Passivieren

In der Oberflächentechnik spricht man von Passivierung, wenn auf einem metallischen Werkstoff eine Schutzschicht entsteht. Dabei kann die Schutzschicht spontan entstehen, wie beispielsweise auf Edelstahl oder Chrom, oder gezielt mit Verfahren der Oberflächentechnik erzeugt werden. Die entstandene Schutzschicht soll die Korrosion des Grundwerkstoffes verhindern oder stark verlangsamen.

Info: Korrosionsschutz
Korrosionsschutz beschreibt Maßnahmen, die durch Korrosion verursachte Schäden an metallischen Bauteilen vermeiden sollen.

Ob und wie schnell Metalle korrodieren, hängt von ihren Materialeigenschaften ab. Dabei spielt es eine entscheidende Rolle, ob die Metalle selbst eine spontane Passivierung erzeugen können und ob man sie über ein Passivierungsverfahren mit einer Schutzschicht versehen kann.

Hat blankes Metall Kontakt mit Luft oder einer anderen korrosiven Umgebung, kann es – je nach Beschaffenheit – zur Korrosion kommen. So korrodieren beispielsweise die Edelmetalle Gold und Platin nur sehr langsam. Unedlere Metalle wie Zink, Eisen und Aluminium korrodieren schneller.

Ob und wie schnell Metalle korrodieren, hängt davon ab, ob sie über eine Passivierungsschicht verfügen bzw. diese erzeugen können. Chrom verfügt beispielsweise über eine dünne, unsichtbare Oxidschicht. Eine Oxidschicht bildet sich, wenn eine Legierung an der Luft erwärmt. Sie trennt das Metall von der Atmosphäre. Das heißt: Es ist keine weitere Korrosion möglich. Chrom kommt daher oftmals als Veredelung von Badezimmerarmaturen zum Einsatz. So bleiben diese über Jahre glänzend.

Daneben kann rostfreier Stahl selbst eine Passivschicht bilden. Das Metall enthält Chrom. Chrom bildet ab 10,5 Prozent Masseanteil eine Chromoxid-Schicht. Diese verhindert die Oxidation, die Korrosion verursacht. Wird die Oxidschicht beschädigt, hat das blanke Metall Kontakt mit der Atmosphäre. Es bildet sich dann jedoch automatisch eine neue passivierende Schicht.

Neben Chrom können auch Aluminium, Nickel, Titan, Zink, Silicium und Blei eine Passivschicht bilden. Gewöhnlicher Stahl kann das nicht. Denn: Die Korrosionsschicht – also der Rost – besteht aus einer schnell wachsenden Oxidschicht. Diese kann die Korrosion nicht verlangsamen.

Verfügt Edelstahl über einen Chromgehalt von über 12 %, kann die bereits bestehende, natürliche Passivschicht zusätzlich verbessert werden. Das ist über Salpetersäure und Zitronensäure möglich. Sie reduzieren die freien Eisenteile an der Oberfläche. Das verbleibende Chrom bildet dann durch Oxidation eine Passivschicht.

Dabei empfiehlt sich für die Passivierung die Zitronensäure. Sie ist in der Anwendung ungefährlicher und effektiver. Salpetersäure hat den Nachteil, dass sie nicht nur den Eisenanteil, sondern auch den Anteil der anderen Legierungsbestandteile reduziert. Die Folge: Die Chromoxidschicht ist nur begrenzt darstellbar.

Einige Metalle erzeugen zwar per Zufall von allein eine Passivschicht. Es kann sich jedoch lohnen, die Passivierung über ein Verfahren technisch herzustellen. Das ist vor allem bei Aluminium, Magnesium, Cadmium, Zink und Silber der Fall. Bei Aluminium spricht man dabei nicht von Passivierung, sondern von Eloxieren.

Bei Magnesium, Cadmium, Zink und Silber dient die Passivierung nicht nur dazu, einen besseren Korrosionsschutz zu erzeugen. Sie schafft gleichzeitig eine Grundlage für weitere Verfahrensschritte. Und: Die Passivierung erzeugt einen Anlaufschutz für Silber sowie einen Schutz gegen Fingerabdrücke.

Technisch wichtig ist die Chromatierung von Zinkschichten. Sie erzeugt eine Passivierungsschicht, die die Korrosion von Zink lange hinauszögern kann. Dabei kann die Schicht blau, schwarz, oliv, gelb oder transparent sein. Die Farbe ist vom eingesetzten Verfahren abhängig. Einige der Verfahren erzeugen eine Passivierung, die giftiges Chrom(VI)-oxid enthält. Diese Passivierung ist in der EU im Automobilbau (PKW < 3,5 t) und bei Haushaltsgeräten verboten.

Eine Alternative zu Passivierungsschichten mit giftigem Chrom(VI)-oxid ist eine Chrom(VI)-freie Passivierung. Diese kann die Korrosion zum Teil jedoch nicht so stark verlangsamen. Eine andere Alternative sind moderne Passivierungsverfahren, die Chrom(III) verwenden oder chromfrei sind. Bei der chromfreien Passivierung besteht die Schicht aus Titan- bzw. Zirconiumoxid. Die Dickschichtpassivierung von Zinkschichten beispielsweise ist Chrom(IV)-frei und bietet einen guten bis sehr guten Schutz vor Korrosion.