Ein Aluminiumgehäuse mit Stahlschrauben verschraubt, ein Kupferrohr an einem verzinkten Verteiler angeschlossen, eine Edelstahlverkleidung auf einem Stahlrahmen – auf der technischen Zeichnung sehen solche Verbindungen einwandfrei aus, im Betrieb können sie jedoch deutlich früher versagen, als die Planung vorsah. Das Material kann tadellos und die Montage fachgerecht ausgeführt sein. Das Problem entsteht durch einen Strom, der in Gegenwart gewöhnlicher Feuchtigkeit zwischen zwei Metallen fließt. Die Folgen sind ungeplante Stillstände, Demontagen und der Austausch von Bauteilen – und dennoch wird das Phänomen in der Konstruktionsphase noch immer häufig übersehen.

Was ist galvanische Korrosion? Definition und Entstehungsmechanismus

Galvanische Korrosion, auch Kontaktkorrosion oder Bimetallkorrosion genannt, ist die beschleunigte Korrosion eines unedleren Metalls, das in Gegenwart eines Elektrolyten in elektrischem Kontakt mit einem edleren Metall steht. Sie ist eine Form der elektrochemischen Korrosion – das aktivere Metall korrodiert schneller, als es allein korrodieren würde, während das edlere Metall in diesem System geschützt wird.

Entscheidend ist hier das Wort „beschleunigt“. Kohlenstoffstahl oder Aluminium würden auch für sich allein korrodieren, doch in Verbindung mit einem edleren Metall steigt die Abtragsrate, oft um ein Vielfaches. Im Vergleich zu anderen Korrosionsarten von Metallen zeichnet sich die galvanische Korrosion durch ihre Ursache aus – angetrieben wird sie durch die Potenzialdifferenz zwischen zwei sich berührenden Werkstoffen, während eine aggressive Umgebung diesen Effekt lediglich verstärkt.

Wie entsteht galvanische Korrosion? Das galvanische Element in der Konstruktion

Am einfachsten lässt sich der Mechanismus anhand einer gewöhnlichen Batterie verstehen. Ein galvanisches Element besteht aus zwei Elektroden mit unterschiedlichem Potenzial, die in einen Elektrolyten getaucht sind – genau dieselbe Anordnung entsteht ungewollt in einer Konstruktion, in der zwei verschiedene Metalle miteinander verschraubt und Feuchtigkeit ausgesetzt sind.

In einem solchen Element wirken gleichzeitig vier Komponenten:

1. Anode – das unedlere Metall (z. B. Zink, Aluminium, Kohlenstoffstahl) gibt Elektronen ab und geht in Form von Ionen in Lösung. Es löst sich auf, das heißt, es korrodiert.
2. Elektronenfluss – die freigesetzten Elektronen wandern über den metallischen Kontakt zum edleren Metall.
3. Kathode – das edlere Metall (z. B. Kupfer, Edelstahl) nimmt die Elektronen auf. An seiner Oberfläche findet eine Reduktion statt, in Wasser und feuchter Luft meist die des im Elektrolyten gelösten Sauerstoffs, während das Metall selbst unversehrt bleibt.
4. Elektrolyt – schließt den Stromkreis und ermöglicht den Ionentransport. In der Praxis übernehmen diese Rolle aus der Luft kondensierte Feuchtigkeit, Regen und vor allem Wasser mit gelöstem Streusalz, das den Strom sehr gut leitet.

Im Ergebnis wird die Konstruktion zu einem arbeitenden Element, in dem ein Bauteil systematisch „aufgezehrt“ wird, um die Reaktion am anderen zu speisen. Solange Strom fließt, verliert die Anode Material.

3 notwendige Bedingungen: verschiedene Metalle, elektrischer Kontakt, Elektrolyt

Für den Konstrukteur ist eine Erkenntnis am wichtigsten: Galvanische Korrosion tritt nicht auf, wenn auch nur eine der drei Bedingungen fehlt. Es genügt, ein Glied der Risikokette zu unterbrechen.

