Eine Schraube aus 304 versagt zuerst unter der Mutter: Im Spalt sank der pH-Wert auf 3 bis 4

Wie der Versuch aufgebaut war

Die Forschenden verwendeten Schrauben und Muttern M22 aus nichtrostendem Stahl 304. Einige Paare wurden montiert eingetaucht. Aus den Schrauben schnitten sie außerdem ebene Proben und fertigten zwei Elektroden gleicher Fläche: eine in einem künstlichen Spalt, gebildet mit einer 250 µm dicken PTFE-Dichtung, sodass nur wenig Lösung sie erreichte, und eine, die der freien Lösung ausgesetzt war. Beide wurden verbunden und der Strom zwischen ihnen gemessen.

0,06 M entsprechen etwa 3,5 g Salz pro Liter, rund 0,35 %, ein Zehntel der 3,5-prozentigen Salzlösung, die oft stellvertretend für Meerwasser verwendet wird. Dieser Vergleich ist eine Rechnung dieser Website, nicht der Veröffentlichung.

Nach 30 Tagen war der Spalt sauer

Beide Elektroden begannen im Passivbereich, bei etwa −0,20 V gegen Ag/AgCl. Die freiliegende stieg danach langsam an, während ihre Passivschicht wuchs; die Spaltelektrode fiel in den ersten 5 Tagen und blieb dann stabil. Die größte Potenzialdifferenz betrug etwa 0,40 V, was die Veröffentlichung als ausreichend für galvanische Korrosion bewertet: der Spalt als Anode, der freiliegende Bereich als Kathode, mit über den gesamten Versuch unveränderter Stromrichtung.

Die Spaltlösung sank von pH 6,8 auf 3 bis 4. Sauerstoff kann nicht hinein, gelöste Metallionen hydrolysieren, Chlorid wandert zum Ladungsausgleich ein, und die Versauerung verstärkt sich selbst. Die Veröffentlichung fügt hinzu, dass im Spalt reduzierte Wasserstoffionen Wasserstoff bilden und „zu Wasserstoffversprödung führen können“ (sinngemäß übersetzt); das ist eine Schlussfolgerung, nichts, was dieser Versuch gemessen hat.

Die Oberflächenanalyse stimmt damit überein: Auf der freiliegenden Fläche bestand die Schicht zu 55 % aus Oxid und zu 30 % aus Hydroxid, im Spalt zu 41 % aus Oxid und zu 55 % aus Hydroxid. Weniger Oxid bedeutet eine dünnere, weniger schützende Schicht.

Wie die echten Schrauben aussahen

Bei den eingetauchten Paaren aus Schraube und Mutter zeigte das freiliegende Gewinde nur schwache Schlieren und keine erkennbaren Löcher. Das von der Mutter umschlossene Gewinde zeigte örtliche Korrosion an Spitzen, Flanken und Gewindegrund, flache elliptische Löcher größer als 10 µm. Eine Schraube aus 304, die von außen sauber aussieht, kann an einer Stelle beschädigt sein, die man erst sieht, wenn die Mutter abgenommen wird.

Die am selben Tag verfasste Schadensanalyse einer Ventilschraube ist ein Fall aus der Praxis: Die Risse begannen im Spalt zwischen Kopf und Unterlegscheibe, wo sich Salz aus der Meeresluft sammelte. Unter der Mutter und unter dem Kopf ist es dieselbe Geometrie.

Was das für alle bedeutet, die Verbindungselemente spezifizieren

Die Prüfung darf nicht am freiliegenden Gewinde enden. Kein Rost außen heißt nicht kein Rost im eingeschraubten Bereich; wer es wissen will, muss die Mutter abnehmen.

Ein Spalt ist Geometrie, der Werkstoff ändert nur das Ausmaß. Die drei Treiber der Veröffentlichung, ungleichmäßige Sauerstoffverteilung, unterschiedliche Lösung innen und außen sowie aktive gegenüber passiven Oberflächen, entstehen alle daraus, dass ein Teil der Schraube abgedeckt ist. Geprüft wurde nur 304; diese Website leitet nicht ab, wie viel besser A4 wäre (A2 oder A4?).

Was diese Seite nicht folgern kann

Es handelt sich um ein 30-tägiges Laborergebnis in verdünntem Salzwasser mit künstlichem Spalt, das sich nicht in eine Lebensdauer umrechnen lässt. pH 3 bis 4 bezieht sich auf die Lösung im künstlichen Spalt, nicht auf eine Messung im eingeschraubten Bereich einer echten Schraube. Geprüft wurde nur 304, und keine Schutzmaßnahme. „Kann zu Wasserstoffversprödung führen“ ist die Schlussfolgerung der Veröffentlichung.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 5: Oberfläche. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Warum beginnt eine Edelstahlschraube in der Mutter zu korrodieren?

Weil dort ein Spalt ist. Im Versuch von Daniel et al. aus dem Jahr 2023 erreichte Sauerstoff den von der Mutter bedeckten Teil einer Schraube aus 304 nicht, die Passivschicht wurde schwächer, und die Lösung versauerte innerhalb von 30 Tagen auf pH 3 bis 4. Die Potenzialdifferenz zum freiliegenden Bereich erreichte etwa 0,40 V und machte den Spalt zur Anode.

Wenn die Schraube außen nicht rostet, ist dann alles in Ordnung?

Nicht unbedingt. In diesem Versuch zeigte das freiliegende Gewinde nur schwache Schlieren, während das eingeschraubte Gewinde an Flanken und Gewindegrund Löcher größer als 10 µm aufwies. Um das Gewinde zu prüfen, muss die Mutter abgenommen werden.

Quellen

• Daniel et al. (2023) — Synergistic effect of crevice corrosion and galvanic coupling on 304SS fasteners degradation in chloride environments, npj Materials Degradation 7:11 (frei zugänglich)
• Auch Edelstahlschrauben rosten: drei Arten, ein Werkstoffproblem

Die Veröffentlichung wurde vollständig gelesen; Versuchsbedingungen, Potenziale, pH-Werte und XPS-Anteile sind wie veröffentlicht wiedergegeben. Die Umrechnung auf 3,5 g/L und der Vergleich mit Meerwasser sind Rechnungen dieser Website. Gefunden bei einem Lauf des Paper-Collectors am 2026-10-02 (Korrosion von Verbindungselementen, frei zugänglich).