritt auf, wenn zwei oder mehr unterschiedliche Metalle in einer korrosiven Umgebung in elektrischen Kontakt kommen. Das aktivere (anodische) Metall korrodiert beschleunigt, während das edlere (kathodische) Metall geschützt wird.
• Spalt: Bei der Spaltkorrosion handelt es sich um eine örtlich begrenzte Korrosion an stagnierenden Stellen, wie sie unter Dichtungen, Unterlegscheiben, Isoliermaterial, Befestigungsköpfen, Oberflächenablagerungen und Spalten in korrodierten Metallen zu finden sind.
• Lochfraß: Lochfraß ist eine Form der stark lokalisierten Korrosion, bei der kleine Löcher im Metall entstehen.
• Intergranular: Interkristalline Korrosion, ein selektiver Angriff auf die Korngrenzen des Metalls, kann unter bestimmten Bedingungen ebenfalls auftreten, etwa wenn das Metall über einen längeren Zeitraum korrosiven Bedingungen ausgesetzt ist.

In jedem Fall kann der Korrosionsprozess zu Materialverlusten führen, die die Festigkeit und Integrität von Strukturen, Geräten oder Behältern beeinträchtigen und zu Ausfällen und Unfällen führen können. Die wirtschaftlichen Kosten der Korrosion sind hoch und erfordern erhebliche Mittel für den Ersatz und die Reparatur des korrodierten Materials. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Korrosion in Salzwasserumgebungen zu verstehen und einzudämmen.

Metalle in Salzwasseranwendungen

In diesem Abschnitt werden vier Metalle behandelt, die in der Schifffahrt häufig verwendet werden. Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die Metalle und einen Vergleich zwischen ihnen.

Tabelle 1: Übersicht/Vergleichstabelle für die Eignung von Edelstahl, Gusseisen, Messing und Aluminium in Salzwasseranwendungen

Typ Metall	Relative Kosten	Relative Beständigkeit gegen Salzwasser	Relative Festigkeit und Haltbarkeit	Primärer Vorteil	Primärer Nachteil
Edelstahl	Hoch	Hoch	Hoch	Hochgradig korrosions- und temperaturbeständig	Kostspielig und nicht so verformbar wie andere Metalle
Gusseisen	Mittel	Niedrig	Hoch	Hohe Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit	Anfällig für Rost
Messing	Mittel-Hoch	Hoch	Mittel	Hochgradig korrosionsbeständig, gut geeignet für Heißwassersysteme	Nicht so stabil wie Stahl, kann anfällig für Entzinkung sein
Aluminum	Niedrig	Mittel	Niedrig bis mittel	Leichtes Gewicht, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit	Geringere Festigkeit, kann in stark alkalischen oder sauren Umgebungen korrodieren

Edelstahl

Edelstahl ist ein sehr geeignetes Material für den Einsatz in Salzwasserumgebungen. Die Faktoren, die Edelstahl in der Schifffahrt so wichtig machen, sind:

• Korrosionsbeständigkeit: Die wichtigste Eigenschaft von rostfreiem Stahl ist seine bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Rost. Dies ist vor allem auf den Anteil von mindestens 10,5 % Chrom in der Zusammensetzung zurückzuführen, das mit Sauerstoff reagiert und eine dünne, unsichtbare Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche bildet. Diese stark haftende und nicht reaktive Schicht schützt den Stahl vor korrosiven Elementen, einschließlich Salzwasser.
• Selbstheilung: Wird die Chromoxidschicht beschädigt, reagiert das freiliegende Chrom im Stahl mit Sauerstoff, um die Schicht wiederherzustellen, was eine selbstheilende Eigenschaft darstellt, die bei den meisten anderen Metallen nicht zu beobachten ist.
• Dauerhaftigkeit Rostfreier Stahl ist langlebig, zugfest und robust. Dadurch ist es in der Lage, den rauen Bedingungen in Meeresumgebungen standzuhalten, einschließlich der physischen Einwirkungen, die in diesen Umgebungen auftreten können.
• Unterschiedliche Qualitäten: Die verschiedenen maritimen Edelstahlsorten sind für unterschiedliche Umgebungen optimiert. Edelstahl 316, der oft auch als rostfreier Stahl für die Schifffahrt bezeichnet wird, enthält zum Beispiel das Element Molybdän, das seine Widerstandsfähigkeit gegen die korrosiven Auswirkungen von Salz und anderen Chemikalien erhöht.
  • Edelstahl 304 gegenüber Edelstahl 316 für die Schifffahrt: Während Edelstahl 304 und 316 beide für Salzwasseranwendungen in Frage kommen, sind die Korrosionsraten von Edelstahl 304 wesentlich höher. Daher ist Edelstahl 304 kein Edelstahl für die Verwendung in der Schifffahrt.
• Geringer Wartungsaufwand: Edelstahl ist leicht zu reinigen und erfordert nur minimale Wartung, was ihn zu einer kostengünstigen Option für den langfristigen Einsatz in Salzwasserumgebungen macht.