1. Zwei verschiedene Metalle mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial – je größer die Differenz, desto stärker die Triebkraft der Korrosion.
2. Elektrischer Kontakt zwischen ihnen – direkte Berührung oder eine leitende Verbindung (Schraube, Schweißnaht, Klemme).
3. Ein Elektrolyt, der beide Metalle verbindet – Feuchtigkeit, Kondensat, Salzwasser, feuchter Boden.

So aufgeschlüsselt ergeben die Bedingungen eine praktische Interventionskarte. Die Werkstoffe lassen sich nicht immer ändern, oft aber kann man den elektrischen Kontakt unterbrechen oder den Elektrolyten von der Kontaktstelle fernhalten.

Die Bedeutung des Flächenverhältnisses von Kathode zu Anode

Über die Geschwindigkeit der Schädigung entscheiden sowohl die Auswahl der Metalle als auch das Verhältnis ihrer Oberflächen. Wie der Leitfaden des britischen National Physical Laboratory erläutert, wird an der Kathode umso mehr Sauerstoff reduziert, je größer sie im Verhältnis zur Anode ist, und der galvanische Strom steigt. Bei einer kleinen Anode und einer großen Kathode konzentriert sich dieser gesamte Strom auf einen kleinen Bereich des aktiven Metalls, was zu einem raschen, örtlich begrenzten Materialabtrag führt.

Ein klassisches Beispiel ist ein Aluminiumniet oder eine Kohlenstoffstahlschraube in einem Edelstahlblech – die ausgedehnte, edle Kathode belastet das kleine Verbindungselement, das sehr schnell korrodiert. Die umgekehrte Konfiguration, also eine Edelstahlschraube in einem großen Blech aus Kohlenstoffstahl, ist wesentlich weniger gefährlich, weil sich der Abtrag auf eine große Fläche verteilt. Daraus ergibt sich eine praktische Regel: Das Verbindungselement sollte aus einem Metall bestehen, das mindestens so edel ist wie die verbundenen Bauteile, niemals unedler.

Dieselbe Logik erklärt, warum Stahlschrauben in einer Aluminiumplatte in der Regel nicht beschleunigt korrodieren. In dieser Paarung ist Aluminium die Anode, sodass die Platte rund um die Bohrungen Material verlieren kann, insbesondere in Gegenwart von Salz und Feuchtigkeit.

Galvanische Reihe der Metalle – welche Verbindungen sind am riskantesten?

Welches Metall zur Anode und welches zur Kathode wird, lässt sich an der galvanischen Reihe ablesen – einer Anordnung der Werkstoffe nach dem Potenzial, das sie in einer bestimmten Umgebung tatsächlich annehmen, meist in Meerwasser. Die Methodik zur Erstellung und Anwendung solcher Reihen beschreibt die Norm ASTM G82. Je weiter zwei Metalle in der Reihe voneinander entfernt liegen, desto größer ist das Risiko intensiver Korrosion nach ihrer Verbindung.

Metall oder Legierung	Ungefähres Potenzial in Meerwasser [V gegen Kalomelelektrode]*
Magnesium	−1,63 bis −1,60
Zink	−1,03 bis −0,98
Aluminiumlegierungen	−1,00 bis −0,76
Kohlenstoffstahl, Gusseisen	−0,72 bis −0,60
Edelstahl 304/316 im aktiven Zustand (z. B. in Spalten)	−0,58 bis −0,43
Messing	−0,40 bis −0,30
Kupfer	−0,36 bis −0,30
Edelstahl 304/316 im passiven Zustand	−0,10 bis 0,00
Titan	−0,05 bis +0,06
Graphit	+0,20 bis +0,30

* Richtwerte für strömendes Meerwasser, entsprechend der galvanischen Reihe, wie sie u. a. in ASTM G82 veröffentlicht ist. In anderen Umgebungen kann sich die Position der Metalle ändern.

