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Aluminium im maritimen Einsatzu u a t e sat
Dipl.-Ing. Werner Mader
Korrosionsschutz für Meerwasserbauwerke10. November 2016Hamburg
www.aluinfo.de Chart 1
Hamburg
Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 2www.aluinfo.de
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Chart 3www.aluinfo.de Quelle: DGzRS
Chart 4www.aluinfo.de Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
3
Chart 5www.aluinfo.de Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
Chart 6www.aluinfo.de Quelle: Aleris, Koblenz
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Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 7www.aluinfo.de
Aluminium-Knetlegierungen
Einteilung der Legierungsgruppen
EN AW-1xxx (Serie 1000) Al ≥ 99,0%
EN AW-2xxx (Serie 2000) Hauptlegierungselement Cu
EN AW-3xxx (Serie 3000) Hauptlegierungselement Mn
EN AW-4xxx (Serie 4000) Hauptlegierungselement Si( ) p g g
EN AW-5xxx (Serie 5000) Hauptlegierungselement Mg
EN AW-6xxx (Serie 6000) Hauptlegierungselement Mg + Si
EN AW-7xxx (Serie 7000) Hauptlegierungselement Zn
EN AW-8xxx (Serie 8000) Hauptlegierungselement Sonstige
Chart 8www.aluinfo.de
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Einteilung der Legierungstypen
Mn
Si
AlMgMn
AlMg
AlMn
nicht aushärtbareLegierungen
EN AW-3xxx
EN AW-5xxx
EN AW-5xxx
Al
Mg
Zn AlSiCu
AlSi
AlZnMgCu
AlZnMg aushärtbare
EN AW-4xxx
EN AW-4xxx
EN AW-7xxx
EN AW-7xxx
Chart 9www.aluinfo.de
Cu AlMgSi
AlCuMg
aushärtbareLegierungen
EN AW-6xxx
EN AW-2xxx
Einfluss der Legierungselemente
M i M F ti k itMagnesium Mg Festigkeit +
Gießbarkeit -
Korrosionsbeständigkeit - oder +
Schweißbarkeit +
Mangan Mn Festigkeit +
Zähigkeit +
V f b k itVerformbarkeit +
Silizium Si Festigkeit +
Schmelzpunkt -
Verschleißfestigkeit +
Gießbarkeit +
Kupfer Cu Festigkeit +
Chart 10www.aluinfo.de
Gießbarkeit -
Korrosionsbeständigkeit -
Schweißbarkeit -
Zink Zn Festigkeit (in Verbindung mi Cu, Mg) +
Korrosionsbeständigkeit (Spannungsrisskorrosion) -
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Aluminiumknetlegierungen für den maritimen Einsatz
D i lf h b t t B iff b tä di “ i t i ht it d fi i t b- Der vielfach benutzte Begriff „meerwasserbeständig“ ist nicht weiter definiert, aber dennoch als Werkstoffkenngröße zu verstehen.
- Diese Werkstoffkenngröße besagt, dass sich die betreffende Legierung aufgrund der Festigkeit als Konstruktionswerkstoff eignet, dass die Legierung zudem schweißbar ist und ein gutes Korrosionsverhalten in maritimen Umgebungsbedingungen besitztUmgebungsbedingungen besitzt.
- Die Eigenschaft „meerwasserbeständig“ schließt ein Auftreten von Korrosionsarten nicht aus.
- Der Germanische Lloyd benutzt den Begriff „seewassergeeignet“, was der t t ä hli h Sit ti äh k t
Chart 11www.aluinfo.de
tatsächlichen Situation näher kommt und keine Beständigkeit impliziert.
