Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Although zinc and zinc coatings have been widely used for corrosion protection for decades new zinc coatings are constantly being developed. Characterizing the corrosion protectiveness of these new coatings, however, should not be underestimated. While exposure tests are time intensive, cyclic tests can only be used for a very limited field of application. Thus, electrochemical measurements provide both an efficient and an effective alternative. Conventional aqueous bulk electrolytes influence the surface layers of a tested zinc coating and are therefore not reliable. Gel electrolytes, however, have evolved over the last few years, are minimally invasive and provide reliable results.
This work describes experiments with gel electrolytes made of agar. Unlike previous work, it proposes a composition of gel electrolyte for minimally invasive description of the protective power of naturally formed oxide layers on zinc and zinc coatings. Therefore, as a first part, the gel electrolyte made of agar is verified as a method for zinc and zinc-coated samples. Afterwards, this paper introduces the corrosion product layer resistance RL as a promising parameter to evaluate the protective power of zinc coatings. Results are verified with EIS and FTIR measurements. An example on a representative zinc coating demonstrates the practical application.
Samples of the austenitic stainless steel grade X5CrNi18‐10 (1.4301, AISI 304) were ground industrially with various grinding parameters to study their influence on corrosion resistance. The ability of the mechanically ground surfaces to form a stable passive layer was evaluated by KorroPad test and a modified electrochemical potentiodynamic reactivation test based on a single loop (EPR‐SL). Furthermore, the surfaces were characterized by surface analytical methods. The main influence was determined regarding abrasive belt type. Surfaces mechanically ground with granulate abrasive belts constantly had a lower corrosion resistance than surfaces ground with single‐coated grain. The granulate abrasive belts generated more sensitized surface areas and left formations of welded sample material on the mechanically ground surfaces. A post‐treatment with a nonwoven abrasive proved to be an effective finishing process by which the surface defects and sensitized material got removed and the surfaces regained the expected corrosion resistance.
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 present work describes the combination of electrochemical investigations by using a gel‐type electrolyte with Fourier‐transformed infrared spectroscopy to investigate partially extremely thin corrosion product films on titanium‐zinc. The gel pad method enables the determination of corrosion relevant parameters such as the potential and the linear polarization resistance without altering the corrosion product layers, which are extremely prone to re‐dissolution when freshly formed. Complementary infrared spectroscopy enables the determination of main compounds of even very thin surface layers of few tenth of nanometers with a certain lateral resolution. It was found that zinc forms mostly zinc carboxy‐hydroxides such as hydrozincite, under various exposure conditions. The protective properties of these hydrozincite layers depend on the structure of the corrosion product film rather than on its thickness. In mid‐term exposure tests, shallow corrosion pits were found even in the absence of corrosive agents such as chloride.
Metallene Konstruktionswerkstoffe reagieren infolge ihres thermodynamisch instabilen Zustandes mehr oder weniger stark mit Stoffen aus der Umgebung. Eine große Rolle bei diesen Reaktionen spielt das Feuchtigkeitsangebot an der Metalloberfläche, welches nicht zwingend mit einem sichtbaren Wasserfilm einhergehen muss. An der Atmosphäre bilden sich an sauberen Metalloberflächen bei etwa 80 % relativer Luftfeuchte, bei versalzten Oberflächen auch schon ab etwa 25 % r. F., Feuchtfilme aus. Im Feuchtfilm laufen grundsätzlich die gleichen elektrochemischen Reaktionen ab, wie diese von wässrigen Medien bekannt sind. Dabei geht das Metall zunächst in Ionenform und in nachgelagerten Reaktionen in einen thermodynamisch stabilen Zustand in Form unterschiedlichster Oxid- und Hydroxidverbindungen über. Die so entstehenden Korrosionsprodukte können im Feuchtigkeitsfilm begrenzt löslich oder unlöslich sein und lagern sich auf den Oberflächen der Konstruktionswerkstoffe häufig als feste Korrosionsprodukte ab bzw. wachsen dort auf. Je nachdem wie die Korrosionsprodukte strukturell zum Untergrund passen, können sich dichte, sehr gut haftende Schichten ausbilden oder poröse, dicke Schichten ohne nennenswerte Haftung aufwachsen. Wachsen dichte, porenfreie Schichten mit guter Haftung auf, die im umgebenden Medium unlöslich sind, wird die weitere Auflösung des Metalls stark gehemmt. Man spricht dann von der Ausbildung schützender Deckschichten bzw. von Passivschichten auf welcher der Korrosionsschutz und damit die Dauerhaftigkeit vieler Konstruktionswerkstoffe beruhen. Kaesche bezeichnete die Passivität sehr treffend als „optimalen Grenzfall des Korrosionsschutzes durch Schichten von Korrosionsprodukten“. Aus technischer Sicht hält Kaesche eine Unterscheidung von Deckschichten bzw. Passivschichten für nicht zwingend erforderlich, da beide die Korrosionsgeschwindigkeit in gleichem Maß herabsetzen können. Die Übergänge zwischen den meist dickeren und dadurch sichtbaren Deckschichten und den meist dünnen, nicht sichtbaren Passivschichten sind fließend.
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.
The corrosion resistance of aluminium surfaces is closely linked to the surfacecstate after a grinding process. For years, iron‐containing abrasive materials were suspected to lead to increased corrosion susceptibility after processing of aluminium surfaces. To prove a possible correlation between the iron content of an abrasive and the corrosion behaviour of aluminium components, scientific investigations and experimentally practical corrosion tests are necessary.
For the current investigation, specimens of a technical Al‐Si alloy from the same batch were used. The test specimens were mechanically ground with various resin‐bonded model abrasives containing different iron contents. The performed corrosion tests did not reveal a negative influence of the different iron‐containing abrasives on the corrosion behaviour of the Al–Si alloy.
However, the most sensitive measuring method (electrochemical noise)
showed differences in the surface activity depending on the type of abrasive.
The corrosivity of atmospheres in Europe has changed significantly in recent decades. For the Federal Republic of Germany, no current values for the corrosion rate based on 1‐year atmospheric exposure of standard specimens can be found in the scientific literature after 2000. This paper presents results from a field exposure study in the Berlin metropolitan area and Helgoland in 2016. Based on standard specimens, values for the corrosion rate and the corresponding atmospheric corrosivity category are determined for open exposure and indirect weathering in a ventilated enclosure as sheltering after 1 year of exposure. The results prove that determined corrosivity categories are material‐specific. Sheltered exposure is a typical atmospheric situation for many building components. It allows statements on the effect of the concentration of airborne substances on the corrosivity beyond the normative requirements.
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.
Novel agar-based test electrolytes are used to perform electrochemical corrosion investigations on ZnFe and ZnNi binary as well as ZnFeMo ternary zinc coatings. The objectives of the electrochemical investigations include the characterization of the corrosion behavior, the description of the protective effect of the coatings as well as the investigation of the layer formation and degradation under artificial aging. ZnFe and ZnFeMo coatings are applied with varying iron content as well as an additional passivation layer, respectively, to study the effect on corrosion resistance. The results show that the protective effect of the coatings is not negatively influenced by different iron contents or the addition of molybdenum. Additional passivation of the ZnFe-containing coatings by means of a passivating agent leads to a significant improvement in the protective effect. Artificial aging leads to slight degradation of the additional passivation layer whereas coatings without post-treatment enhance their protective effect by the formation of corrosion product layers.