Im oberen Teil der Tabelle stehen Werkstoffe, die bereitwillig Elektronen abgeben und sich in einer Paarung opfern, im unteren Teil edle Werkstoffe, die auf Kosten des Partners geschützt werden. Auffällig ist der Edelstahl, der in der Aufstellung zweimal erscheint. Solange ihn eine dünne Passivschicht schützt, verhält er sich wie ein edles Metall. In Spalten, unter Ablagerungen und an Stellen mit eingeschränktem Sauerstoffzutritt kann diese Schicht jedoch verschwinden, und das Potenzial des Stahls nähert sich dann dem von Kohlenstoffstahl an.

In der industriellen Praxis sind folgende Verbindungen am häufigsten und am riskantesten:

• Kohlenstoffstahl + Kupfer oder Messing, z. B. Stahlrohre und -behälter mit Messingfittings oder -armaturen – der Stahl korrodiert stark;
• Aluminium + Edelstahl, typisch für Mischkonstruktionen, Rahmen und Gehäuse – das Aluminium wird angegriffen,
• Kohlenstoff- oder Edelstahl + Graphit – Graphitdichtungen in Flanschverbindungen, wo Graphit als sehr edle Kathode wirkt;
• Zink (Verzinkung) + Kupfer – verzinkte Bauteile in Kontakt mit Kupfer oder Messing verlieren ihre Zinkschicht beschleunigt.

Die letzte Paarung ist tückisch, weil für den Kontakt nicht immer eine direkte Berührung nötig ist. Laut der American Galvanizers Association kann sogar Wasser, das von Kupfer- oder Messingflächen abläuft, so viel gelöstes Kupfer enthalten, dass es die Korrosion des Zinks beschleunigt. Das ist einer der häufigeren Gründe, warum verzinktes Blech rostet, und zwar schneller, als es die Schichtdicke erwarten ließe.

Die galvanische Reihe hängt auch von der Temperatur und der Zusammensetzung des Elektrolyten ab. Der erwähnte NPL-Leitfaden gibt an, dass die Paarung Zink–Stahl in Wasser mit einer Temperatur über ca. 60 °C die Rollen tauschen kann und dann das Eisen zur Anode wird, was die Probleme in verzinkten Warmwasserinstallationen erklärt.

Galvanische Reihe und elektrochemische Spannungsreihe der Metalle

Aus dem Chemieunterricht erinnern sich die meisten an die elektrochemische Spannungsreihe. Sie ordnet die Metalle nach ihren Standardpotenzialen, die unter genau definierten Laborbedingungen bestimmt werden. Die galvanische Reihe beruht dagegen auf Messungen in einer realen Umgebung und berücksichtigt u. a. Passivschichten und die Zusammensetzung von Legierungen, weshalb sie das Verhalten von Verbindungen in einer Konstruktion besser vorhersagt.

Der Unterschied zeigt sich gut am Beispiel Aluminium. In der Spannungsreihe steht es deutlich vor Zink als aktiveres Metall, in Meerwasser verhält es sich dank seiner Oxidschicht jedoch edler als Zink. Eine Risikobewertung allein auf Grundlage der Spannungsreihe kann daher zu falschen Schlüssen führen.

Galvanische Korrosion bei Aluminium und Edelstahl

Die Verbindung von Aluminium mit Edelstahl erfordert besondere Aufmerksamkeit, weil beide Werkstoffe mit Korrosionsbeständigkeit in Verbindung gebracht werden. In dieser Paarung wird Aluminium zur Anode und Edelstahl zur Kathode, sodass der Materialabtrag am Aluminium auftritt, meist rund um die Montagebohrungen und unter den Schraubenköpfen.