Quelle: DGzRS
Bezeichnung Bezeichnung nach N i h
Aluminiumknetlegierungen für den maritimen Einsatz (Auswahl)
AlMn1 Mg0,5AlMn1Mg1
AlM1AlMg1,5AlM 2 5
ENAW-AlMn1 Mg0,5EN AW-AlMn1Mg1
En AW-AlMg1 (C)-EN AW AlM 2 5
EN AW-3005 1
EN AW-3004
EN AW-5005 1
-EN AW 5052 2
Bezeichnungnach DIN 1725 Teil 1
Bezeichnung nachDIN EN 573 Teil 3
Nummerierung achDIN EN 573 Teil 3
AlMg2,5AlMg3AlMg5AlMg2Mn0,3AlMg2Mn0,8AlMg2,7MnAlMg4MnAlMg4 5Mn
EN AW-AlMg2,5EN AW-AlMg3EN AW-AlMg5EN AW-AlMg2EN AW AlMg2Mn0,8EN AW-AlMg2,7MnEn AW-AlMg4EN AW-Mg4 5Mn0 7
EN AW-5052 2
EN AW-5754 1 2
EN AW-5019EN AW-5251 2
EN AW-5049 1
EN AW-5454 1 2
EN AW-5086 2
EN AW-5083 1
1 Legierungen, die bevorzugt im maritimen
Chart 12www.aluinfo.de
AlMg4,5Mn
AlMgSi0,5AlMgSi0,7AlMgSi1
EN AW Mg4,5Mn0,7
EN AW-AlMgSiEN AW-AlSiMgEN AW-AlSi1MgMn
EN AW 5083
EN AW-6060 1 2
EN AW-6005A 1
EN AW-6082 1 2
Bereich angewendet werden
2 Knetlegierungen für Schiffbau, Meeres- undOffshoretechnik nach EN 13195-1
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Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 13www.aluinfo.de
Korrosionsverhalten von Aluminium Oxid und Deckschichten
DeckschichtMischoxide Poren
SperrschichtM 1-2 nm
5-10 nm
Aluminium und Aluminiumlegierugnenreagieren mit Sauerstoff bzw. Wasserdampf und überziehen sich an der Oberfläche mit einer dünnen aber
heterogene Gefügebestandteile
p
Aluminium Grundmetall
HH
≤ 50µm
der Oberfläche mit einer dünnen, aber dichten natürlichen Oxidschicht, deren Dicke unter dem Einfluss der Umgebungsatmosphäre im Laufe der Zeit zunimmt.
Chart 14www.aluinfo.de
heterogene Gefügebestandteile
Legierungstyp 50003 Jahre HelgolandSpritzwasserbereich
Quelle: Hydro Deutschland GmbH, Bonn
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Chart 15www.aluinfo.deLegierungstyp 5000 - 3 Jahre Auslagerung in Helgoland - Spritzwasserbereich
Witterungsverhalten einer metallblanken AluminiumoberflächeAbtragsraten nach 10 Jahren Auslagerung (1972-1982):Legierung: AlMn
Industrieatmosphäre (Duisburg): Abtrag 20 - 30 g/m²Dickenabnahme 7,4 µm – 11,1 µm
Meeresatmosphäre (Sylt): Abtrag 14 - 22 g/m² Dickenabnahme 5,2 µm – 8,1 µm
Quelle: Prof. Dr. G. Oelsner, Verhalten von Aluminiumwerkstoffen bei atmosphärischer Beanspruchung, Galvanotechnik 73 (1982) Nr.3
Legierung: AlMn
Abtragsraten in der LiteraturKorrosivitäts-
klasse
Korrosions-
belastung
Massenverlust
[g/m²a]
Dickenabnahme
[µm/a]
C1 unbedeutend vernachlässigbar vernachlässigbar
C2 gering < 0,6 < 0,2
C3 mäßig > 0,6 bis 2 > 0,2 bis 0,7
Abtragsraten in der Literatur
Chart 16www.aluinfo.de
C4 stark > 2 bis 5 > 0,7 bis 1,9
C5-I sehr stark (Industrie) > 5 bis 10 > 1,9 bis 3,7
C5-M sehr stark (Meer) > 5 bis 10 > 1,9 bis 3,7
Quelle: Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe Korrosionswahrscheinlichkeit in einer atmosphärischen Umgebung, Beuth Verlag, 1997, Berlin
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Witterungsverhalten einer metallblanken Aluminiumoberfläche
Hinweis !
Chart 17www.aluinfo.de
Bei Abtragsraten und Angriffstiefen ist zu beachten, dass sie im ersten Jahr hoch sind und mit Zunahme der Auslagerungszeit durch die Passivierung der Oberfläche abnehmen. Aus diesem Grund kann eine kurzfristige Betrachtung zu einer Fehleinschätzung des langfristigen Verhaltens führen.
Tiefenwachstum der Loch- und Muldenkossionin der Dauertauchzone D Ti f h t d L h d M ld k i i
Legierungstyp Tiefenwachstum
Das Tiefenwachstum der Loch- und Muldenkorrosion in der Dauertauchzone streut bei den einzelnen Legierungen der recht stark.
