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In diesem Beitrag soll an drei anschaulichen Beispielen dargestellt werden, wie sich Verarbeitungsfehler bei nichtrostenden Stählen auf das Korrosionsverhalten auswirken und zu unerwarteten Schäden führen können. Mit Hilfe von geeigneten elektrochemischen Verfahren werden Proben von drei unterschiedlichen nichtrostenden Stählen charakterisiert. An einem martensitischen nichtrostenden Stahl wird der Einfluss der Wärmebehandlung gezeigt, da dieser besonders empfindlich auf eine falsche Parameterwahl reagiert. Mit zwei austenitischen Stahlgüten wird verdeutlicht, wie sich Gefügeinhomogenitäten, die im Verarbeitungsprozess und bei der Stahlerzeugung entstehen, auf die Passivierung und das Lochkorrosionsverhalten auswirken. Dabei wird der Oberflächenzustand bei allen Untersuchungen gleich gehalten, um eine Rückführung des Korrosionsverhaltens auf die Gefügeinhomogenitäten durch den Vergleich mit Referenzchargen zu ermöglichen.
Im Zusammenhang mit Planungs- und Entwicklungsaufgaben, den Forderungen in Normen und Regelwerken, in betrieblichen Arbeitsanweisungen, den Vorgaben für Zulieferteile oder bei der Auseinandersetzung mit Schadensfällen stellen sich häufig Fragen zum Korrosionsschutz sowie zu entsprechenden Prüf- und Untersuchungsverfahren. Die daraus gewonnenen Ergebnisse sollen z. B. eine Eignung von Werkstoffen oder Schutzsystemen unter spezifischen Einsatzbedingungen, die Dauerhaftigkeit des Schutzes, den Nachweis einer gleichbleibenden Qualität, die Vergleichbarkeit bekannter mit neuen Korrosionsschutzkonzepten oder den Wirkungsnachweis für gezielte Systemeingriffe belegen. Schnell wird deutlich, dass sich aus dem Blickwinkel verschiedener Branchen ganz unterschiedliche Anforderungsprofile ergeben, die ihren Niederschlag dann in unterschiedlichen Strategien der Prüf- und Untersuchungsverfahren finden.
Elektrochemische Methoden für die Charakterisierung und Optimierung von Korrosionsschutz-Systemen
(2014)
Optimierung des Korrosionsverhaltens elektronenstrahlgeschweißter nichtrostender Duplexstähle
(2014)
Development of anti-corrosive pigments for diverse coating systems is both time-consuming and costly, due to the necessary climatic testing, such as testing under salt spray exposure. To accelerate work on a new zinc-free pígment with improved protection, modern, electrochemical investigation methods have been used successfully and verified using traditional tests.
The development of anti-corrosive pigments for the most diverse coating Systems is extremely time consuming and expensive, owing to the necessary climatic testing, such as testing under salt spray exposure. To accelerate work on a new zinc-free pigment with improved protection, modern, electrochemical investigation methods have been used successfully and verified using traditional tests.
Hartstoffbeschichtungen werden heutzutage in vielen praktischen Bereichen zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und aus dekorativen Gründen auf verschiedenste Stahlbauteile aufgebracht. Beim unvermeidlichen Kontakt mit einem umgebenden wässrigen Medium über Schichtporen und-fehler sind die beschichteten metallischen Substratwerkstoffe jedoch der Gefahr lokaler Korrosion ausgesetzt, was mittel-oder langfristig zum Funktionsverlust der Bauteile führen kann. Ein neuartiger Ansatz zur Veränderung der mechanisch-technologischen, optischen sowie elektrochemischen Eigenschaften hartstoffbeschichteter Bauteile ist der Einbau des Elements Magnesium in den physikalisch abgeschiedenen Überzug (z.B. TiN). Untersuchungen von Fenker et al., die die Charakterisierung dieser neuartigen TiMgN-Überzüge zum Ziel hatten, konnten zeigen, dass sich mit zunehmenden Mg-Gehalt die Farbe des Überzugs von dem typischen goldgelb des TiN über violett, blau bis hin zu metallisch grau verändert und weiterhin die Oxidationsbeständigkeit deutlich gesteigert wird. Weiterhin zeigte sich in 24-stündigen neutralen Salzsprühtest, dass sich die Korrosionsbeständigkeit der mit TiMgN beschichteten Stähle mit steigendem Mg-Gehalt deutlich verbessern und die Korrosion des Stahlsubstrats zeitlich verzögert wird. Ausgehend von diesen phänomenologischen Beobachtungen wurden drei verschiedene Arbeitshypothesen über die elektrochemische Wirkungsweise des Magnesiums im TiMgN-Schichtsystem entwickelt, die ursächlich für die verbesserte Korrosionsbeständigkeit seien können. Die drei Arbeitshypothesen sind: · Potentialanpassung: Das Mg verringert das Freie Korrosionspotential der Schicht, welches sich dem des Stahlsubstrates annähert, womit Lochkorrosion verhindert bzw. verzögert wird. · Galvanische Anode/Opferanode: Das elektrochemisch unedlere Mg in dem Schichtsystem geht bei Vorhandensein von freiliegendem Fe bevorzugt in Lösung und schützt so den Stahl als galvanische Anode. · Versiegeln kleiner Schichtdefekte: Ausgefallene Korrosionsprodukte von Mg verschließen vorübergehend Schichtdefekte und verhindern bzw. verzögern das Vordringen des Korrosionsmediums zum Stahl.