In trockener Luft innerhalb von Hallen ist das Risiko gering. Es steigt mit der Luftfeuchtigkeit und dem Salzgehalt: in Küstennähe, an mit Salz gestreuten Straßen oder im Umfeld industrieller Chemikalien. Die sicherste Lösung sind Verbindungselemente aus Edelstahl, also kleine Kathoden, die durch isolierende Unterlegscheiben und Hülsen geführt werden, und in stark korrosiven Umgebungen zusätzlich die Abdichtung der Kontaktstelle selbst.

Folgen galvanischer Korrosion an Konstruktionen und Industrieanlagen

Die Folgen beschränken sich selten auf die Optik. Ein örtlich begrenzter Materialabtrag bedeutet den Verlust tragenden Querschnitts genau an der Verbindungsstelle, also dort, wo die Konstruktion die größten Lasten aufnimmt. Korrodierte Schraubverbindungen verlieren ihre Vorspannung und lockern sich, im Bereich von Schweißnähten entstehen Lochfraß und Delaminationen, und in Behältern und Rohrleitungen Durchbrüche und Undichtigkeiten an Flanschen oder Stutzen aus einem anderen Metall.

In der Automobilbranche betrifft das Problem Verbindungselemente von Fahrwerken und Rahmen, die Streusalz ausgesetzt sind, im Schienenverkehr Beschläge, Halterungen und Stahl-Aluminium-Mischkonstruktionen, die bei Regen und Feuchtigkeit arbeiten, und in der Landwirtschaft Maschinen und Behälter, die mit Düngemitteln und Gülle in Berührung kommen, die als aggressiver Elektrolyt wirken. Jeder solche Ausfall verursacht Teilekosten, meist deutlich schwerer wiegen jedoch Stillstand, Demontage und das Wiederanfahren der Linie oder Maschine.

Die typischen Schadstellen sollte man auswendig kennen:

• Verbindungselemente – Schrauben, Niete, Gewindeschrauben aus einem anderen Metall als die verbundenen Bauteile;
• Beschläge und Scharniere – vor allem aus Messing oder Edelstahl auf Kohlenstoffstahl oder Aluminium;
• Stahl-Aluminium-Mischkonstruktionen – Rahmen, Gehäuse, Paneele;
• Flanschverbindungen von Rohrleitungen und Behältern mit Bauteilen aus anderen Legierungen;
• Kontaktstellen unter Dichtungen und Unterlegscheiben, an denen sich Feuchtigkeit sammelt.

Wie lässt sich galvanische Korrosion verhindern? Konstruktionsregeln und Beschichtungsschutz

Den günstigsten Schutz vor galvanischer Korrosion bietet eine gute Konstruktion. Das Institute of Corrosion weist in seinem Artikel über die Beseitigung von Korrosionsschwerpunkten darauf hin, dass neben Beschichtungen und kathodischem Schutz die Gestaltung der Konstruktion selbst eine wichtige Rolle spielt, weshalb riskante Verbindungen bereits in der Zeichnungsphase vermieden werden sollten. Von den verfügbaren Methoden des Korrosionsschutzes für Stahl bewähren sich hier vor allem jene, die eine der drei Bedingungen für die Entstehung des Elements unterbrechen:

• Auswahl von Metallen, die in der galvanischen Reihe nahe beieinanderliegen – Vermeidung von Kombinationen mit großem Potenzialabstand;
• günstiges Flächenverhältnis – Verbindungselemente mindestens so edel wie die verbundenen Bauteile;
• elektrische Isolierung der Kontaktstelle – nichtmetallische Unterlegscheiben, Hülsen und Dichtungen, die den Stromfluss unterbrechen;
• Fernhalten des Elektrolyten – Abdichten von Spalten, Entwässerung und Vermeidung von Stellen, an denen sich Wasser sammelt;
• Opferanodenschutz – gezielt angebrachte Opferanoden, meist aus Zink, Magnesium oder Aluminium, die anstelle der geschützten Konstruktion korrodieren (eine Form des kathodischen Korrosionsschutzes);
• Zinküberzüge – die zugleich als Barriere und als kathodischer Schutz wirken.

