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The development of organic coatings for corrosion protection is an elaborate process with a multitude of often interminable investigations and tests of protection properties. Electrochemical methods support the processes of development to a great extent and help to understand mechanisms of action and failure. They are usually carried out on applied coating systems with a completed formulation. An examination possibility is presented in this publication that enables the characterization of waterbased coatings with different formulation variations in the liquid (aqueous) state with the aid of electrochemical noise technique. Thus, selection of binders, pigments, and other additives is supported essentially and made more efficient in a very early Phase of formulation development. The paper shows that a unique insight into the dynamic processes of a metal in contact with an aqueous coating dispersion is possible using the example of the development of zinc-free corrosion-inhibiting pigments for waterbased coatings. In addition, it is presented in which way the results correlate with the performance of applied coatings.
Electrochemical tests, hardness measurements, and microstructure analysis are performed to study the influence of austenitizing, quenching, and tempering parameters on the corrosion resistance of the martensitic stainless steel grade X50CrMoV15 (1.4116). Different heat treatment states were studied using an adapted EPR-Test to evaluate the chromium distribution and depletion caused by the formation and dissolution of chromium rich carbides. The EPR results were correlated with pitting corrosion behavior, demonstrating the strong effect of heat treatment parameters on the susceptibility of martensitic stainless steels to corrosion phenomena.
Elektrochemisches Rauschen von unlegiertem Stahl in wasserbasierten Bindemittel-Pigment-Gemischen
(2017)
Die Entwicklung von Beschichtungen für den Korrosionsschutz ist ein aufwändiger Prozess mit einer Vielzahl von oftmals langwierigen Untersuchungen und Prüfungen der Schutzeigenschaften.
Elektrochemische Methoden unterstützen die Entwicklungsprozesse in hohem Maße und helfen beim Verstehen von Wirk- und Schadensmechanismen. Sie werden meistens an fertig formulierten und applizierten Beschichtungssystemen vorgenommen. Es wird eine Untersuchungsmöglichkeit vorgestellt, bei der sich wasserbasierte Beschichtungsstoffe in unterschiedlichen Formulierungsvarianten bereits im flüssigen Zustand mit Hilfe des elektrochemischen Rauschens charakterisieren lassen. Damit ist es möglich, bereits in einer sehr frühen Phase der Formulierungsentwicklung die Auswahl von Bindemitteln, Pigmenten und weiteren Zusatzstoffen entscheidend zu unterstützen und effizienter zu gestalten. Am Beispiel der Entwicklung von zinkfreien Korrosionsschutzpigmenten für wasserbasierte Beschichtungen
wird gezeigt, dass ein einzigartiger Einblick in die dynamischen Prozesse bei Kontakt eines Metalls mit der wässrigen Beschichtungsdispersion möglich ist und wie dies mit der Performance der Beschichtungen korreliert.
Durch eine breite Beteiligung von Schleifmittelherstellern, -anwendern und wissenschaftlichen Einrichtungen im projektbegleitenden Ausschuss (PA) konnte der vielschichtige Themenkomplex „Schleifen“ im Kontext zu den Projektzielen umfassend untersucht werden. Es wurden praxisrelevante Parameterfelder definiert, die eine erfolgreiche Aufklärung der Projektfragestellung ermöglichten.
Im Zuge der Untersuchungen wurde ein signifikanter Einfluss beim Einsatz von Granulatschleifbändern auf das Korrosionsverhalten geschliffener Oberflächen festgestellt. Damit zeigten geschliffene Oberflächen regelmäßig eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit als Oberflächen, die mit sonst gleichen Parametern mit einlagig gestreuten Bändern bearbeitet wurden.