Durch die Alkalität des Betons wird Betonstahl dauerhaft vor Korrosion geschützt. Infolge von Chlorideintrag kann dieser Schutz nicht länger aufrechterhalten werden und führt zu Lochkorrosion. Die zerstörungsfreie Prüfung von Stahlbetonproben mit 3D-CT bietet die Möglichkeit, eine Probe mehrfach gezielt vorzuschädigen und den Korrosionsfortschritt zu untersuchen. Zur Quanti-fizierung des Schädigungsgrades müssen die bei dieser Untersuchung anfallenden großen Bilddaten mit Bildverarbeitungsmethoden ausgewertet werden. Ein wesent-licher Schritt dabei ist die Segmentierung der Bilddaten, bei der zwischen Kor-rosionsprodukt (Rost), Betonstahl (BSt), Beton, Rissen, Poren und Umgebung unterschieden werden muss. Diese Segmentierung bildet die Grundlage für sta-tistische Untersuchungen des Schädigungsfortschritts. Hierbei sind die Änderung der BSt-Geometrie, die Zunahme von Korrosionsprodukten und deren Veränderung über die Zeit sowie ihrer räumlichen Verteilung in der Probe von Interesse. Auf-grund der Größe der CT-Bilddaten ist eine manuelle Segmentierung nicht durch-führbar, so dass automatische Verfahren unabdingbar sind. Dabei ist insbesondere die Segmentierung der Korrosionsprodukte in den Bilddaten ein schwieriges Problem. Allein aufgrund der Grauwerte ist eine Zuordnung nahezu unmöglich, denn die Grauwerte von Beton und Korrosionsprodukt unterscheiden sich kaum. Eine formbasierte Suche ist nicht offensichtlich, da die Korrosionsprodukte in Beton diffuse Formen haben.
Allerdings lässt sich Vorwissen über die Ausbreitung der Korrosionsprodukte nutzen. Sie bilden sich in räumlicher Nähe des BSt (in Bereichen vorheriger Volumenabnahme des BSt), entlang von Rissen sowie in Porenräumen, die direkt am BSt und in dessen Nahbereich liegen. Davon ausgehend wird vor der Korrosionsprodukterkennung zunächst eine BSt-Volumen-, Riss- und Porenerken-nung durchgeführt. Dieser in der Arbeit näher beschriebene Schritt erlaubt es, halb-automatisch Startpunkte (Seed Points) für die Korrosionsprodukterkennung zu finden. Weiterhin werden verschiedene in der Bildverarbeitung bekannte Algorithmen auf ihre Eignung untersucht werden.
