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Für Korrosionsprüfungen stehen eine ganze Reihe bewährter und standardisierter Verfahren zur Verfügung, die eine weite Verbreitung gefunden haben. Dazu gehören die Sprühnebelverfahren, Klimaprüfverfahren, Auslagerungsversuche in spezifisch wirkenden Prüfmedien und die elektrochemische Polarisationsmesstechnik. Dennoch bleiben eine ganze Reihe von Fragen und Wünschen offen. Insbesondere die Anfangsprozesse der Korrosion lassen sich häufig nur unzureichend untersuchen. Auch über den zeitlichen Verlauf der Korrosion geben die eingesetzten Verfahren keine ausreichenden Informationen. Weiterhin führt der Wunsch nach möglichst praxisnahen Prüfbedingungen bei vertretbarem Aufwand und die Suche nach Möglichkeiten zur Verkürzung von Prüfzeiten zur ständigen Weiterentwicklung der Prüf- und Untersuchungsmethoden.
In der Korrosionsforschung steht mit der Rauschdiagnostik bei der Untersuchung von Korrosionsprozessen ein einfaches, empfindliches und nahezu zerstörungsfreies Messverfahren zur Beurteilung der Korrosionsneigung metallischer Werkstoffe zur Verfügung. Mit dem heutigen Kenntnisstand über das elektrochemische Rauschen bei Korrosionsprozessen können die Einsatzmöglichkeiten sowohl auf die Lösung von Messaufgaben im Labor, als auch auf spezielle Probleme bei der Korrosionsüberwachung in der Praxis erweitert werden. Des Weiteren findet diese Methode auf Grund ihrer spezifischen Vorteile auch immer mehr Anwendung zur Unterstützung bzw. Verbesserung herkömmlicher Korrosionsprüfungen. Der Zugewinn wichtiger Erkenntnisse, die Verkürzung von Prüfzeiten sowie die damit verbundene Schonung von Ressourcen (Arbeitskraft, Energieaufwand, chemische Hilfsmittel etc.) sind einige der Vorteile, die eine moderne Korrosionsprüfung heute kennzeichnen.
Translated Abstract
Electrochemical noise measurements - Innovation in corrosion testing
There are a lot of approved and standardized methods available for corrosion testing which have found wide application. Salt-spray testing, electrochemical polarization techniques and exposure tests in specific test media belong to these. Nevertheless, some questions remain unanswered and requirements unsatisfied. In particular, both the start of corrosion and the way it proceeds with time can often be examined only to an insufficient extent. Furthermore, the requirements of practical test conditions, acceptable effort and expenditure and shorter test durations lead to continuous development of these test methods.
Within corrosion research, the analysis of electrochemical noise offers a simple, sensitive and virtually non-destructive measuring technique for assessment of the corrosion susceptibility of metallic materials and for the investigation of corrosion processes. The present status of knowledge concerning noise diagnostics in corrosion processes permits the application of this method not only to experimental tasks in the laboratory, but also to special problems in the context of practical corrosion monitoring. Furthermore, specific advantages of the technique enable its use to an increasing extent in supporting or improving conventional corrosion testing. The advantages here include obtaining additional information and shortening testing times (together with associated savings in resources such as manpower, energy, chemical reagents, etc.), thus resulting in state-of-the art corrosion testing.
Die Erzeugung geschliffener Oberflächen bei hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen aus dekorativen Gründen z. B. beim Einsatz im Bereich Innenarchitektur kann sich u. U. problematisch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auswirken. Bei den Untersuchungen zum Einfluss der Verfahrensparameter beim industriellen Schleifen zur Erzeugung eines bestimmten optischen Erscheinungsbildes stellte sich heraus, dass die Rauheit allein kein Maß für die zu erwartende Korrosionsbeständigkeit darstellt. Die Variation verschiedener Schleifparameter, aber auch die Art des Schleifmittels können einen erheblichen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit ausüben. Neben den Ergebnissen verschiedener Auslagerungsversuche werden elektrochemische Untersuchungen an den geschliffenen Oberflächen vorgestellt. Dabei konnte mittels elektrochemischer Rauschmessungen die unterschiedliche Korrosionsneigung der Oberflächen nachgewiesen werden.
