Composite Info Center - Korrosion

Korrosion von Carbon und Metall ist selten, aber nicht unmöglich. Grundsätzlich ist die sehr gut leitende Carbonfaser in Epoxidharz, einem Dielektrikum, eingebettet. Dennoch ist es durch mechanische Bearbeitung möglich, dass Metall an der Schnittkante mit offen liegenden Carbonfasern in Kontakt kommt, z.B. das herstellerseitige Fräsen des Innendurchmesser eines Sattelrohres.

Das elektrochemische Potenzial von unlegiertem Stahl beträgt -0,35 V, von Aluminium -1,66 V, das der Kohlefaser beträgt +0,75 V. Bei direktem Kontakt zweier Materialien mit großem Unterschied im elektrochemischen Potential setzt ein Korrosionsprozess ein, bei dem Elektronen vom unedleren, dem Material mit geringem Potential, zum edleren Material mit höherem Potential, abfließen - es kommt zu einem Kriechstrom, der Beginn des Korrosionsprozess.

Die anodische Teilreaktion ist die eigentliche Korrosion. Dies ist eine Oxidation und findet am unedleren Reaktionspartner statt. Der Werkstoff ( z.B. Aluminiumsattelstütze) gibt  Elektronen ab und löst sich somit auf. Die kathodische Teilreaktion hingegen ist eine Reduktion. Hier nimmt der edlere Reaktionspartner Elektronen auf und fördert somit die anodische Auflösung.

Das Erkennen des Schadens ist oft nicht ohne Demontage der gesamten Verbindung möglich, an dem genannten Beispiel empfiehlt es sich die Sattelstütze einmal jährlich zu demontieren und von evtl. Feuchtigkeit durch Regenfahrten, zu befreien. Man spricht von einer Spaltkorrosion.

Durch den korrosiven Angriff einer Carbon-Metallverbindung kann eine Vielzahl von Schäden hervorgerufen werden  So kann die Entwicklung von Korrosionsprodukten und deren Ablagerungen im Kontaktbereich zwischen Aluminium / Stahl und Carbon das Lösen der Verbindung unmöglich machen. Eine Demontage führt dann in den meisten Fällen zum unkontrollierten Lösen der Verbindung, wodurch die weitere Betriebssicherheit des Carbonrahmens stark gefährdet wird. 

Die Metallauflösung ist hierbei durch eine zunehmende Sauerstoffarmut im Spaltgrund bedingt. Durch zusätzliche mechanische Beanspruchungen der Klemmverbindung kann der korrosive Angriff begünstigt werden, sprich Spannungs- und Schwingungskorrosion. Durch das Zusammenwirken von Korrosion und mechanischen Spannungen kommt es zu Rissen, die sich im gesamten Bauteilquerschnitt fortsetzen und zu einem Versagen des Bauteiles führen können.

Vorsichtsmassnahmen

Durch eine Gummidichtung als Schutz gegen Feuchtigkeit und die Zwischenmontage eines Dielektrikums (Plastik- oder Glasfaserhülse) kann der Elektrolytaustausch an der Kontaktstelle verringert und der Korrosionsstrom (Potentialausgleich) minimiert werden. Oft ist dies nicht sehr praktisch, da hierdurch die Klemmung der Sattelstütze erschwert oder gar unmöglich wird und im ungünstigsten Fall eine Erhöhung des Drehmomentes über den vorgegebenen Maximalwert, die Klemmverbindung zerstört wird.  Am besten ist es auf eine Metall-Carbonverbindung zu verzichten.

Alternativen

Aktueller Stand der Technik ist die Verwendung einer Werkstoffpaarung, deren Potenzialdifferenz einen maximalen Betrag von 0,4V nicht übersteigt.

Was aber einer Werkstoffkombination von Carbon mit dem  elektrochemischen Potential von +0,75 V schwierig ist. 

Carbon +0,75 V     zu  Aluminium -1,66 V = Differenz 2,41 V

Carbon +0,75 V     zu  Stahl         -0,35 V  = Differenz 1,10 V  

J. Stecher / Carbon Bike Service / Okt. 2016