Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 012

Vermeidung von Verfärbungen bei rostfreiem Geschirr

Verfasser:
Prof. Dr. Hans-Jürgen Grabke, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf

87 Seiten (Sw 51 Abb., 58 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-098-0

Preis (Digital) EUR 43,00

Preis (Print) EUR 48,20

Schlagwörter: rostfrei, Diffusion, Geschirr

Zusammenfassung

Die Verfärbungen, die sich auf dem Edelstahl bilden a) beim Kochprozeß und b) beim Spülen in der Geschirrspülmaschine, sind von unterschiedlicher Natur. Sie unterscheiden sich
1. durch ihre chemische Zusammensetzung,
2. durch den Bildungsmechanismus.

Die beim Kochen entstehenden Schichten sind aus den Elementen Mg, Si, O und P aufgebaut. Diese Elemente sind im Leitungswasser vorhanden und können zusätzlich aus Lebensmitteln stammen. Die Verfärbung wird durch die Sauerstoffkorrosion verursacht. Dabei bilden sich durch die Sauerstoff-Reduktion Hydroxid-Ionen an der Phasengrenze Metall/Elektrolyt, die eine pH-Erhöhung an der Stahloberfläche hervorrufen.

In der Lösung enthaltene Mg-Ionen bilden an der Grenzfläche Elektrolyt/Metall kolloides Mg-Hydroxid. Silikat Ionen sorbieren gleichzeitig auf der Metalloberfläche und auch im kolloiden Mg-Hydroxid. Die Silikat-Ionen bewirken eine Bindung des ausgefällten Hydroxid-niederschlags an das Metall. Adsorbierte Phosphat-Ionen werden mit in die Schicht eingebaut. Diese "härten" die Schicht. Die an der Stahloberfläche ausgefällten unlöslichen Verbindungen bilden eine festhaftende, dünne Schicht von 150-200 R Dicke. Diese Schichten sind nur schwer zu entfernen.

Bunte Passivschichten mit gleicher Dicke werden beim häufigen Spüle in der Geschirrspülmaschine auf den Edelstahloberflächen gebildet.

Jedoch haben diese, beim Spülprozeß entstehenden Schichten eine andere chemische Zusammensetzung. Sie bestehen aus Eisen- und Titan-Oxiden. Die Bildung dieser bunten Schichten beruht auf der Oberflächenkorrosion des Stahls. Durch die oxidierende Wirkung der Spüllösungen, insbesondere des Klarspülers, werden die Legierungselemente aus der Stahloberfläche gelöst. Die unterschiedlichen Korrosionsgeschwindigkeiten der Stahlkomponenten bewirken die Anreicherung beziehungsweise Verarmung bestimmter Elemente in der Oberfläche. Die metallischen Komponenten Cr, Ni, Fe werden aus der Oberfläche gelöst, das Titan hingegen bildet unter den GSM-Bedingungen unlösliche Oxide. Das Titan-Oxid wird im Laufe der Zeit auf der Oberfläche angereichert und bildet zusammen mit dem als Oxid vorliegenden Eisen eine dünne Schicht, die bei genügender Dicke als Verfärbung zu sehen ist.

Es gibt also zwei Arten von Anlaufschichten:
a) Die Schicht entsteht durch einen kathodischen Prozeß: der Redukt von Sauerstoff zu OH-Ionen. Die Hydroxid-Ionen bilden mit den Mineralstoffen festhaftende "Niederschläge" auf dem Stahl.
b) Die Schicht entsteht durch einen anodischen Prozeß, der Oxidation des Stahls. Es bilden sich auf dem Stahl gut haftende Metall-Oxide.

Die nach (a) beim Kochen entstehenden Niederschlägen auf dem Edelstahl sind physiologisch völlig unschädlich. Ihre Entstehung ist nur vermeidbar, wenn noch korrosionsbeständigere Stähle, als 1.4301 verwendet werden, so daß die elektrochemischen Vorgänge beim Kochen, die zu erhöhtem pH-Wert an der Stahloberfläche führen, effektiv unterbunden werden. Der Ausschluß des o2 und der an der Schichtbildung beteiligten Mineralstoffe ist kaum möglich, da diese schon im Leitungswasser enthalten sind.

Auch der Zusatz von Komplexbildnern oder Fällungsmitteln vor dem Gebrauch des Leitungswassers zum Kochen ist nicht praktikabel.
Die nach (b) entstehenden Schichten sind ebenfalls physiologisch völlig unschädlich. Ihre Entstehung läßt sich jedoch vermeiden, wenn entweder die Klarspülmittel keine organischen Säuren mit hohem Oxidationspotential enthalten oder die verwandten Stähle kein Ti enthalten.

Das Forschungsvorhaben "Vermeidung von Verfärbungen bei rostfreiem Geschirr" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 12 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1. Bildung der Verfärbungen beim Kochprozeß
1.1.1. Durchführung der Kochversuche
1.1.2. Einfluß der Inhaltsstoffe des Leitungswassers
1.1.3. Einfluß der Lebensmittel
1.1.4. Einfluß der Gasatmosphäre
1.1.5. Verfärbung der Stähle durch verschiedene Phosphate und Silikate
1.1.5.1. Penta-Natrium-Triphosphat
1.2. Analyse der beim Kochprozeß gebildeten Anlauffarben mit AES
1.2.1. Oberflächenanalyse der Ausgangsmaterialien
1.2.2. Analyse der farbigen Schicht
1.3 Mechanismus der Schichtbildung
1.4. Bestimmung der beim, Kochprozeß gelösten metallischen Komponenten
1.5.1. Ruhepotential-Zeit-Abhängigkeit
1.5.2. Stromdichte-Potential-Kurve
1.5.3. Strom-Zeit-Verlauf
1.5.4. Potential-Zeit-Kurve
1.5.5. Intermittierte Ladekurve Kochprozeß
1.6. Einfluß der Verformung auf die Verfärbung
2. Verfärbungen durch Spülmittel
2.1.1. Langzeit-Spülversuche in verschiedenen Spülmitteln
2.1.2. Spülversuche in der Geschirrspülmaschine
2.2. Analyse der beim Spülprozeß gebildeten Verfärbungen mit AES
2.3. Analyse der Spülmittel
2.4. Lösungsversuche in organischen Säuren
2.5. Redoxpotentiale der Spüllösungen
2.6. Mechanismus der Bildung farbiger Schichten beim Spülprozeß
2.6.1. Elektrochemisches Verhalten der Legierungsbestandteile
2.6.2. Lösungseigenschaften der Metallionen
2.7. Elektrochemische Untersuchungen
2.7.1. Stromdichte-Spannungs-Kurve
2.7.2. Stromdichte-Zeit-Kurven
2.8. Einflüß der Klarspülerszusammensetzung
2.8.1. Redoxpotentiale der Einzelkomponenten des Klarspülers
3. Vermeidung der Verfärbung
3.1.1. Entfernung der Verfärbung
3.2. Vermeidung der Verfärbung beim Spülprozess
3.2.1. Entfernung der Anlaufschichten
4. Zusammenfassung