Anhaltswerte nach DIN 81249:
Legierungstyp
AlAl Mg, Al Mn, Al MgMnAl MgSi
Tiefenwachstummm/a
0,0025 bis 0,750,03 bis 1,00,05 bis 0,1
Chart 18www.aluinfo.de
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Teleskopbrücke
M ti t ff h Montiert an offshore-Mannschaftsquartier 1992-2009
Länge 36,5 m ± 6,0 m
A d U t h b i ht
Teleskopbrücke
Aus dem Untersuchungsbericht:
Deckenpaneel AA5052:Lochtiefe ca. 1 mm
Profil AA6082 (vertikal):Profil AA6082 (vertikal):Lochtiefe ca. 0,1 mm
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Einfluss des pH-Wertes auf die Löslichkeit des Oxidfilms(nach Shatalov)
B tä di k it d O id hi htBeständigkeit der Oxidschicht
• Die natürliche Oxidschicht ist beständig im Bereich von pH 4,5 bis pH 8,5.
• Medien mit einem pH-Wert paußerhalb dieses Bereiches bauen die Oxidschicht ab.
Chart 21www.aluinfo.de
Lösevermögen diverser Säuren und Laugen
1 Essigsäure CH3COOH1 Essigsäure CH3COOH2 Salzsäure HCl3 Flusssäure HF4 Salpetersäure HNO3
5 Phosphorsäure H3PO4
6 Schwefelsäure H2SO4
7 Amoniumhydroxid NH4OH8 Natriumkarbonat Na2CO3
m/a
]
9 Natriumdisilikat Na6Si2O7
10 Natronlauge NaOH
Met
alla
btra
g [m
m
Chart 22www.aluinfo.de
Quelle. Hydro Deutschland GmbH, Bonn
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Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 23www.aluinfo.de
Spannungsreihe der Metalle (nach Elze)
S ih d t d fi i t B di itt lt
Praktisches PotentialWasser** pH 6 [mV]
Normalpotential[mV]
Praktisches PotentialMeerwasser pH 7,5 [mV]
Spannungsreihen werden unter genau definierten Bedingungen ermittelt
Welches Metall wird zur Kathode?Welches Metall wird zur Anode?
Silber +194Kupfer +140Nickel +118V2A-Stahl - 84*
Aluminium -169*
Zinn -175*
Blei -283*
Silber +799Kupfer +340Blei -126
Zinn -140Nickel -230Cadmium -402
[mV]
Silber +149Nickel + 46Kupfer +10V2A-Stahl -45Blei -259Stahl -335Cadmium -519
Chart 24www.aluinfo.de
Stahl -350Cadmium -574Zink -794
Eisen -440Zink -763Aluminium -1660
Aluminium -667Zink -806Zinn -809
*)Unter Berücksichtigung der sofort gebildeten Passivierungsschicht**)Phthalatpuffer
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E b i d l t t l äßi
Nordseeboje II –32 Jahre Dauereinsatz
über Wasserunter Wasser
Ergebnisse der letzten planmäßigenWartung in 2005:
• Keine substantielle Reduzierung derWanddicke an irgendeinem Teil derBoje
• Keine Risse in Grundmaterial oder• Keine Risse in Grundmaterial oderSchweißnähten
• Schweißbarkeit identisch zu frischemMaterial
• Verbindungen mit nichtrostenden Stahlschrauben (1.4571) einwandfrei
Chart 25www.aluinfo.de
( )selbst ohne galvanische Isolierung
Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
ZinkopferanodenNordseeboje II – vor und nach der Reinigung
Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
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Kontaktkorrosion Auslagerung Helgoland in der Wechseltauchzone 10 Jahre
Lochtiefen
• 1200 µm (max.) 700 µm (max.)