Die durch einige Untersuchungsergebnisse aus vorangegangenen AiF-Vorhaben ursprünglich verfolgte These, dass Unterschiede in der Korrosionsbeständigkeit auf die Kornart der Schleifmittel Korund bzw. SiC zurückzuführen ist, konnte nur bedingt bestätigt werden. Bei den systematischen Untersuchungen innerhalb dieses Projektes erwies sich der Einfluss der Kornart im Vergleich zum Einfluss des Schleifbandtyps (Granulat bzw. einlagig gestreutes Korn) als weniger relevant.
Durch weiterführende Untersuchungen konnten auf Oberflächen, die mit Granulatschleifbändern bearbeitet wurden, große Materialaufplattungen aus Eigenmaterial festgestellt werden. Das Eigenmaterial wird dabei im Schleifprozess zunächst abgetragen und aufgrund der Topografie des Schleifbandes zeitweise auf den Bändern festgehalten. Später lösen sich diese Materialanhäufungen vom Band ab und können prozessbedingt durch Wärme- und Krafteinwirkung auf den bearbeiteten Oberflächen aufgeplattet werden. Durch REM und KorroPad Untersuchungen ließen sich Bereiche mit solchen Eigenmaterialaufplattungen eindeutig als wesentliche Ausgangspunkte für Korrosionsprozesse identifizieren. Das aufgeplattete Material ist stark verformt, thermisch beeinflusst und bildet eine Spaltgeometrie zur Bauteiloberfläche aus. Diese Veränderungen führen zur Störung der Passivschichtausbildung in diesen Bereichen und verursachen damit eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit der Oberflächen.
Durch gezielte Nachbearbeitungsprozesse ist es möglich, die Eigenmaterialaufplattungen von den Oberflächen zu entfernen. Im Rahmen des Vorhabens wurde dazu eine Nachbearbeitung mittels Schleifvlies geprüft, die zu einer Entfernung der Eigenmaterialaufplattungen und damit zu einer Wiederherstellung der erwarteten Korrosionsbeständigkeit führte. Wird der Endschliff von Oberflächen mit einlagig gestreutem Korn ausgeführt, sind ebenfalls keine korrosionsrelevanten Materialaufplattungen zu erwarten.
Die in einem vorhergehenden AiF Vorhaben IGF 17136 N/1 entwickelte Methode der KorroPad-Prüfung konnte auch hier erfolgreich für die Untersuchung der Auswirkung unterschiedlicher Prozessparameter auf die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen eingesetzt werden. Zudem erwies sich das EPR-SL-Verfahren als ein weiterer Ansatz, um die Passivschichtstabilität verschieden geschliffener Oberflächen vergleichend untersuchen zu können.
Mit den nun vorliegenden Erkenntnissen können kmU künftig durch Anpassungen und Optimierung von Schleifprozessen eine gute Korrosionsbeständigkeit der bearbeiteten Oberflächen sicherstellen. Die Optimierung der Prozessparameter und -schritte kann durch den Einsatz der KorroPad-Prüfung Inhouse erfolgen und somit die laufende Fertigung im Rahmen der Qualitätsprüfung überwacht und dokumentiert werden.
The terminal settling velocity is considered the most critical parameter determining the transport of tire and road wear particles (TRWP) in aquatic environments. Nonetheless, no respective empirical data has been reported so far. In this study, particle samples from a road simulator and a highway tunnel were investigated with a validated imaging method. Different density and size fractions of both samples were measured separately, acquiring sizes and settling velocities of more than 30,000 individual particles. In addition, tire marker polymers were analyzed for each fraction via thermal extraction desorption-gas chromatography/mass spectrometry. Finally, the acquired particle data was combined according to the fractions’ estimated tire contents in order to deduce detailed probability distributions of particle size and settling velocity for the actual TRWP from both samples. Weighted by TRWP-incorporated tire mass, median diameters of 54 and 44 μm as well as median settling velocities of 0.65 and 0.22 mm/s were found for TRWP from the road simulator and highway tunnel, respectively. This study thus provides the first ever empirical data on TRWP settling velocities in water, which can be highly valuable input for modeling the environmental transport of TRWP and for dimensioning TRWP retention systems.
