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A global transition towards more sustainable, affordable and reliable energy systems is being stimulated by the Paris Agreement and the United Nation's 2030 Agenda for Sustainable Development. This poses a challenge for the corrosion industry, as building climate‐resilient energy systems and infrastructures brings with it a long‐term direction, so as a result the long‐term behaviour of structural materials (mainly metals and alloys) becomes a major prospect. With this in mind “Corrosion Challenges Towards a Sustainable Society” presents a series of cases showing the importance of corrosion protection of metals and alloys in the development of energy production to further understand the science of corrosion, and bring the need for research and the consequences of corrosion into public and political focus. This includes emphasis on the limitation of greenhouse gas emissions, on the lifetime of infrastructures, implants, cultural heritage artefacts, and a variety of other topics.
Une transition mondiale vers des systèmes énergétiques plus durables, abordables et fiables a été initiée par l’accord de Paris et l’Agenda 2030 des Nations unies pour un développement durable. Il s’agit là d’un défi industriel majeur car les systèmes et infrastructures énergétiques résilients au changement climatique exigent de se positionner pour le long terme. Se pencher sur le comportement dans la durée des matériaux structurels - principalement des métaux et des alliages - s’impose alors comme une nécessité. Dans cette optique, « La corrosion : un défi pour une société durable »présente une série de cas montrant l’importance de la tenue à la corrosion et de la protection anticorrosion des métaux et des alliages pour le développement de systèmes durables, économiques et fiables de production d’énergie.
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.
The degradation behaviour of an Mg-1Ca alloy is investigated in vitro to figure out the possibilities of influencing the degradation behaviour of such an alloy by applying heat treatment as well as the use of a coating system based on plasma-chemical oxidation. It is shown that an optimised solution annealing (T4-heat treatment) can reduce the degradation rate while an additional ageing between 240 and 300 °C (T6-heat treatment) increases it. A coating generated by plasma-chemical oxidation reduces the degradation rate in the immersion test. Its effect is depending on the former heat treatment of the Mg-1Ca alloy as well as on the parameter during plasma-chemical oxidation.
Die Magnesiumlegierung Mg-Cal besitzt als potentielles bioabsorbierbares Implantatmaterial die Möglichkeit, vollständig vom menschlichen Körper absorbiert zu werden. Die mechanischen Kennwerte dieser Legierung liegen im Bereich des menschlichen Knochens und beide Legierungselemente (Mg, Ca) sind essentielle Spurenelemente im menschlichen Organismus.
Der limitierende Faktor für den Einsatz ist die hohe Degradationsrate dieser Legierung. Um die Degradationsgeschwindigkeit zu verringern, wurden zwei Beschichtungssysteme auf Grundlage der Plasmachemischen Oxidation (PCO) und organischer Beschichtung erzeugt und untersucht. Das Korrosionsverhalten dieser Schichtsysteme wurde dabei mit dem Elektrochemischen Rauschen analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss von Wasserstoffentwicklung und eines ansteigenden pHWert auf die Zelltoxizität untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination von beiden Schichtsystemen zu einem viel versprechenden Degradationsverhalten führt.
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.
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.
Das Grundproblem der heute verfügbaren und normativ geregelten Prüfverfahren für Zinküberzüge besteht neben den realitätsfernen Prüfbedingungen vor allem in der subjektiv geprägten Auswertung der Prüfergebnisse. Die systematische Betrachtung der Entwicklungen der letzten Jahre zeigt, dass die üblichen Verfahren den aktuellen Anforderungen damit schon vom Ansatz her nicht gerecht werden können und auch die bisher betriebene, fortlaufende Variation und Anpassung von Prüfbedingungen keinen grundlegend neuen Lösungsansatz bieten können. Ein solcher ergibt sich nur, wenn die Zinküberzüge hinsichtlich der kinetischen Eigenschaften der Deckschichtbildung und -auflösung umfassend beschrieben werden können, was nur durch den Einsatz elektrochemischer Untersuchungsmethoden mittels Gelelektrolyten möglich ist.
Aus diesem Grund wurde im Verbundforschungsvorhaben GELELEK auf der Basis elektrochemischer Methoden unter Verwendung eines Gelelektrolyten ein Normenvorschlag für eine Prüfnorm erarbeitet und zur Normungsreife geführt, welcher den Anforderungen an ein Messsystem für Feldanwendungen entspricht.
Im Verbundforschungsvorhaben GELELEK wurde eine gezielte Kombination von Laboruntersuchungen mit Untersuchungen im Feld und Bauteilen unter realen Einsatzbedingungen angestrebt. Randbedingungen für eine gesicherte Messung von atmosphärisch bewitterten Zinküberzügen unter Einsatz von Gelelektrolyten wurden erarbeitet und im Normenvorschlag festgeschrieben. Darüber hinaus wurde ein mobiles Messgerät für Messungen mit Gelelektrolyten an realen Bauteilen entwickelt. Nach Abschluss des Forschungsvorhabens steht Industrievertretern und Prüfinstituten ein wissenschaftlich gesichertes Messverfahren basierend auf Kennwerten zur Verfügung, um Zinküberzüge und deren momentane Schutzwirkung unter praxisrelevanten Bedingungen einschätzen und normativ geregelt prüfen zu können.
Der vorliegende Forschungsbericht gibt einen Überblick über die Motivation zur Durchführung des Forschungsvorhabens, wichtige Arbeitsschritte, Details zur entwickelten Prüfmethode sowie Einsatzmöglichkeiten für Prüfinstitute und Unternehmen.
Ergebnisse auf einen Blick
Elektrochemische Messungen in wässrigen Lackdispersionen konnten erfolgreich durchgeführt werden und bieten vielversprechende Ergebnisse.
Es können zeitnah Aussagen zum Auflösungsverhalten des Substrates in Abhängigkeit von verschiedenen Korrosionsschutzpigmenten, dispergiert im wässrigen Bindemittel, getroffen werden.
Somit ist eine Vorauswahl/Screening verschiedener Korrosionsschutzpigmente in Kombination mit dem wässrigen Bindemittel möglich, welche mit konventioneller Korrosionsprüfung bestätigt werden konnte.
Das Erkennen und Nutzen synergetischer Wechselwirkungen hilft bei der Entwicklung neuartiger zinkfreier Pigmente.