• 750 µm ( von 5) 500 µm ( von 5)
V94072011-935
Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
Kontaktkorrosion Auslagerung Helgoland in der Wechseltauchzone 10 Jahre
vernachlässigbare Korrosionunter der Unterlegscheibe
Quelle: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH, Bonn
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Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 29www.aluinfo.de
Ei k iti h P kt i d k t kti b di t S lt d S h blö h di
Spaltkorrosion
Ein kritischer Punkt sind konstruktionsbedingte Spalte und Schraublöcher, die - wenn möglich - abzudichten sind. Spalte kleiner 0,5 mm sind besonders wirksam, da sie aufgrund der Kapillarwirkung wässrige Medien einziehen, was Spaltkorrosion infolge Belüftungselementbildung verursacht. Spaltkorrosion läuft sowohl zwischen Metall-/Metall- als auch zwischen Metall-/Kunststoff-oberflächen ab. Spaltkorrosion kann auch zur Unterwanderung von Dichtungen führen. Spalte, die Anlass zu Spaltkorrosion geben können, sind durch sachgemäße Verarbeitung zu vermeiden.p g , g g
Chart 30www.aluinfo.de
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Spaltkorrosion
4OH-
2H2OO2
Al3+ [ Al(OH)3]+3OH-
Aluminium
e- e- e- e-e- e- e-
Chart 31www.aluinfo.de
Kathode
2H2O + O2 + 4e- 4OH-
Anode
Al Al3+ + 3 e-
Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956
Chart 32www.aluinfo.de
Oktober 2005Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956Aufnahme Oktober 2005
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Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956
V id d S ltk iVermeiden der Spaltkorrosion durch Zwischenanstrich
Standzeit der Nietverbindungen: 50 Jahre
Chart 33www.aluinfo.de
Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 34www.aluinfo.de
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Interkristalline Korrosion
Elektrolyt
- Selektiver Angriff der korngrenznahen Bereiche
- AlMg-Legierungen mit Mg > 3%, zusammenhängender Film an den Korngrenzen von ausgeschiedenen Al3Mg2-Verbindungen
Werkstoff
- AlCuMg-Legierungen, bei Korngrenzausscheidungen von CuAl2
immer kritisch
- AlZnMg- und AlZnMgCu-Legierungen, bei ungünstiger Zusammensetzung (z. B. hoher Zn-Gehalt)
Chart 35www.aluinfo.de
- Unempfindlich sind Reinaluminium und nicht übersättigte Aluminiumlegierungen wie z.B. AlMg1, AlMg3, AlMgMn, AlMnund AlMgSi0,5
Quelle: Aluminium Taschenbuch, 14. Auflage
Prüfnormen
ASTM G 67ASTM G 67
Standard Test Method for Determining the Susceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX Series Aluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid (NAMLT Test)
ASTM G 66
Standard Test Method for Visual Assessment of Exfoliation Corrosion Susceptibility of 5XXX Series Aluminum Alloys (ASSET Test)
Chart 36www.aluinfo.de
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Inhalt
• Anwendungen
• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Korrosionsverhalten von Aluminium
• Kontaktkorrosion
• SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Interkristalline Korrosion
• Beschichtung von Aluminium
Chart 37www.aluinfo.de
Typische Beschichtungssysteme für Aluminiumstrukturen
Chart 38www.aluinfo.de
Quelle: Germanischer Lloyd
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Stückbeschichtung von Aluminium mit Pulverlack im maritimen Klima
Metallprofil
Vorbehandlungs-chemikalien
Beschichtungsprozess
Beschichtungsmaterial
Elektrostatische Pulverbeschichtungsanlage
automatische Sprühanlage
Oberflächenvorbehandlung
AufgabeAbnahme
Einbrennofen
SprühanlageAbnahme
Chart 40www.aluinfo.de
Quelle: http://www.freilacke.de
Kühlstrecke Rückgewinnung
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Oberflächenvorbehandlung von Aluminium
Chart 41www.aluinfo.de
Korrosivitätskategorie: C 4 C5
Anforderungen an die Witterungsstabilität des Pulverlack
1 Jahr (300 MJ/m²)
Schichtdicke: 50 µm – 120 µm
Freibewitterung in Florida
1 Jahr (300 MJ/m²)
3 Jahre(840 MJ/m²)
Chart 42www.aluinfo.de
5 Jahre (1260 MJ/m²)
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Korrosionsschutz von Aluminium im maritimen BereichZusammenfassung
• Wird Aluminium im Spritzwasserbereich eingesetzt, kann unter Umständen auf einen zusätzlichen Korrosionsschutz verzichtet werden, wenn kein dekorativer Anspruch gestellt wird.
• In der Wechseltauchzone ist eine organische Beschichtung als Korrosionsschutz empfehlenswert Zusätzlich kann auch der kathodische Korrosionsschutzempfehlenswert. Zusätzlich kann auch der kathodische Korrosionsschutz eingesetzt werden.