The almost-two-centuries history of spectrochemical analysis has generated a body of literature so vast that it has become nearly intractable for experts, much less for those wishing to enter the field. Authoritative, focused reviews help to address this problem but become so granular that the overall directions of the field are lost. This broader perspective can be provided partially by general overviews but then the thinking, experimental details, theoretical underpinnings and instrumental innovations of the original work must be sacrificed. In the present compilation, this dilemma is overcome by assembling the most impactful publications in the area of analytical atomic spectrometry. Each entry was proposed by at least one current expert in the field and supported by a narrative that justifies its inclusion. The entries were then assembled into a coherent sequence and returned to contributors for a round-robin review.
The illegal use of explosives by terrorists and other criminals is an increasing issue in public spaces, such as airports, railway stations, highways, sports venues, theaters, and other large buildings. Security in these environments can be achieved by different means, including the installation of scanners and other analytical devices to detect ultra-small traces of explosives in a very short time-frame to be able to take action as early as possible to prevent the detonation of such devices. Unfortunately, an ideal explosive detection system still does not exist, which means that a compromise is needed in practice. Most detection devices lack the extreme analytical sensitivity, which is nevertheless necessary due to the low vapor pressure of nearly all explosives. In addition, the rate of false positives needs to be virtually zero, which is also very difficult to achieve. Here we present an immunosensor system based on kinetic competition, which is known to be very fast and may even overcome affinity limitation, which impairs the performance of many traditional competitive assays. This immunosensor consists of a monolithic glass column with a vast excess of immobilized hapten, which traps the fluorescently labeled antibody as long as no explosive is present. In the case of the explosive 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), some binding sites of the antibody will be blocked, which leads to an immediate breakthrough of the labeled protein, detectable by highly sensitive laser-induced fluorescence with the help of a Peltier-cooled complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera. Liquid handling is performed with high-precision syringe pumps and chip-based mixing-devices and flow-cells. The system achieved limits of detection of 1 pM (1 ppt) of the fluorescent label and around 100 pM (20 ppt) of TNT. The total assay time is less than 8 min. A cross-reactivity test with 5000 pM solutions showed no signal by pentaerythritol tetranitrate (PETN), 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX), and octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (HMX). This immunosensor belongs to the most sensitive and fastest detectors for TNT with no significant cross-reactivity by non-related compounds. The consumption of the labeled antibody is surprisingly low: 1 mg of the reagent would be sufficient for more than one year of continuous biosensor operation.
The primary screening of hybridoma cells is a time-critical and laborious step during the development of monoclonal antibodies. Often, critical errors occur in this phase, which supports the notion that the generation of monoclonal antibodies with hybridoma technology is difficult to control and hence, a risky venture. We think that it is crucial to improve the screening process to eliminate most of the critical deficits of the conventional approach. With this new microarray-based procedure, several advances could be achieved: Selectivity for excellent binders, high-throughput, reproducible signals, avoidance of misleading avidity (multivalency) effects, and performance of simultaneous competition experiments. The latter can also be used to select clones of desired cross-reactivity properties. In this paper, a model system with two excellent clones against carbamazepine, two weak clones, and blank supernatant containing fetal bovine serum was designed to examine the effectiveness of the new system. The excellent clones could be detected largely independent of the immunoglobulin G (IgG) concentration, which is usually unknown during the clone screening since the determination and subsequent adjustment of the antibody concentration are not feasible in most cases. Furthermore, in this approach, the enrichment, isolation, and purification of IgG for characterization is not necessary. Raw cell culture supernatant can be used directly, even when fetal calf serum (FCS) or other complex media is used. In addition, an improved method for the oriented antibody-immobilization on epoxy-silanized slides is presented. Based on the results of this model system with simulated hybridoma supernatants, we conclude that this approach should be preferable to most other protocols leading to many false positives, causing expensive and lengthy elimination steps to weed out the poor clones.
