J. Göllner

Untersuchung der Korrosionsneigung mit Hilfe des elektrochemischen Rauschens Teil 1: Phänomen, Entwicklungstrends und Probleme

In der Korrosionsforschung steht mit der Rauschdiagnostik bei der Untersuchung von Korrosionsprozessen ein einfaches, empfindliches und nahezu zerstorungsfreies Mesverfahren 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 Mesaufgaben im Labor, als auch auf spezielle Probleme bei der Korrosionsuberwachung in der Praxis erweitert werden. So konnen die Vorteile dieses Mesverfahrens, haufig als Erganzung anderer Prufund Untersuchungsmethoden, zur Losung einer Reihe von Problemstellungen herangezogen werden. In dieser Arbeit wird neben den allgemeinen Grundlagen zum Verstandnis des elektrochemischen Rauschens, uber die aktuellen Entwicklungstrends, sowie uber einige Probleme beim Einsatz der Rauschdiagnostik berichtet. Examination of corrosion propensity by means of electrochemical noise Part 1: Appearance, trends and problems A simple, sensitive and almost nondestructive measurement procedure for the examination of corrosion processes in corrosion research and assessment of corrosion propensity of metallic materials is available with the electrochemical noise diagnostic. The possibilities of application can be enlarged both on the solution of examining tasks in laboratory and on special problems for the corrosion monitoring in practice with todays knowledge about electrochemical noise at corrosion processes. So the various advantages of this measurement procedure can be used to solve a lot of problems and questions, often as a complementation of other test procedures. In this work the general bases of the understanding of the electrochemical noise, current trends and some difficulties concerning the use of electrochemical noise diagnostic are presented.

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.

In situ Beobachtung lokaler Korrosionserscheinungen mit Hilfe von elektrochemischen AFM‐Untersuchungen

Die Kombination rasterkraftmikroskopischer (AFM) und elektrochemischer Untersuchungen ermoglicht die in situ Beobachtung lokaler Korrosionserscheinungen, wie beispielsweise der interkristallinen Korrosion (IK) austenitischer Chrom-Nickel-Stahle. Fur austenitische Stahle besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Ausscheidungs- und IK-Verhalten, der mit den Ergebnissen des EPR-Tests belegt wurde. Durch einfache Modifizierungen der Versuchsbedingungen des EPR-Tests lies sich die Nachweisempfindlichkeit erhohen. In Anlehnung an die Versuchsbedingungen des EPR-Tests wurde eine geeignete Methodik fur die elektrochemischen in situ AFM-Versuche erarbeitet. Eine fur diese Untersuchungen speziell angepaste Meszelle gestattete die Darstellung der Oberflachentopografie mittels AFM bei gleichzeitigem Einsatz der Potentiostatentechnik. In situ observation of local corrosion events with electrochemical AFM investigations The combination of scanning force microscopic (AFM) und electrochemical investigations allowed the in situ observation of local corrosion events. An example for such events is the intergranular corrosion (IK) of austenitic stainless steels. There is a clear relationship between the precipitation and intergranular corrosion behaviour of austenitic steels. The results of the EPR-Test verify this relationship. An improvement of the detection of increasing intergranular corrosion susceptibility could be obtained by simple modifications of the EPR test parameters. The test conditions for the electrochemical in situ AFM investigations were found in pretests following the principle of the EPR test. In situ AFM images of an intergranular attack were made by use of a special electrochemical cell. On this way local changes on the surface of the specimen can be observed in situ, that means during the polarization.

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.

Elektrochemisches Rauschen bei der Rißinitiierung an niedriglegiertem Stahl in Hochtemperaturwasser

Taking as an example CERT-tests performed with a strain rate of 7.8 . 10 -6 /sec in oxygen containing (8 ppm) high temperature water on the low-alloy quenched and tempered steel 20 MnMoNi 55, the effect of mechanical stress on the different corrosion processes such as crack initiation and crack growth could be proved and they could be distinguished from each other by means of electrochemical noise. This was realized by the development of an experimental measuring device which allows to select the part which is important for the estimation of the corrosion susceptibility of the metal surfaces from the large bandwith of the electrochemical noise. Thereby the transients which occur at crack initiation and spalling of magnetite layers during the CERT-test are particularly obvious. Thus, new possibilities for the investigation and control of crack corrosion arise.

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.

