Korrosionsbeständigkeit von Monel 400 in schwachen Säuren

Monel 400 ist eine Nickel-Kupfer-Mischkristalllegierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit in vielen nicht oxidierenden und neutralen Umgebungen. Seine Leistung in verdünnter Essigsäure und Zitronensäure, die typische organische schwache Säuren sind, kann wie folgt zusammengefasst und im Detail analysiert werden.

Sowohl Essigsäure als auch Zitronensäure sind schwache, nicht oxidierende organische Säuren. Sie dissoziieren in wässrigen Lösungen unvollständig und erzeugen relativ geringe Konzentrationen an Wasserstoffionen, ohne starke oxidierende Eigenschaften, die den Passivfilm von Nickelbasislegierungen zerstören können. Monel 400 beruht auf dem auf seiner Oberfläche gebildeten nickelreichen Passivfilm, der Korrosion widersteht, und dieser Film bleibt unter den meisten schwachen organischen Säurebedingungen stabil und kontinuierlich. Infolgedessen weist Monel 400 im Allgemeinen eine ausgezeichnete allgemeine Korrosionsbeständigkeit in Essigsäure- und Zitronensäurelösungen bei Raumtemperatur und moderaten Konzentrationen auf, mit sehr geringen gleichmäßigen Korrosionsraten.

In verdünnter bis mäßig konzentrierter Essigsäure (z. B. bis zu 50 Gew.-%) bei Umgebungstemperatur zeigt Monel 400 eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Die gleichmäßige Korrosionsrate ist extrem niedrig und liegt normalerweise weit unter dem akzeptablen Grenzwert für Industrieanlagen und Rohrleitungen. Unter diesen Bedingungen wird es häufig in der Produktion, Lagerung, Lebensmittelverarbeitung und Chemikalienhandhabung von Essigsäure eingesetzt.

Mit zunehmender Temperatur und Konzentration

Mit steigender Temperatur, insbesondere unter Siede- oder Siedebedingungen, nimmt die Korrosionsrate von Monel 400 in Essigsäure merklich zu. Hochtemperatur-Essigsäure mit hoher Konzentration beschleunigt die Auflösung des Passivfilms und fördert die Korrosion durch Wasserstoffentwicklung. Obwohl er immer noch eine bessere Leistung als gewöhnlicher Kohlenstoffstahl und viele rostfreie Stähle erbringt, reicht seine Korrosionsbeständigkeit nicht mehr für einen langfristig zuverlässigen Betrieb aus. Für Umgebungen mit heißer und konzentrierter Essigsäure werden in der Regel widerstandsfähigere Legierungen wie die Hastelloy C-Serie oder Edelstähle mit hohem Molybdängehalt bevorzugt.

Durch Belüftung oder das Vorhandensein oxidierender Verunreinigungen (z. B. Eisenionen, Chlor, Nitrationen) wird die Korrosionsbeständigkeit von Monel 400 in Essigsäure erheblich beeinträchtigt. Diese oxidierenden Spezies brechen den Passivfilm und verursachen örtliche Korrosion, einschließlich Lochfraß und Spaltkorrosion. In entlüfteten, reinen Essigsäuresystemen bleibt die Leistung jedoch stabil.

Zitronensäure ist eine Tricarbonsäure, die häufig in Lebensmitteln, Getränken, Arzneimitteln und zur Behandlung von Metalloberflächen vorkommt. Unter den meisten Betriebsbedingungen ist die Korrosivität sogar milder als die von Essigsäure.

Monel 400 weist in Zitronensäurelösungen über einen weiten Konzentrationsbereich bei Raumtemperatur eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf. Die Korrosionsrate ist vernachlässigbar und eignet sich daher für Geräte mit Lebensmittelkontakt, pharmazeutische Verarbeitung und Reinigungssysteme mit Zitronensäure.

Ähnlich wie bei Essigsäure beschleunigen erhöhte Temperaturen die Korrosion, allerdings ist die Wirkung im Vergleich zu starken Mineralsäuren relativ moderat. In entlüfteten, verunreinigungsfreien heißen Zitronensäurelösungen kann Monel 400 für viele Anwendungen immer noch eine akzeptable Korrosionsbeständigkeit aufrechterhalten.

Auch das Vorhandensein oxidierender Verunreinigungen beeinträchtigt die Leistung. Oxidierende Spezies stören die Passivschicht und erhöhen das Risiko eines lokalen Angriffs, genau wie in Essigsäureumgebungen.

Monel 400 verfügt über eine hervorragende allgemeine Korrosionsbeständigkeit in verdünnter bis mäßig konzentrierter Essigsäure und Zitronensäure bei Raumtemperatur, insbesondere unter entlüfteten und oxidationsmittelfreien Bedingungen. Es ist eine zuverlässige Materialwahl für Anwendungen mit organischen schwachen Säuren in der Lebensmittel-, Chemie- und Pharmaindustrie. Allerdings nimmt die Korrosionsgeschwindigkeit bei hohen Temperaturen und hohen Konzentrationen deutlich zu und oxidierende Verunreinigungen können örtliche Korrosion auslösen. Unter solch rauen Bedingungen ist Monel 400 nicht mehr die optimale Wahl und es sollten korrosionsbeständigere Legierungen auf Nickelbasis oder Edelstahl in Betracht gezogen werden.