Translated Abstract
The influence of grinding treatment of stainless steels on the corrosion behaviour
Mechanical grinding of stainless steels is often used for decoration purposes, for instance in the interior decoration. However, this treatment can cause problems regarding the corrosion resistance. During investigations of the influences of processing parameters of industrial grinding it was shown, that roughness only is not the expected crucial parameter for the corrosion resistance. The variation of different grinding parameters and also the type of abrasives have a substantial influence. Beside the long term tests electrochemical investigation at the ground surfaces are presented. The different corrosion susceptibility of the surfaces could be proven by means of electrochemical noise measurements.
Auf dem Gebiet des mechanischen Fügens ist eine rege Entwicklung zu verzeichnen. Der Einsatz neuer Materialien, neuer Nietformen, neuer Schutzschichten, veränderter Fertigungstechnologien, die Notwendigkeit zur Mischbauweise, veränderte mediale Belastungen, geforderte Langzeitgarantien usw. lassen vielfältige alte und neue Fragen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auftreten. Herkömmliche Korrosionsprüfverfahren geben oft nur unzureichende Antworten auf diese Fragen. Mit dem Einsatz des elektrochemischen Rauschens ist es möglich, in kurzer Zeit aussagekräftige Ergebnisse über Material- und Bauteileigenschaften zu erhalten, da eine Metalloberfläche ständig Signale über ihren Zustand aussendet, auch wenn man nicht misst. Neben der Möglichkeit, die Korrosionsneigung zu bestimmen, lassen sich über die Rauschmessungen auch bestimmte Verarbeitungsfehler und Oberflächendefekte nachweisen. Die Anwendung dieser Methode bietet somit Möglichkeiten zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung mechanisch gefügter Bauteile, oder auch zur Einschätzung bestehender Fügeverbindungen.
Translated Abstract
Application of noise measurement for the early detection of corrosion property of mechanical joined metal sheets
In the area of mechanical joining an active development is to be registered. The use of new materials, new rivet forms, new protective layers, changed production technologies, use of mixed materials, changed medial loads, demanded long-term guarantees etc. let arise various old and new questions regarding the corrosion resistance. Conventional corrosion testing methods often give only insufficient answers to these questions. With the use of the electrochemical noise it is possible to receive meaningful results over material and construction characteristics within a short time since a metal surface constantly sends signals over its condition, even if one does not measure. Apart from the possibility of determining the probability of corrosion also certain processing errors and surface defects can be proven with noise measurements. Thus the application of this method offers possibilities for the process optimization and quality assurance of mechanically joined construction units, or also for the estimation of existing joining connections.
In der industriellen Praxis ist die Sprühnebelprüfung eine häufig eingesetzte Prüfmethode zum Nachweis der Produktqualität von Halbzeugen und Zulieferteilen hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund gehören die Klima- und Sprühnebelprüfungen zu den am weitesten verbreiteten Korrosionsprüfverfahren. Jedoch kann man über den zeitlichen Verlauf der Korrosion, ob linear, exponentiell, logarithmisch o.ä. keine Aussage treffen. Weiterhin sind die Prüfbedingungen bei den Sprühnebelprüfungen verschärft, um eine Verkürzung der Messzeit zu erreichen. Damit verändert man unter Umständen die Korrosionsmechanismen. Die Sprühnebelprüfung kann jedoch auch ohne Verwendung von zu scharfen, praxisfremden Prüfmedien deutlich an Erkennbarkeit gewinnen, indem man elektrochemische in-situ Messungen (Rauschmessungen) anwendet. Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrochemischen Messungen, bei denen die untersuchten Proben von einem bulk-Elektrolyten umgeben sind, basieren die Messungen unter Sprühnebelbedingungen auf der Bildung eines Elektrolytfilms an den Probenoberflächen, sowie an den Innenwänden der Prüfkammer und der Anbauten (z. B. Probenhalter). Die Messeffekte weichen nicht grundlegend von konventionellen Messungen ab, die nutzbaren Signale sind jedoch von den Eigenschaften des Elektrolytfilms (Ausbreitung auf der Oberfläche, Leitfähigkeit, Dicke) abhängig. Die erfolgreiche Anwendung von Rauschmessungen unter Sprühnebelbedingungen wird für einige Beispiele der Korrosionsprüfung gezeigt.