• Bauteile, die in der Dauertauchzone eingesetzt werden, können durch den kathodischen Schutz, das heißt galvanische Anoden oder Fremdstrom, wirksam vor Mulden- und Lochkorrosion geschützt werden.
Chart 43www.aluinfo.de
Normen, Richtlinien, Literatur – Teil 1
EN 13195 1 Al i i d Al i i l i K t i d G tü k fü S d• EN 13195-1 Aluminium und Aluminiumlegierungen Kneterzeugnisse und Gussstücke für Seewasseranwendungen(Schiffbau, Meeres- und Offshoretechnik) , Ausgabe 2013-12
• DIN EN 1999 Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln Teil 1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall Teil 1-3: Ermüdungsbeanspruchte Tragwerke Teil 1-4: Kaltgeformte Profiltafeln Teil 1-5: Schalentragwerke
DIN EN 1090 A füh St hlt k d Al i i t k• DIN EN 1090 Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 1: Konformitätsnachweisverfahren für tragende Bauteile Teil 3: Technische Regeln für die Ausführung von Aluminiumtragwerken Teil 5: Technische Anforderungen an tragende, dünnwandige, kaltgeformte Bauelemente und Bauteile für
Dach-, Decken-, Boden- und Wandanwendungen aus Aluminium (Norm-Entwurf)
• DIN 81249 Korrosion von Metallen in Seewasser und Seeatmosphäre Teil 1: Begriffe, Grundlagen Teil 2: Freie Korrosion in Seewasser Teil 3: Kontaktkorrosion in Seewasser
Chart 44www.aluinfo.de
Teil 4: Korrosion in Seeatmosphäre
• Germanischer Lloyd, Klassifikations- und Bauvorschriften, II Werkstoff und Schweißtechnik, Teil 1 MetallischeWerkstoffe, Abschnitt 3 Nichteisenmetalle, Hamburg, 2009
• Germanischer Lloyd, Klassifikations- und Bauvorschriften, VI Ergänzende Vorschriften und Richtlinien, Teil 10Korrosionsschutz, Abschnitt 2 Richtlinien für Korrosionsschutz und Beschichtungssysteme, Hamburg, 2010
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Normen, Richtlinien, Literatur – Teil 2
• B928/B928M − 15 Standard Specification for High Magnesium Aluminum-Alloy Products for Marine Service andSimilar Environments, May 2016
• ASTM G 67 Standard Test Method for Determining the Susceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX SeriesAluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid (NAMLT Test)
• ASTM G 66 Standard Test Method for Visual Assessment of Exfoliation Corrosion Susceptibility of 5XXXSeries Aluminum Alloys (ASSET Test)
• GSB AL 631 Internationale Qualitätsrichtlinien für Beschichtung von Bauteilen aus Aluminium ,GSB International, Düsseldorf, Mai 2015
• Meerwasserbeständigkeit von Aluminiumknetlegierungen, Gesamtverband der Aluminiumindustrie, Düsseldorf, Stand Februar 2010
• DECHEMA Werkstofftabelle, Korrosions- und chemische Beständigkeit von Werkstoffen, Meerwasser, DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Frankfurt, 40. Ergänzungslieferung, Dezember 1998
• H. Meißner: Meerwasser-Naturversuche mit Aluminiumwerkstoffen im Arabischen Golf, ALUMINIUM 61, 1985
• W Huppatz D Wieser: Elektrochemisches Verhalten von Aluminium und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes in der
Chart 45www.aluinfo.de
• W. Huppatz, D. Wieser: Elektrochemisches Verhalten von Aluminium und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes in der Praxis, Aluminium 65, 1989
• W. Huppatz: Kathodischer Korrosionsschutz und Korrosionsschutz durch anodisch erzeugte Oxidschichten für Aluminiumwerkstoffe im Meerwasser, Werkstoffe und Korrosion 38, 1987
• V. Brücken, H. Dahmen, W. Huppatz, L. Knutsson, H. Meißner und F.J. Reker: Aluminium-Werkstoffe im Meerwasser, Aluminium 63, 1987
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dipl Ing Werner MaderDipl.-Ing. Werner Mader
GDA – Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.
Haus der MetalleAm Bonneshof 540474 Düsseldorf
Tel. 0211 – 47 96 – 268Fax 0211 – 47 96 – 408
www.aluinfo.de Chart 46
werner.mader@aluinfo.dewww.aluinfo.de