Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle, die durch Elektronenabgabe (Kationen) oder Elektronenaufnahme (Anionen) entstehen. In der Werkstoffwissenschaft bestimmen sie zentrale Eigenschaften von Metallen, Keramiken, Gläsern, Elektrolyten und Korrosionssystemen.

Metallionen wie Kobalt‑, Chrom‑ oder allgemein Übergangsmetall‑Ionen (z. B. Co²⁺, Cr³⁺, Fe²⁺/Fe³⁺) spielen eine Schlüsselrolle bei Oxidations‑/Reduktionsprozessen, Passivierung und Legierungshärtung. Ihre variablen Oxidationsstufen ermöglichen komplexe Gleichgewichte in wässrigen Medien und Festkörpern, etwa bei der Bildung von Schutzoxidschichten auf Chrom‑haltigen Stählen.

Ionische Spezies in Lösung wie Sulfate (SO₄²⁻), Chloride (Cl⁻), Hydrogencarbonat (HCO₃⁻) und spezifische Metallionen steuern Korrosionsmechanismen. Chloridionen sind besonders kritisch, da sie Passivschichten destabilisieren und Loch‑ oder Spaltkorrosion fördern. Sulfate und Hydrogencarbonat beeinflussen Löslichkeit, Pufferkapazität und Skalenbildung auf Metalloberflächen.

Ca²⁺‑Handhabung ist in zementären Systemen und biomedizinischen Materialien relevant. Calciumionen (Ca²⁺) steuern Hydratationsreaktionen, Kristallisationsprozesse (z. B. CaCO₃, Hydroxylapatit) und damit Festigkeit, Porosität und biologische Reaktivität.

In Festkörpern tragen Ionen zum ionischen Transport bei, etwa in Oxidionenleitern, Lithium‑Festkörperbatterien oder protonenleitenden Keramiken. Die Konzentration, Beweglichkeit und Wechselwirkung von Ionen mit Defekten und Grenzflächen bestimmen Leitfähigkeit, Stabilität und Funktionalität moderner Werkstoffe.