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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.
An unusual feature known as the negative difference effect (NDE) can be observed in magnesium when recording corrosion current density–potential curves. More hydrogen is evolved at a more positive potential which does not occur in conventional metals. Several models have been proposed in the literature in order to explain the phenomenon of NDE. They succeed in explaining some effects, and fail to deal with others. A new model, which explains the NDE by two electron consuming processes, is presented in this paper. By potentiostatic investigations of magnesium in a chloride electrolyte, measurements of hydrogen evolution and chemical analysis of the electrolyte the new model was experimentally verified.
While the possibilities of improving corrosion resistance (especially galvanic corrosion) by alloying are limited, surface finishing of magnesium alloys is the alternative for improving corrosion resistance. Due to the low corrosion potential of Mg and the danger of galvanic corrosion in the case of a coating defect, the choice of coatings is limited. This chapter will summarize the corrosion behavior of magnesium alloys and the metallurgical possibilities to improve the corrosion resistance of the alloys and reviewing critically the most commonly used surface treatments and coatings for magnesium.
Evaluation and Screening of the pre-treatment states of Mg-alloys using Electrochemical Noise
(2009)
A successful application of magnesium alloys as light structural materials and for special applications,
such as in the medical sector, depends significantly on their corrosion properties. Since the use of
well-chosen surface coating systems can optimize these properties, many efforts are going in this
direction. In general, any coating process must be seen in a close connection to the pre-treatment of
the alloy surface, particularly for magnesium alloys.
The pre-treatment is required to prepare the optimal surface for a coating system, in which adhesion
and dissolution behaviour are the central properties. In the case of magnesium alloys this means a
well-controlled removal of the casting or rolling skin, which would be prone to corrosion and poor
adhesion. Additionally, in most cases the surface morphology should be smooth. An investigation of
different pickling solutions and pickling parameters showed a wide range of effectiveness (i.e., the
resulting mass loss and surface morphology). Another important and often underestimated fact is the
comparatively strong tendency of magnesium to react with the atmosphere. For that reason, after a
completed pickling and cleaning treatment the condition of the surrounding atmosphere and the time
prior to coating of the surface should be taken into account because of the formation of different
reaction layers. These layers have an effect on adhesion and the corrosion properties of the coating
system as a whole. For a documentation of the influence of different atmospheres and the timedependence
of the surface activity the measurement of the electrochemical noise is the preferred
technique. This is because it shows instantaneously the actual activity, even in the absence of external
excitation. The influence of different pre-treatments as well as exposure conditions and duration was
investigated using electrochemical noise measurements as a screening method. As a result the pretreatment
which is an important part of the coating process could be considerably improved.
An important possibility to improve the corrosion behaviour of magnesium alloys is the application of protective coatings. The quality of such coatings depends mainly on the pretreatment and the exposure conditions after pretreatment. Since magnesium surfaces change much faster under atmospheric conditions than those of almost any other technical material, it is necessary to pay special attention to this particular feature. The activity of acid-pickled surfaces of the magnesium alloys AZ31 and AZ91 in dependence on the exposure time and the humidity conditions was investigated with electrochemical noise (EN) measurements. In addition to pickling, plasma chemical vapour deposition processes open new possibilities for an economical, as well as ecologically quite safe, pretreatment. The results of EN investigations after acid pickling as well as specific plasma oxidation treatments of the two magnesium alloys after exposure to air with different humidities are presented.
Sixteen laboratories have performed electrochemical noise (EN) measurements based on two systems. The first uses a series of dummy cells consisting of a 'star' arrangement of resistors in order to validate the EN measurement equipment and determine its baseline noise performance, while the second system, based on a previous round-robin in the literature, examines the corrosion of aluminium in three environments. All participants used the same measurement protocol and the data reporting and analysis were performed with automatic procedures to avoid errors. The measurement instruments used in the various laboratories include commercial general-purpose potentiostats and custom-built EN systems. The measurements on dummy cells have demonstrated that few systems are capable of achieving instrument noise levels comparable to the thermal noise of the resistors, because of its low level. However, it is of greater concern that some of the instruments exhibited significant artefacts in the measured data, mostly because of the absence of anti-aliasing filters in the equipment or because the way it is used. The measurements on the aluminium samples involve a much higher source noise level during pitting corrosion, and most (though not all) instruments were able to make reliable measurements. However, during passivation, the low level of noise could be measured by very few systems. The round-robin testing has clearly shown that improvements are necessary in the choice of EN measurement equipment and settings and in the way to validate EN data measured. The results emphasise the need to validate measurement systems by using dummy cells and the need to check systematically that the noise of the electrochemical cell to be measured is significantly higher than the instrument noise measured with dummy cells of similar impedance.
Elektrochemische Methoden
(2006)
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.
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.
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.
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 einer neuen Methode (Rauschdiagnostik) ist es möglich, in kurzer Zeit aussagekräftige Ergebnisse über Material- und Bauteileigenschaften zu erhalten. Hierbei macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass eine Oberfläche, gleichgültig ob man misst oder nicht misst, ständig kleinste Strom- und Spannungsimpulse generiert, die bei richtiger Messung und Interpretation wertvolle Aussagen liefern. Neben der Möglichkeit, die Korrosionsneigung zu bestimmen, lassen sich über diese Messungen auch bestimmte Verarbeitungsfehler und Oberflächendefekte nachweisen. Die Anwendung dieser Methode bietet somit Möglichkeiten zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung mechanisch gefügter Bauteile, oder auch zur Einschätzung des Zustandes von Fügeverbindungen in der Praxis.
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.