A. Heyn

Using electrochemical noise to detect corrosion: Evaluation of a round-robin experiment

Abstract Successful measurement of electrochemical noise (EN) signals requires that a number of preconditions be fulfilled. In particular, fundamental understanding of the dynamics of the corrosion...

Metallurgical Investigations on Electron Beam Welded Duplex Stainless Steels

Thick-walled components made of duplex stainless steels are used in the semi-finished products as well as in machinery, apparatus and plant construction. Electron beam welding (EBW) of these components may be recommended for economic and quality reasons. To guarantee the necessary mechanical and technological properties and the corrosion resistance, the duplex stainless steels are welded with filler material and afterwards undergo a post-weld heat treatment. The present work shows interim results of investigations concerning the development of an electron beam multi-process technology for welding these steels without filler material and post-weld heat treatment. The studies were performed on standard duplex stainless steel of type 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3). When welding duplex stainless steels, the cooling rate and the chemical composition have a crucial influence on the final result. Based on fundamental investigations relating to the influence of the process parameters on the effusion of nitrogen and the cooling rates, the resulting austenite formation, mechanical properties and the corrosion resistance were taken into account to develop appropriate electron beam multi-process techniques. The ferrite content was measured metallographically and by magnetic induction, the impact toughness was measured at −40 °C and the determination of critical pitting temperatures was performed using electrochemical noise measurements.

Elektrochemische Rauschmessungen – Innovation in der Korrosionsprüfung

Fur Korrosionsprufungen stehen eine ganze Reihe bewahrter und standardisierter Verfahren zur Verfugung, die eine weite Verbreitung gefunden haben. Dazu gehoren die Spruhnebelverfahren, Klimaprufverfahren, Auslagerungsversuche in spezifisch wirkenden Prufmedien und die elektrochemische Polarisationsmesstechnik. Dennoch bleiben eine ganze Reihe von Fragen und Wunschen offen. Insbesondere die Anfangsprozesse der Korrosion lassen sich haufig nur unzureichend untersuchen. Auch uber den zeitlichen Verlauf der Korrosion geben die eingesetzten Verfahren keine ausreichenden Informationen. Weiterhin fuhrt der Wunsch nach moglichst praxisnahen Prufbedingungen bei vertretbarem Aufwand und die Suche nach Moglichkeiten zur Verkurzung von Prufzeiten zur standigen Weiterentwicklung der Pruf- und Untersuchungsmethoden. In der Korrosionsforschung steht mit der Rauschdiagnostik bei der Untersuchung von Korrosionsprozessen ein einfaches, empfindliches und nahezu zerstorungsfreies Messverfahren zur Beurteilung der Korrosionsneigung metallischer Werkstoffe zur Verfugung. Mit dem heutigen Kenntnisstand uber das elektrochemische Rauschen bei Korrosionsprozessen konnen die Einsatzmoglichkeiten sowohl auf die Losung von Messaufgaben im Labor, als auch auf spezielle Probleme bei der Korrosionsuberwachung in der Praxis erweitert werden. Des Weiteren findet diese Methode auf Grund ihrer spezifischen Vorteile auch immer mehr Anwendung zur Unterstutzung bzw. Verbesserung herkommlicher Korrosionsprufungen. Der Zugewinn wichtiger Erkenntnisse, die Verkurzung von Prufzeiten sowie die damit verbundene Schonung von Ressourcen (Arbeitskraft, Energieaufwand, chemische Hilfsmittel etc.) sind einige der Vorteile, die eine moderne Korrosionsprufung heute kennzeichnen. 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.

Qualitätsbewertung von Schneidwaren durch Kurzzeit-Korrosionsprüfung

Kurzfassung Bei der Qualitätsbewertung von Schneidwaren aus nichtrostenden martensitischen Chrom-Stählen stellt die Überprüfung der Korrosionsbeständigkeit ein wichtiges Kriterium dar. Allgemein üblich sind Wechseltauchversuche mit relativ hohem zeitlichem und auswertungsbedingtem Aufwand, die noch dazu zerstörend sind und teilweise fragwürdige Ergebnisse liefern. In den letzten Jahren wurden neue Ansätze der Prüfung geschaffen, die eine nahezu zerstörungsfreie Kurzzeit-Korrosionsprüfung erlauben. Es wird gezeigt, dass mit dem elektrochemischen Rauschen sehr empfindlich Einflüsse des Härtens und der Oberflächenbehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit nachgewiesen werden können, wodurch eine schnelle und objektive Qualitätsbewertung innerhalb des Fertigungsprozesses und der Endkontrolle von Produkten möglich ist. Das für die Prüfmethodik ausgenutzte Phänomen des elektrochemischen Rauschens zielt darauf ab, den Beginn der Korrosion empfindlich und schnell zu detektieren, ohne die Prüfbedingungen maßlos zu verschärfen und Produkte damit zu zerstören. Neben der Funktionalität der Prüfung stehen aber auch die Anwenderfreundlichkeit und somit die Akzeptanz bei den Herstellern im Vordergrund. Aus diesem Grund wurde zusätzlich ein Indikatortest (KorroPad) als praxistaugliche Alternative zum elektrochemischen Rauschen angewendet. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung beider Methoden und ermöglichen eine effektive betriebliche Qualitätsüberwachung von Schneidwaren.