Translated Abstract
Instrumentation of salt-spray test procedures
Salt-spray test procedures are frequently used in industrial practice as a test method for proof of product quality with semi-finished products and received parts with regard to their corrosion resistance. For this reason, salt-spray testing is one of the most well-established corrosion test procedure. However, no statement can be made about the way in which corrosion develops over time (linear, exponential or logarithmic). Furthermore, the test conditions for salt-spray tests are intensified in order to shorten the measuring times, which can lead to a change in the corrosion mechanism. Nevertheless, also without intensifying test conditions salt-spray testing can be brought to a qualitatively higher level and the clarity of the results can be improved by means of in-situ electrochemical noise measurements. In contrast to established electrochemical tests in which the specimens are surrounded by a common bulk electrolyte, electrochemical measurements in the spray chamber are based on the development of an electrolyte film on the surface of the specimen, but also on the inside walls of the testing chamber and on all fittings present (e. g. specimen holder). The measured effect thus has the same basis as in conventional electrochemical measurements. The exploitable signal is limited by the shortest connection route between the specimens, as well as by the thickness and the conducting ability of the electrolyte film. The successful application of noise measurements under salt-spray conditions is shown on various examples for corrosion testing.
Zur vergleichenden Einschätzung der Lochkorrosionsbeständigkeit von verschiedenen, mehrlagigen MAGp-auftraggeschweißten Nickelbasis-Schweißgütern auf einem Superduplexstahl wurden kritische Lochkorrosionstemperaturen (critical pitting temperature, CPT) nach ASTM G 48 C ermittelt. Es zeigte sich eine unerwartet niedrige Beständigkeit der Auftragschweißungen, als dessen Ursache ein ungünstiger Oberflächenzustand angenommen wurde. Da die CPT-Bestimmung nach ASTM keine Aussage über den Korrosionsverlauf gestattet und Untersuchungen über einen weiten Temperaturbereich damit sehr aufwendig sind, wurde eine neue Prüfmethode angewandt. Diese ermittelt die CPT mit Hilfe des elektrochemischen Stromrauschens zwischen zwei gleichartigen Proben in der nach ASTM G 48 C geforderten Prüflösung bei kontinuierlicher Temperaturerhöhung. Dadurch war es möglich, den Einfluss des Oberflächenzustandes auf das Lochkorrosionsverhalten der untersuchten Proben schnell nachzuweisen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Der beim MAGp-Schweißen entstehende oxidische Oberflächenbelag beeinflusst die Lochkorrosionsbeständigkeit negativ. Nach der mechanischen Beseitigung der Beläge durch Strahlen oder Schleifen weisen die Proben eine wesentlich höhere Lochkorrosionsbeständigkeit auf, und es konnte die Abhängigkeit von der Anzahl der Schweißlagen ermittelt werden.
Translated Abstract
Pitting corrosion behaviour of built-up welds - Effects of welding layers and tarnish -
The pitting corrosion resistance of nickel based deposition welds on a superduplex steel made by active-gas metal pulsed-arc welding was studied. Therefore the determination of the CPT (Critical Pitting Temperature) should be carried out corresponding to ASTM G 48 C. However an unexpectedly low resistance of the built-up welds also at multilayer order was noticed.
After visual assessment of the examined specimens a significant effect of the surface condition was assumed. Because the CPT determination according to ASTM does not allow any statement about the corrosion process, this method was not suitable to characterize the corrosion system. For this reason a new method was applied to clarify the causes of the low corrosion resistance. This method determines the CPT with the help of the electrochemical current noise under the same conditions demanded in ASTM G 48 C. The temperature is increased continuously and the characteristic parameters of the system are recorded and evaluated objectively within short time. So it was possible to see the influence of the surface condition on the pitting corrosion behaviour of the examined specimens. The required parameters to the post-processing of the deposition welds were determined. The comparison of the results show that the surface tarnish formed after the shielded arc welding process influences the pitting corrosion resistance negatively. After its elimination the CPT could be determined in dependence of the welding layers.