Selektive Korrosion von Duplexstahl Teil 1: Aussagekraft herkömmlicher und neuartiger Methoden zur Untersuchung des Korrosionsverhaltens von Duplexstahl X2CrNiMoN22-5-3 unter besonderer Berücksichtigung der Mikrostruktur

This paper is dealing with investigations on interrelations between microstructure and corrosion behaviour of duplex stainless steel X2CrNiMoN22-5-3. With the application of conventional methods like Strauss- and Huey-test it is not possible to describe correctly the corrosion behaviour. In contrary, by means of the development of the electrochemical potentiodynamic reactivation (EPR) method it is possible to give a reliable proof of corrosion susceptibility. The knowledge about the corrosion of duplex stainless steel was intensified by fundamental investigation of interrelations between precipitations and corrosion behaviour. By means of numerous investigations on the microstructure by means of SEM and TEM secondary phases were analysied and quantified and depletion areas created by precipitations were characterized.

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.

Korrosionsverhalten von Plasma-Auftragschweißungen aus Titan-Legierungen

Der vorliegende Beitrag berichtet uber Untersuchungsergebnisse zum Plasma-Auftragschweisen mit den Titan-Legierungen Ti grade 2 und 12 sowie uber die Ermittlung der Gefugemorphologie und korrosionschemischen Schichteigenschaften derartiger Schweisplattierungen auf Cu-Zwischenschicht. Zunachst stand die Erarbeitung einer Prozestechnik im Vordergrund, die eine exakte Warmefuhrung beim Schweisen auf Kupfer ermoglicht, wodurch niedrigste Aufmischungswerte gewahrleistet werden konnen. Unter Nutzung des Plasma-Pulver-Auftragschweisverfahrens mit gepulstem Gleichstrom konnten zweilagige Titan-Auftragschweisungen auf Kupfer-Zwischenschicht hergestellt werden, die sich durch Aufmischungswerte > 4 % auszeichnen. Wahrend hohe Aufmischungswerte zur Bildung intermetallischer Phasen und Gefugeinhomogenitaten fuhren, weisen optimierte Titan-Plattierungen fehlerfreie Mikrogefuge mit hoher Haftung zum Tragermaterial auf. Durch umfangreiche Korrosionsuntersuchungen kann gezeigt werden, das auftraggeschweiste Schutzschichten vergleichbar mit gewalztem Referenzmaterial sind. Corrosion behaviour of plasma-claddings from titanium alloys This paper is dealing with investigation results of plasma weld surfacing with the titanium alloys Ti grade 2 and 12 and the correlation between structure and corrosion properties of such claddings on interlayers of copper. First the developing of a process technique was important which allows an exact heat control during welding on copper and which ensures lowest dilution degrees between the materials. It was possible to produce two layered titanium claddings on a copper interlayer with a dilution percentage of smaller than 4% by using plasma-arc-powder surfacing with pulsed direct current. Optimized titanium claddings show structures without any defect and have a good adherence to the base material whereas high degrees of dilution effect the formation of intermetallic phases and inhomogeneities of the structure. The results of various corrosion examinations have shown that protective layers produced by plasma-arc-powder surfacing are comparable with rolled reference material.

Untersuchungen zum Korrosions- und Verschleißverhalten von hartstoffverstärkten Magnesiumlegierungen

Uniform introduction of hard material particles into a magnesium surface has been achieved during dispersion by plasma-arc powder weld surfacing with alternating current. Uncontrolled extinction of the arc has been largely avoided with an appropriate modification of the inert gas nozzle. Polarisation of carbide-reinforced magnesium samples in a 3% sodium chloride solution results in pitting-type corrosion. Current-density vs. potential curves show current increases at more positive potentials in the case of reinforced samples in sodium sulphate solution. In 0.01 N sodium hydroxide solution, the carbide-reinforced samples are less resistant. In this case, dissolution of the material already occurs from -500 mV [SCE] in the zone surrounding the carbide particles. Moreover, an attempt has been made to improve the properties by weld surfacing of the wrought magnesium alloy AZ31B with NiBSi/WSC; however, it was not possible to achieve sufficient bond strength. The wear resistance of the samples is excellent. After subjecting to the Miller test, the abrasive loss from samples reinforced with silicon carbide is very low, with values between 1 and 1.5%. In comparison with magnesium alloy AM50 which has not been reinforced, the abrasive loss from the reinforced samples is lower by a factor of 25. These results have been also confirmed by investigations in the abrasion test vessel.