Die selbst-schützende Rostschicht von Cortenstahl ist im Wesentlichen eine dichte nanokristalline -FeOOH-Rostschicht. Seine Bildung ist keine einfache Oxidationsreaktion, sondern das Ergebnis der synergistischen Wirkung mehrerer Faktoren, darunter Legierungselemente, Umgebungsmedien, zeitliche Entwicklung und Zustand der Substratoberfläche. Die Kernbildungsbedingungen lassen sich in den folgenden vier Punkten zusammenfassen:
1. Synergistischer Effekt wichtiger Legierungselemente
Spurenlegierungselemente wie Cu, Cr, Ni, P und Si, die Cortenstahl auf Basis von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl zugesetzt werden, sind die Grundvoraussetzung für die Bildung der selbst{0}}schützenden Rostschicht. Diese Elemente müssen bestimmte Gehaltsverhältnisse erfüllen: Der Cu-Gehalt sollte zwischen 0,25 % und 0,55 % liegen und als korrosionsbeständiges Kernelement fungieren, um die Bildung einer dichten Rostschicht zu katalysieren; der Cr-Gehalt liegt zwischen 0,30 % und 1,25 %, was die Passivierungsfähigkeit verbessern und Poren in der Rostschicht verstopfen kann; der Ni-Gehalt beträgt höchstens 0,65 %, wodurch die Gleichmäßigkeit der Rostschicht verbessert wird; Der Gesamtgehalt an Cu + Cr + Ni muss größer oder gleich 0,80 % sein, um die Umwandlung der Rostschicht in die -FeOOH-Kristallform durch synergistische Effekte zu steuern. Wenn der Gehalt an Legierungselementen nicht den Standards entspricht, kann sich lediglich eine lockere -FeOOH-Rostschicht bilden, ohne dass ein Selbstschutz erreicht wird.
2. Geeignete Bereitstellung von Umweltmedien
Die Bildung der selbst-schützenden Rostschicht erfordert die kontinuierliche und mäßige Beteiligung von Umweltmedien, wobei im Mittelpunkt die stabile Versorgung mit „Sauerstoff + Wasser“ steht und gleichzeitig Spuren korrosiver Medien (wie CO₂, SO₄²⁻) als katalytische Bedingungen erforderlich sind. Insbesondere sollte die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung zwischen 45 % und 85 % gehalten werden: Bei unzureichender Luftfeuchtigkeit wird nicht genügend Elektrolyt gebildet, was zu einer Stagnation der Rostschichtbildung führt. Übermäßige Luftfeuchtigkeit (z. B. langfristige Wasseransammlung) führt zu lokalem Sauerstoffmangel und bildet eine schwarze, nicht{6}schützende Rostschicht. Darüber hinaus kann eine angemessene Menge an Luftschadstoffen (z. B. SO₂ in der Industrieatmosphäre und Spuren von Staub in der ländlichen Atmosphäre) die anfängliche Bildung der Rostschicht beschleunigen, ein Überschuss an Schadstoffen beeinträchtigt jedoch die Stabilität der Rostschicht.
3. Ausreichender Zeitentwicklungszyklus
Die Bildung der selbst-schützenden Rostschicht ist ein dynamischer Evolutionsprozess, der nicht über Nacht erreicht werden kann. Es muss die komplette Phase „anfängliche lose Rostschicht → Übergangsrostschicht → stabile Schutzrostschicht“ durchlaufen. Unter geeigneten Umgebungsbedingungen bildet sich im Anfangsstadium (0-3 Monate) ein lockeres -FeOOH; Legierungselemente reichern sich an und induzieren in der Übergangsphase (3-6 Monate) eine Kristallformumwandlung; Im stabilen Stadium (6-12 Monate) bildet sich eine dichte nanokristalline Rostschicht -FeOOH. Wenn die ausreichende Entwicklungszeit nicht erreicht wird, kann die Rostschicht die Kristallformumwandlung nicht abschließen und die Schutzleistung wird erheblich verringert.
4. Reinigen Sie den Oberflächenzustand des Untergrunds
Die Sauberkeit der Cortenstahl-Substratoberfläche wirkt sich direkt auf die Haftung und Gleichmäßigkeit der Rostschicht aus. Wenn sich auf der Oberfläche Ölflecken, Oxidablagerungen, Schweißschlacke oder mechanische Beschädigungen befinden, führt dies zu einer ungleichmäßigen lokalen Korrosionsrate, bildet eine fleckige Rostschicht und behindert sogar die allgemeine Bildung der selbst-schützenden Rostschicht. Daher muss in praktischen Anwendungen die Substratoberfläche vorbehandelt werden (z. B. Schleifen und Entfetten), um Verunreinigungen zu entfernen und eine moderate Oberflächenrauheit sicherzustellen, die eine Grundlage für das gleichmäßige Wachstum der Rostschicht bildet.