Gusseisen

Gusseisen ist aus den folgenden Gründen ein wichtiger Werkstoff für Produkte, die in Salzwasserumgebungen verwendet werden:

• Robustheit und Kosten: Gusseisen ist robust, schwer und langlebig. Es erfordert nur minimale Instandhaltung und ist kostengünstig zu ersetzen.
• Eisenoxidschicht: Wenn Gusseisen der Luft ausgesetzt wird, bildet sich auf seiner Oberfläche eine dünne und dauerhafte Eisenoxidschicht. Diese Schutzschicht schützt das darunter liegende Material vor den korrosiven Auswirkungen des Salzwassers, verlängert seine Lebensdauer und erhält seine strukturelle Integrität.

Gusseisen wird in der Regel für Anwendungen über Wasser oder in Wassernähe empfohlen. Es wird nicht für Unterwasseranwendungen empfohlen, da es besonders rostanfällig ist, wenn es längere Zeit in direktem Kontakt mit Salzwasser steht.

Messing

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Es wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z. B. in Schiffsarmaturen, Entsalzungsanlagen und Wärmetauschern. Marine-Messing ist eine übliche Messinglegierung, die in Salzwasseranwendungen verwendet wird. Es besteht zu 59 % aus Kupfer, zu 40 % aus Zink und zu 1 % aus Zinn mit Spuren von Blei.

Dezincification

Messing läuft schnell an, wenn es Salzwasser ausgesetzt wird; es kann jedoch seine strukturelle Integrität beibehalten. In einigen Fällen kann jedoch das Zink aus der Legierung entfernt werden, so dass nur noch Kupfer übrig bleibt, was die strukturelle Integrität der Legierung erheblich beeinträchtigt.

Wenn sich auf der Messingoberfläche rote Flecken, Mineralien oder eine weiße Substanz befinden, hat die Entzinkung begonnen, und das Messingteil sollte so bald wie möglich ersetzt werden. Die Entzinkung erfolgt in verschmutzten und sauren Umgebungen.

Wenn die Messingteile mit einer Umgebung interagieren können, die zu einer Entzinkung führt, gibt es verschiedene Methoden, um den Prozess zu verlangsamen und abzumildern. Eine gängige Methode ist der Zusatz von Arsen zur Messinglegierung bei der Herstellung des Bauteils. Alles, was getan wird, um Messing vor Entzinkung zu schützen, macht den Prozess jedoch komplexer und kostspieliger. Daher sollte Messing vermieden werden, wenn eine Entzinkung wahrscheinlich ist und einfachere Materialien zur Verfügung stehen.

Aluminum

Aluminium wird aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit in Salzwasserumgebungen eingesetzt. Außerdem ist Aluminium sehr korrosionsbeständig. Wenn eine geringe Menge an Korrosion auftritt, bildet sich auf natürliche Weise eine dünne Aluminiumoxidschicht über der korrodierten Oberfläche, die die weitere Korrosion abschwächt. Salzwasser und salzhaltige Luft können jedoch unter bestimmten Bedingungen schneller korrodieren, als sich die Schutzschicht entwickeln kann. Dies kann zu Lochfraß im Aluminium führen.

Der Schutz vor Aluminiumkorrosion in Salzwasser ist recht einfach. Traditionell reicht es aus, die Oberfläche des Aluminiums zu lackieren, um sie zu schützen. Allerdings muss der Anstrich schnell gewartet werden, wenn Risse oder andere Mängel auftreten. In jüngerer Zeit wurde jedoch die Pulverbeschichtung entwickelt. Dadurch entsteht eine harte Schutzschicht über dem Aluminium, die im Laufe der Zeit weniger Wartungsarbeiten erfordert.