Betrachtungen zur Auswertung von Rauschmessungen

The electrochemical noise diagnostic became a firm component of pretentious corrosion investigation in the last few years. This was, as well as on other scientific fields, finally enabled by the effort of digital measuring equipment and more efficient microelectronics and computer components. Thereby it became possible at all to evaluate the data with different methods, to represent and file them. The methods for evaluation are very versatile and should be choosen in dependance to the testing problem and the limiting conditions. In this case, an important context exists between the measuring methodology, the used measuring equipment and the digital data acquisition. Some of these interrelations are shown in this paper.

Rauschdiagnostik bei Korrosionsprozessen Teil 2: Problemanalyse

Obgleich das Phanomen des elektrochemischen Rauschens (ECR) bei der Korrosion seit fast 30 Jahren bekannt ist, trat es erst in den letzten Jahren als relativ neues Mesverfahren in das Blickfeld einer wachsenden Zahl von Interessenten. Einige Probleme, welche dem Einsatz elektrochemischer Rauschmessungen in der Korrosionsforschung entgegenstehen, werden aufgezeigt und diskutiert. Auf der Grundlage von Ergebnissen eines Ringversuches wird uber die aufgabenbezogene Gestaltung der Mestechnik, insbesondere die Auswahl eines geeigneten Frequenzbereiches, eine geeignete Mesdatenerfassung und verschiedene Auswertemethoden berichtet. Anhand experimenteller Untersuchungen an Aluminium zur Lochkeimbildung und Inhibition sowie an hochlegiertem Stahl unter Lochkorrosionsbedingungen werden die bei den Rauschmessungen auftretenden Probleme analysiert und Losungsvorschlage unterbreitet. Bei der Auswertung der Mesergebnisse zum Ringversuch wurde deutlich, das die einheitliche numerische Bewertung der Mesdaten fur die Vergleichbarkeit der Ergebnisse von entscheidender Bedeutung ist. Am Beispiel der Berechnung von Standardabweichungen fur unterschiedliche Bewertungszeitraume wird gezeigt, das selbst bei ein und derselben Auswertemethode durchaus sehr unterschiedliche Ergebnisse am gleichen Datensatz ermittelt werden konnen. Damit wird deutlich, das der Wechselwirkung zwischen der Mesdatenerfassung (Abtastrate, Filterung, Online- Bearbeitung, Storpegel) und der Auswertung stets entsprechende Beachtung zu schenken ist. Noise diagnostics at corrosion processes Part 2: Problem analysis Although the phenomenon of electrochemical noise (EN) is known in corrosion research for almost 30 years it only reaches attention of a growing number of prospective buyers as a relatively new measurement procedure within the last few years. Some problems concerning the use of electrochemical noise measurements in corrosion research are shown and discussed. Based on the results of a round robin test the task regarding arrangement of the EN measuring technique, particularly the choice of a suitable frequency range, a suitable data acquisition and different methods for evaluation of data are presented. On the basis of experimental investigations regarding pit initiation and inhibition of aluminium as well as pitting of stainless steel arising problems are analyzed and solutions are suggested. The evaluation of the measurement results of the round robin test makes it clear that a uniform numeric assessment of the readings is of decisive meaning for the comparability of the results. The example of calculation of standard deviations for various assessment time periods demonstrated that very different results can be determined from the same data set by the same evaluation method. It became clear that the complex interaction between the way in which EN data are recorded (sampling rate, filtering, online data manipulation, baseline noise level) and the subsequent data evaluation should be taken into account in any case.

Untersuchung der Korrosionsneigung mit Hilfe des elektrochemischen Rauschens Teil 2: Meßtechnische Voraussetzungen

In this work the development of different electrochemical measuring instruments for the examination of the electrochemical noise for corrosion is presented. Furthermore a complete conception of a noise measuring setup is given. By means of different measurements the upper limits of the experimental setup were tested. Conclusions are drawn from these measurements for application of noise measurements for the examination of corrosion systems.