About the long-term protection behaviour of corrosion protection materials (filling materials) for prestressed systems under critical environmental conditions is only little known. The corrosion protection effect is usually based on theoretical considerations and is proven by short-term tests. The selection of the different products is mainly made according to economical or workability criteria. In a research project the barrier effect of different commercial corrosion protection materials (waxes as well as oil-based greases) against water, their tendency for undercutting as well as their additional corrosion protection effect were investigated. The exposure tests were carried out with non-stressed as well as stressed prestressing steel specimens which were subjected to critical conditions (condensed water, artificial soil solution, direct soil contact). Parallel to these long-term exposure tests the applicability of different electrochemical techniques and their significance with respect to testing the corrosion protection ability and water absorption was evaluated. Within the project a suitable method for simple testing the performance of corrosion protection materials under real conditions was developed. By means of a small compact cell submicroscopical reactions of the used sensors could be measured. The high sensitivity of this measuring technique enables the detection of degradation processes at thin protection layers.
In order to clarify under which practical conditions real risks for hydrogen-induced stress corrosion cracking of prestressing steels exist laboratory investigations in aqueous solutions and concrete as well as tests with stressed prestressing steels were carried out. While different distances between steel and zinc (cathode and anode) showed only a negligible influence on the polarisation of the steel a significant dependence on the area ratio steel/zinc was observed. A critical area ratio of 10:1 can be defined above which polarisation of the steel to hydrogen evolution potentials is unlikely. The results obtained in the laboratory concerning the critical area ratio were confirmed by on-site investigations in a precasting plant. Exposure tests with hydrogen loading did not lead to fractures during the testing time for approved prestressing steels. The characteristic mechanical values determined immediately after the hydrogen loading tests did not show significant changes. Thus, an indirect contact between prestressing steels and galvanised elements can be estimated as uncritical. But a direct contact has to be excluded by compliance with DIN 1045-1, i.e minimal distance of 2 cm between prestressing steel and galvanised elements.
Unwanted corrosive phenomena on stainless steel surfaces like rouging had been observed for years occurring at certain service conditions. Rouging consists in the formation of a colored surface film containing mainly iron on metallic surfaces in contact with high-purity waters. In spite of numerous hypotheses and experimental examinations a clear explanation about the origin of rouging on stainless steels is currently still lacking. Because rouging occurs even at well passivated stainless steel surfaces the origin of this corrosive phenomenon should be related to the weakness of the stability of the passive film. In the present paper electrochemical noise measurements regarding the stability of the passive layer of alloy 904L (1.4539, X1NiCrMoCu25-20-5) in high-purity water at 70 °C depending on the cathodic process are presented. In addition, the importance of the cathodic reaction on the passivation and stability of the passive layer is discussed.
Neben konstruktiven Anforderungen werden an nichtrostende Stähle im Bauwesen häufig hohe optische Ansprüche gestellt. Unerwartete Beeinträchtigungen des optischen Erscheinungsbildes nichtrostender Stähle unter wenig korrosiven Bedingungen sind in der Zwischenzeit ein weit verbreitetes Problemfeld und Gegenstand zahlreicher Streitfälle. Vielfach wird die Vermutung geäußert, dass eine veränderte Legierungszusammensetzung, veränderte Umweltbedingungen oder auch die unsachgemäße Verarbeitung die Ursache für diese Erscheinungen sind. Durch eine systematische Untersuchung zahlreicher Schadensfälle an Stabmaterial in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen eines Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass die Ursachen in bekannten Werkstofffehlern zu finden sind. Hierzu gehören chemische Inhomogenitäten, wie zum Beispiel Ausscheidungen und örtliche Aufkohlung, sowie geometrische Fehler, wie zum Beispiel Hinterschnitte, Walzfehler und Schalenbildung. Die Fehler konnten damit eindeutig als Herstellungsfehler der jeweiligen Halbzeuge identifiziert werden.