Elektrische Isolierung und Werkstoffauswahl

Lässt sich die Verbindung zweier in der Reihe weit voneinander entfernter Metalle nicht vermeiden, muss der elektrische Kontakt unterbrochen werden. In der Praxis verwendet man dielektrische Unterlegscheiben und Hülsen (aus Polyamid, PTFE oder anderen technischen Kunststoffen), die die Schraube von der Bohrung trennen, sowie isolierende Beschichtungen an der Kontaktstelle.

Wird zum Beispiel ein Aluminiumpaneel mit einer Edelstahlschraube an einem Stahlrahmen befestigt, führt man das Verbindungselement durch eine Kunststoffhülse und legt unter Schraubenkopf und Mutter dielektrische Unterlegscheiben. Das Aluminium hat dann weder mit der Schraube noch mit dem Rahmen eine metallische Verbindung, sodass der galvanische Strom keinen Weg mehr findet. Nach der Montage sollte man mit einem Messgerät prüfen, ob die Isolierung den Stromkreis tatsächlich unterbricht – das NPL empfiehlt diese Kontrolle nach der Installation und bei kritischen Anlagen auch im Rahmen regelmäßiger Inspektionen.

Schutzbeschichtungen als Barriere gegen den Elektrolyten

Ein Zinküberzug, ob feuerverzinkt oder galvanisch aufgebracht, wirkt auf zwei Wegen. Erstens trennt er den Elektrolyten physisch vom Grundwerkstoff: Solange die Schicht dicht ist, gelangt keine Feuchtigkeit an den Untergrund, und das Element kann sich nicht schließen. Zweitens ist Zink ein typischer anodischer Überzug – auch bei einer örtlichen Beschädigung bleibt er aktiver als Stahl, wirkt daher als Opferanode und korrodiert zuerst, wodurch er die freigelegte Stahlstelle darunter schützt. Diese Doppelfunktion macht das Verzinken so geeignet für Konstruktionen, die Feuchtigkeit und Salz ausgesetzt sind.

Dabei gilt es zu bedenken, dass Zink den Stahl schützt, auf den es aufgebracht wurde. Kommt ein verzinktes Bauteil mit Kupfer oder Edelstahl in Berührung, wird Zink zur Anode dieser Paarung und verbraucht sich schneller, weshalb der Überzug bei solchen Verbindungen durch eine Isolierung der Kontaktstelle ergänzt werden sollte.

Ähnliche Vorsicht gilt beim Lackieren. Lackiert werden sollte das edlere Metall, also die Kathode, oder beide Metalle – niemals nur die Anode. Jeder Kratzer oder jede Pore im Lack auf der Anode bildet eine winzige Anode, die mit einer großen Kathode verbunden ist, also die gefährlichste der oben beschriebenen Anordnungen. Bei verzinkten Konstruktionen unter besonders schwierigen Bedingungen ist ein Duplex-System eine gute Lösung, bei dem die Lackierung das Zink zusätzlich vor Abtrag schützt.

Welche Schutzmethode für mehrteilige Konstruktionen: Feuerverzinken oder galvanisches Verzinken?

Bei Konstruktionen aus vielen Bauteilen empfiehlt es sich, die Schutzmethode anhand einer einfachen Checkliste auszuwählen. Jeder der folgenden Punkte kann über die Wahl der Technologie entscheiden.

1. Erforderliche Schichtdicke – Feuerverzinken erzeugt dicke, sehr widerstandsfähige Schichten (nach EN ISO 1461 bei Stahl über 6 mm Dicke im Mittel mindestens 85 µm), galvanisches Verzinken dünne, meist einige bis gut zehn Mikrometer, dafür aber gleichmäßige und präzise.
2. Abmessungen und Gewicht des Bauteils – große, schwere Schweißkonstruktionen sind die Domäne des Feuerverzinkens, kleine Verbindungselemente und Präzisionsteile die des galvanischen Verzinkens.
3. Einsatzumgebung – je höher die Korrosivitätskategorie (Streusalz, Feuchtigkeit, Chemikalien), desto stärker spricht dies für einen dickeren Feuerzinküberzug.
4. Maßgenauigkeit und Optik – wenn Toleranzen und Ästhetik zählen, ist das galvanische Verzinken im Vorteil.
5. Budget und Seriengröße – die Stückkosten sind der geforderten Lebensdauer gegenüberzustellen.