Dynamic tafel factor adaption for the evaluation of instantaneous corrosion rates on zinc by using gel-type electrolytes

The paper presents a new method for the determination and evaluation of tafel factors using gel-type electrolytes and electrochemical frequency modulation technique (EFM). This relatively new electrochemical method offers the possibility to determine both polarization resistances and tafel factors within one measurement and in short measuring intervals. Starting from a comprehensive parameter study it is shown that a direct relationship between the two values exists that can be described mathematically. This contribution presents the determined tafel factors for the system gel-type electrolyte/zinc and discusses their applicability and their limits.

Magnesium Alloy in Contact with Coated Components

Abstract Investigations were carried out to study the galvanic corrosion of a magnesium alloy in contact with various coated components (e.g., fastening devices, threaded bushings, plugs, and screws). Such coated components are needed, for example, to assemble steering gear made out of pressure die-casted magnesium alloy. The quality of the coatings as well as their protective properties are of decisive importance in preventing galvanic corrosion. The determination of the coupling current density was the focal point of this research to evaluate galvanic corrosion. The difference between the rate of weight loss per unit area (vtot) calculated from the weight loss of the magnesium alloy MgAl9Zn1 (UNS M11910, AZ91) coupled to a coated component, and the rate of weight loss per unit area (vi) calculated from the coupling current density of a galvanic element was compared with natural corrosion data of MgAl9Zn1 without contact to a coated component under the same conditions. At high-contact corrosion rates, th...

Elektrochemische untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Duplexgusswerkstoffen in Rauchgasentschwefelungsanlagen

Der Beitrag berichtet uber Untersuchungsergebnisse zum Korrosionsverhalten von Pumpen- und Flugelwerkstoffen aus Duplexstahlguss in Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) unter Labor- und Betriebsbedingungen in den VEAG-Kraftwerken (KW) Boxberg III und Janschwalde. In der Praxis zeigen die genannten Bauteile in der REA des Kraftwerkes Boxberg (KWB) eine wesentlich bessere Korrosionsbestandigkeit. Zum gleichen Ergebnis kommen auch die Laboruntersuchungen, bei denen die Bestimmung kritischer Potentialwerte teilweise Unterschiede von mehreren hundert Millivolt ergab. Die im Bypass der REA durchgefuhrten Betriebsversuche bestatigen tendenziell die Ergebnisse der Laboruntersuchungen, jedoch waren an vorgeschadigten Originaloberflachen teilweise signifikante Unterschiede zu den Laborversuchen festzustellen. Diese konnen auf die verscharften Versuchsbedingungen in der REA, wie z. B. die Feststoffbelastung und die Stromung zuruckgefuhrt werden. Mit elektrochemischen Rauschmessungen wurde das Repassivierungsverhalten der Werkstoffe naher untersucht. Dabei zeigte die Lage der freien Korrosionspotentiale fur das Kraftwerk Janschwalde (KWJ) eine Uberschreitung der Potentialbereiche, die fur eine sichere Repassivierung entstandener Defektstellen erforderlich waren. Hierin liegt die Ursache fur die beobachteten Schaden an den Bauteilen. Abhilfemasnahmen werden im Rahmen des vorliegenden Beitrages ausfuhrlich diskutiert. Fur die REA des KWB liegen die freien Korrosionspotentiale etwa 200 mV unterhalb des Bereiches fur eine sichere Repassivierung entstandener Defektstellen, wodurch kurzzeitige Schwankungen der Systemparameter zu korrosionsverscharfenden Bedingungen toleriert werden konnen. Electrochemical investigations on the corrosion behaviour of duplex cast stainless steels in flue-gas desulphurisation plants This paper deals with results from corrosion examination on duplex cast stainless steels from original components in the flue-gas desulphurization (FGD) of the VEAG-power stations Boxberg III and Jaenschwalde under practice and laboratory conditions. In practice the mentioned components have a better corrosion resistance in the FGD medium of the Boxberg power station. The same results were obtained by laboratory examinations, getting a shift in critical potentials of a few hundred millivolts. The tests in a by-pass of the FGD confirm these results in tendency. However, partially significant differences to laboratory examinations were established on specimens with pre-damaged original surfaces. This can be traced back to the more severe test conditions in the FGD, like solids and flow. The repassivation behaviour of the materials under investigation was examined by means of electrochemical noise analysis. The values of the free corrosion potentials in the Jaenschwalde power station were higher than potentials, necessary for a safe repassivation of occurring pits. This cause the failures on the components. Remedy steps are discussed in this paper in detail. The free corrosion potential in the Boxberg power station is about 200 mV below the repassivation potential. Because of that, short-time fluctuations of system parameters leading to enhanced corrosion risk can be tolerated.