Aluminium sollte nicht direkt mit edleren Metallen wie Kupfer verwendet werden. Dieser Kontakt kann leicht zu galvanischer Korrosion führen.

Aluminiumlegierungen für Schiffsanwendungen

Die in Salzwasseranwendungen am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen sind Aluminium-Silizium-, Aluminium-Magnesium- und Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen.

• Al-Si: Aluminium-Silizium-Legierungen weisen eine gute Festigkeit auf und eignen sich daher für Motorblöcke. Durch den Zusatz von Elementen wie Kupfer und Magnesium können diese Legierungen auch als Schweißzusatz verwendet werden. Sie werden häufig zur Herstellung von dichten, ermüdungsbeständigen Gussteilen und wichtigen Teilen für die Schifffahrt verwendet.
• Al-Mg: Aluminium-Magnesium-Legierungen können nicht wärmebehandelt werden und sind schwer zu formen, aber sie sind sehr rostbeständig und eignen sich daher hervorragend für Teile, die häufig mit Meerwasser in Berührung kommen.
• Al-Mg-Si: Die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung ist wegen ihrer ästhetischen und strukturellen Qualitäten beliebt und eignet sich hervorragend für die Endbearbeitung. Es wird häufig für architektonische Projekte im Innen- und Außenbereich verwendet. Diese Legierungen können wärmebehandelt werden, haben eine hohe Festigkeit, lassen sich leicht verformen und sind sehr korrosionsbeständig.

PVC in Salzwasseranwendungen

PVC und andere Kunststoffe sind seit langem als geeignete Materialien für Salzwasseranwendungen anerkannt, da sie aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften der rauen Umgebung des Salzwassers standhalten können.

• Korrosionsbeständigkeit: PVC ist resistent gegen Salzwasserkorrosion, was es zu einem idealen Material für den Umgang mit Salzwasser macht. Im Gegensatz zu Metallrohren, die mit der Zeit durch die Einwirkung von Salzwasser erodieren, behalten PVC-Rohre ihre Struktur und Funktionalität.
• Nicht leitend: PVC ist nicht elektrisch leitend. Dies ist eine wesentliche Eigenschaft bei Salzwasseranwendungen, da Salzwasser ein guter elektrischer Leiter ist. Die Verwendung von PVC verringert also das Risiko von Stromunfällen.
• Kostenwirksamkeit: PVC-Komponenten sind im Allgemeinen preiswerter als Metallkomponenten. Außerdem ist es aufgrund seines geringen Gewichts einfacher und kostengünstiger zu transportieren und zu installieren. Schließlich erfordert PVC aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit weniger Wartung, was die langfristigen Kosten senkt.

Die Verwendung von PVC in Salzwasseranwendungen hat auch Nachteile:

• Empfindlichkeit gegenüber Sonnenlicht: Bei längerer Sonneneinstrahlung kann PVC mit der Zeit spröde werden und Risse bekommen.
• Geringe chemische Beständigkeit: PVC hat eine relativ geringe chemische Beständigkeit. Zum Beispiel kann PVC durch den Kontakt mit organischen Lösungsmitteln weich werden und seine Form verlieren.
• Temperatur und Druck: PVC hat in der Regel niedrigere Temperatur- und Druckwerte als Metall. Es kann Temperaturen bis zu 60 °C (140 °F) und Drücke bis zu 13,8 bar (200 psi) verarbeiten.

Kautschuk in Salzwasseranwendungen

Bei Systemkomponenten, die eine Dichtung benötigen (z. B. Ventile), muss das Dichtungsmaterial auch für eine Salzwasserumgebung geeignet sein. Die drei hauptsächlich verwendeten Materialien sind EPDM, Neopren und PTFE. Beachten Sie bei der Auswahl die folgenden Faktoren:

• Kosten: Wenn das Budget die Materialauswahl maßgeblich beeinflusst, sind EPDM- und Neopren-Gummidichtungen in der Regel preiswerter als PTFE-Dichtungen.
• Beständigkeit gegen Salzwasser: Alle drei Materialien haben eine hohe Beständigkeit gegen Salzwasser. Es gibt keinen signifikanten Unterschied zwischen ihnen.
• Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umwelt: EPDM ist beständiger gegen Ozon, Witterungseinflüsse und UV-Strahlung als die beiden anderen Materialien. Dies macht es besonders geeignet für Salzwasseranwendungen im Freien.
• Chemische Beständigkeit: PTFE weist eine größere Chemikalienbeständigkeit auf als die beiden anderen Materialien. Lesen Sie unseren Leitfaden zur Chemikalienbeständigkeit, um mehr zu erfahren.
• Temperaturbereich: Die drei Materialien weisen im Durchschnitt die folgenden Temperaturbereiche auf:
  • PTFE: -20 °C bis 180 °C (-4 °F bis 356 °F)
  • EPDM: -50 °C bis 120 °C (-60 °F bis 250 °F)
  • Neopren: -40 °C bis 120 °C (-40 °F bis 250 °F)
• Druckstufen: Die drei Materialien haben die folgenden Druckstufen:
  • PTFE: 20 bar (290 psi)
  • EPDM: 10 bar (145 psi)
  • Neopren: 15 bar (217 psi)
• Anmerkung: Die Temperaturbereiche und Druckstufen können sich je nach der spezifischen Struktur der Dichtung erheblich ändern. Verwenden Sie daher die oben genannten Informationen als allgemeine Richtlinie, erkundigen Sie sich jedoch stets beim Hersteller eines Produkts nach spezifischen Werten.

Kohlenwasserstoff-Anwendungen

EPDM und Neopren sind für Anwendungen mit Ölen, Benzin und anderen Kohlenwasserstoffen nicht geeignet. Nur PTFE ist gegen diese Medien sehr beständig.

Gemeinsame Materialanwendungen

Verwenden Sie die folgenden Anwendungsbeispiele als Leitfaden, um zu verstehen, welche Materialien für Systemkomponenten, wie z. B. Ventile und Fittings, zu wählen sind:

• Edelstahl Ventile und Armaturen aus Edelstahl können aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit in einer Vielzahl von Salzwasseranwendungen eingesetzt werden. In der maritimen Industrie steuern sie den Flüssigkeitsstrom in Schiffen, U-Booten und Offshore-Bohrinseln. In Entsalzungsanlagen steuern sie den Durchfluss von Meerwasser und dem daraus gewonnenen Süßwasser.
• Gusseisen: Ventile und Armaturen aus Gusseisen sind weniger korrosionsbeständig als rostfreier Stahl. Sie werden dort eingesetzt, wo Festigkeit erforderlich ist und die Salzwasserbelastung nicht konstant ist. Man findet sie in Salzwasserkühlsystemen, Ballastsystemen von Schiffen und bestimmten Komponenten von Offshore-Plattformen.
• Messing Ventile und Armaturen aus Messing sind salzwasserbeständig und werden in Sanitärsystemen für die Schifffahrt verwendet. Sie werden häufig in Kühl- und Heizsystemen von Booten, Schiffen und Salzwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt.
• Aluminum Ventile und Armaturen aus Aluminium werden häufig in der Schifffahrt verwendet, vor allem wenn das Gewicht eine Rolle spielt. Sie können in den Hydrauliksystemen bestimmter leichter Boote oder in Salzwasseraquarien verwendet werden.
• PVC: PVC-Ventile und -Formstücke sind in hohem Maße salzwasserbeständig und werden häufig in maritimen Anwendungen eingesetzt, bei denen Korrosionsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung ist, aber keine Metallteile benötigt werden. Sie werden in großem Umfang in Meerwasserinstallationssystemen, Entsalzungsanlagen und in der Aquakultur zur Steuerung des Wasserflusses eingesetzt.

FAQs

Kann rostfreier Stahl in Salzwasser rosten?

Edelstahl ist sehr widerstandsfähig gegen Korrosion durch Salzwasser, rostet und korrodiert jedoch, wenn er über einen längeren Zeitraum direkt mit Salzwasser in Berührung kommt.

Ist Messing salzwasserbeständig?

Messing ist nicht salzwasserbeständig. Es wird zumindest anlaufen und bestenfalls entzinkt werden, was seine strukturelle Integrität zerstört. Marine-Messing ist eine widerstandsfähigere Option.