Beide Technologien unterscheiden sich in Haltbarkeit, Kosten und Einsatzbereich. Massive Konstruktionen und Bauteile unter schwierigen Bedingungen schützt am besten das Feuerverzinken, Details, Kleinteile und Präzisionsteile dagegen in der Galvanik aufgebrachte Überzüge.

Wenn Sie eine Konstruktion aus verschiedenen Metallen planen oder fertige Bauteile vor galvanischer Korrosion schützen möchten, besprechen Sie die Wahl des Überzugs mit dem Strumet-Team – wir helfen Ihnen, die Verzinkungstechnologie an Korrosivitätskategorie, Abmessungen und Budget Ihres Projekts anzupassen.

FAQ – häufige Fragen zur galvanischen Korrosion

Worin unterscheidet sich galvanische Korrosion von gewöhnlicher Stahlkorrosion?

Gewöhnliche Stahlkorrosion entsteht durch die Reaktion des Metalls allein mit seiner Umgebung. Galvanische Korrosion wird zusätzlich durch den elektrischen Kontakt mit einem anderen, edleren Metall beschleunigt, wodurch das aktivere Metall deutlich schneller zerstört wird, als es allein korrodieren würde.

Kann man verzinkten Stahl sicher mit Aluminium verbinden?

Unter den meisten atmosphärischen Bedingungen ja – Zink und Aluminium liegen in der galvanischen Reihe nahe beieinander, sodass die Potenzialdifferenz gering ist. In salzhaltiger oder dauerhaft feuchter Umgebung kann sich die Korrosion dennoch beschleunigen, weshalb dort eine Isolierung der Kontaktstelle sinnvoll ist und Konfigurationen mit kleiner Anode vermieden werden sollten.

Korrodiert Edelstahl in Kontakt mit Aluminium?

In dieser Paarung ist Edelstahl die Kathode und bleibt daher in der Regel unversehrt, während das Aluminium korrodiert. Das Risiko steigt in Gegenwart von Salz und Feuchtigkeit, weshalb solche Verbindungen mit dielektrischen Unterlegscheiben und Hülsen isoliert werden.

Wie prüft man, ob zwei Metalle nach ihrer Verbindung korrodieren werden?

Man liest ihre Position in der galvanischen Reihe für die jeweilige Umgebung ab – je größer die Potenzialdifferenz, desto höher das Risiko. Außerdem ist zu beurteilen, ob ein Elektrolyt an die Kontaktstelle gelangt und wie das Flächenverhältnis der beiden Metalle ist.

Schützt Verzinken vor galvanischer Korrosion?

Ein Zinküberzug schützt den Stahl, auf den er aufgebracht wurde, wirksam – er hält den Elektrolyten fern und wirkt bei Beschädigung als Opferanode. In Kontakt mit einem edleren Metall, z. B. Kupfer oder Edelstahl, verbraucht sich das Zink selbst jedoch schneller, weshalb solche Verbindungen zusätzlich isoliert werden sollten.

Welche Unterlegscheiben oder Isolatoren verwendet man, um galvanische Korrosion in Schraubverbindungen zu vermeiden?

Verwendet werden dielektrische Unterlegscheiben und Hülsen aus Kunststoffen wie Polyamid oder PTFE, die das Verbindungselement von den verbundenen Bauteilen trennen. Ergänzt werden sie durch nichtmetallische Dichtungen und isolierende Beschichtungen an der Kontaktstelle, um den galvanischen Stromfluss zu unterbrechen.