Geladene Wassertropfen können Metallbeschichtungen unerwartet schädigen

Metalle müssen überall vor Korrosion geschützt werden – von geliebten Autos über markante Bauwerke und Skulpturen bis hin zu Schiffen.

Neue Forschungsergebnisse weisen jedoch auf eine bislang unbekannte und nicht berücksichtigte Ursache der Korrosion hin.

Dabei handelt es sich um elektrisch geladenes Wasser. Wasser kann auf viele Arten eine Ladung erhalten, etwa beim Durchqueren einer Gewitterwolke oder wenn es über verschiedene Oberflächen gleitet.

Weil Wasser sowohl elektrisch geladen werden als auch Metall korrodieren kann, untersuchten Forschende des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Deutschland, ob zwischen diesen Vorgängen ein Zusammenhang besteht.

Ihre Experimente ergaben, dass elektrisch geladene Wassertropfen durch einen intensiven elektrischen Prozess, den sogenannten dielektrischen Durchschlag, Löcher in einer herkömmlichen Schutzbeschichtung auf Kupfer erzeugen können.

„Wir haben nachgewiesen, dass diese geladenen Tropfen die Beschichtung elektrisch durchschlagen und dadurch die Korrosion des Metalls verursachen können“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Studie.

„Da sich spontan geladene Wassertropfen auf natürliche Weise bilden, könnte dieser bislang übersehene Korrosionsmechanismus zum Verfall von Kulturerbestätten, Gebäuden, Schiffen, Autos und anderen Metallkomponenten beitragen.“

Geladene Wassertropfen und Korrosion von Metallbeschichtungen

Das Forschungsteam führte eine Reihe von Versuchen mit unterschiedlichen Materialien und Versuchsaufbauten durch.

Die Forschenden stellten fest, dass sich elektrische Ladungen aufbauten, wenn Wassertropfen über Oberflächen wanderten; die verschiedenen Materialien wurden dabei unterschiedlich stark beschädigt. (Ni et al., Nature, 2026)

Im ersten Experiment rollten Wassertropfen über vier verbreitete Oberflächen – ein Pflanzenblatt, eine dünne PVC-Hartschaumplatte, Polystyrol sowie mit einem wasserabweisenden Mittel beschichteten Quarz. Anschließend fielen sie auf Kupferproben, die entweder mit Teflon oder Polystyrol beschichtet waren.

In einem weiteren Aufbau glitten die Tropfen über eine durchgehende Teflonoberfläche, die zwei unmittelbar nebeneinanderliegende Materialien bedeckte.

Die Forschenden bestimmten die elektrische Ladung der Tropfen während ihres Gleitens und untersuchten die Korrosionsmuster, nachdem viele Tausend Tropfen auf die beschichteten Metalloberflächen getroffen oder über sie geglitten waren.

In ihrer Gesamtschau zeigten die Versuche, dass Wassertropfen beschichtete Metalle wie Kupfer und Gold schädigen können – nicht nur beim Aufprall, sondern auch allein durch ihre Bewegung über die Oberfläche.

Mithilfe einer leistungsstarken Mikroskopietechnik konnten die Forschenden die Schäden sichtbar machen und die Produkte der abgelaufenen korrosiven Reaktionen charakterisieren.

Wurden elektrisch neutrale Wassertropfen auf das geschützte Kupfer aufgebracht, trat dagegen keine Beschädigung auf.

Nahaufnahmen einiger Schäden, die nach 3.000 geladenen Tropfen in den Metallbeschichtungen beobachtet wurden. (Ni et al., Nature, 2026)

Wie Wassertropfen elektrische Ladung aufnehmen

Erst vor Kurzem erkannten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass gleitende Wassertropfen durch einen Ladungsaustausch mit der Oberfläche elektrisch aufgeladen werden können – ähnlich wie bei statischer Elektrizität.

Die neue Arbeit erweitert das Verständnis dafür, wie sich solche geladenen Tropfen auf Alltagsmaterialien auswirken.

Sobald das Metall freiliegt, ist es korrosionsanfällig. Dass Regen und Wasser Metalle zersetzen können, ist Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern natürlich schon lange bekannt. Möglicherweise muss jedoch neu bewertet werden, worauf solche Schäden zurückgehen und wie man ihnen vorbeugt.

„Nach dem herkömmlichen Verständnis wird das durch Wassertropfen ausgelöste Versagen von Beschichtungen hauptsächlich zwei Mechanismen zugeschrieben: dem physikalischen Abrieb durch bewegte Tropfen und der chemischen Zersetzung durch saure Stoffe und Schadstoffe im Tropfen“, schreiben die Forschenden.

Die Ergebnisse sind aufschlussreich, doch die Studie beschränkte sich auf Laborexperimente. Derzeit ist beispielsweise unklar, welcher Anteil von Regenwasser eine elektrische Ladung tragen könnte, die stark genug ist, um Metall zu beschädigen.

Diese Möglichkeit besteht allerdings eindeutig. Künftige Untersuchungen dürften genauer klären können, welcher Anteil der Materialschädigung auf diese geladenen Wassertropfen zurückzuführen ist.

Mögliche Folgen für Schutzbeschichtungen

„Geladene Tropfen können auf natürliche Weise in Wolken, Gewittern, Meereswellen, Springbrunnen und Wasserfällen entstehen oder wenn sie vor dem Auftreffen auf das beschichtete Metall über hydrophobe Materialien gleiten“, schreiben die Forschenden.

„Sie treten außerdem bei industriellen Verfahren wie elektrostatischem Sprühen, Tintenstrahldruck und Reaktionen in der chemischen und pharmazeutischen Produktion auf. Daher könnte diese Ursache der Korrosion in vielen alltäglichen oder industriellen Prozessen relevant sein.“

Wenn sich die Gefahr von elektrisch geladenem Wasser für geschützte Metalle besser quantifizieren lässt, könnten auch verbesserte Beschichtungen entwickelt werden, die gegen den hier beobachteten dielektrischen Durchschlag schützen.

Da nun bekannt ist, worauf zu achten ist, geht das Studienteam davon aus, dass eine vergleichbare Korrosion auch in anderen, über die getesteten Materialien hinausgehenden Werkstoffen stattfinden könnte.

Weiterführend: Die meisten Materialien scheinen einer „Viererregel“ zu folgen – und Forschende sind völlig ratlos

„Natürlich geladene Tropfen können eine Beschichtung elektrisch durchschlagen und damit Korrosion der beschichteten Metalle auslösen oder verstärken“, schreiben die Forschenden.

„Unsere Ergebnisse können Strategien zum Korrosionsschutz verbessern und unterstreichen die Notwendigkeit von Schutzmaterialien, die ladungsbedingten Schäden durch Wassertropfen widerstehen können.“

Die Forschung wurde in Nature veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Clare Watson auf Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, doch auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.