Die Qualität von Schneidwaren aus martensitisch nichtrostenden Stählen (MNS) hängt neben ihrer härtebedingten Schneidleistung wesentlich von ihrer Korrosionsbeständigkeit ab, die dauerhaft das hochwertige optische Erscheinungsbild gewährleisten soll. Zur Prüfung der Korrosionsbeständigkeit hat sich bei Schneidwaren aus MNS die Anwendung des Wechseltauchversuchs etabliert, dessen Ausweitung aufwendig und dessen Ergebnisse oftmals fragwürdig sind. In den letzten Jahren wurden daher neue elektrochemische Methoden entwickelt, um das Korrosionsverhalten von MNS objektiver zu bewerten. Diese neuen Untersuchungsmethoden ermöglichen eine genauere Erfassung der teilweise stark schwankenden Korrosionsbeständigkeit von MNS und bilden damit die Grundlage zur Aufklärung der Ursachen dieser Schwankungen. Im Rahmen des IGF-Vorhabens 16636 BG wurden dazu das elektrochemische Rauschen (ECR), das KorroPad und die elektrochemisch potentiodynamische Reaktivierung (EPR) eingesetzt, um die werkstoffseitigen Einflüsse der Mikrostruktur und den Einfluss der Oberflächenbearbeitung auf die Korrosionsbeständigkeit zu untersuchen. Es wurden dazu an drei weit verbreiteten MNS (1.4116, 1.4034 und 1.4021) je acht verschiedene Oberflächenzustände hergestellt und das Korrosionsverhalten untersucht. Um die dabei aufgetretenen Unterschiede im Lochkorrosionsverhalten zwischen den drei Werkstoffen zu erklären, wurde der EPR-Test eingesetzt, der lokale ChromVerarmung im Gefüge als werkstoffbedingte Ursache von Lochkorrosionsanfälligkeit nachweist. Mit der Kombination der Ergebnisse aus EPR, ECR und KorroPad war es möglich, die unterschiedliche Lochkorrosionsanfälligkeit direkt der unterschiedlich stark ausgeprägten Chromverarmung der drei MNS zuzuordnen. Der Einfluss der Chromverarmung auf die Lochkorrosionsanfälligkeit ist dabei deutlich größer als der Effekt der Oberflächenbearbeitung, der nur bei gering ausgeprägter Chromverarmung ersichtlich ist. Damit wurde gezeigt, dass nur bei Betrachtung aller Einflussgrößen sichere Aussagen zur Korrosionsbeständigkeit und zu den Ursachen der Lochkorrosionsanfälligkeit von MNS möglich sind.
Werkstoffe
(2014)
Für die Realisierung des in der Produktentwicklung entstandenen Produkts in der Fertigung steht heutzutage eine Vielzahl moderner Werkstoffe zur Verfügung. Ein Werkstoff ist ein Stoff, der mit der Absicht einer technischen Verwendung hergestellt wird. Werkstoffe sind feste Stoffe und grenzen sich von flüssigen Stoffen wie beispielsweise Treibstoffen und Schmierstoffen ab. Eine Einteilung der Werkstoffe in verschiedene Gruppen kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise nach dem Einsatzgebiet, der Art der chemischen Bindung oder dem inneren Aufbau.
Unter praktischen Einsatzbedingungen unterliegen die Konstruktionswerkstoffe in Anlagenkomponenten mit strömenden, feststoffhaltigen Medien, wie sie in vielen Anwendungsgebieten wie z.B. im Bereich der Erdölförderung und -Verarbeitung, der Kraftwerkstechnik sowie dem Bergbau auftreten, einer kombinierten mechanischen und korrosiven Beanspruchung. Da Bauteilschäden in den erwähnten Bereichen aufgrund der dort verarbeiteten Medien vielfach mit einer akuten Gefährdung von Mensch und Umwelt infolge des Austritts der transportierten Medien einhergehen, ist es erforderlich, genaue Erkenntnisse über das Werkstoffverhalten unter kombinierter erosiv-korrosiver Beanspruchung zu erlangen. Bisherige Standardprüfverfahren zur Untersuchung des Erosionskorrosionsverhaltens basieren üblicherweise auf der Bestimmung von Abtragsraten aus gravimetrisch bestimmten Masseverlusten unter definierten Prüfbedingungen. Unter Hochrechnung der ermittelten Abtragsraten wird versucht, Aussagen über das langfristige Werkstoffverhalten zu treffen und die voraussichtliche Betriebsdauer von Anlagenkomponenten abschätzen zu können. Durch die Ermittlung integraler Werte über die gesamte Versuchsdauer bleiben jedoch zeitliche Änderungen in den Bedingungen, wie sie unter praktischen Einsatzbedingungen zu erwarten sind, unberücksichtigt. Zudem können aus der Bestimmung von Abtragsraten unter Standardprüfbedingungen keine Rückschlüsse auf die Ursachen des Materialabtrags sowie auf mögliche Wechselwirkungen zwischen der mechanischen sowie korrosiven Beanspruchungskomponente getroffen werden. Die Entwicklung eines elektrochemisch instrumentierten Versuchsaufbaus kann hier einem Informationszugewinn im Hinblick auf die wirkenden Mechanismen unter kombinierter erosiv-korrosiver Beanspruchung generieren und somit einen entscheidenden Beitrag zur Abschätzung des langfristigen Werkstoffverhaltens unter Einsatzbedingungen und folglich auch zur Verbesserung der Bauteilsicherheit leisten.