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Elektrochemische Charakterisierung metallischer Mikroproben im Hochdurchsatz (SFB 1232)

Metallische Korrosion wirkt sich negativ auf die Werkstoffeigenschaften aus und verursacht dadurch jährlich Kosten in Milliardenhöhe. Mit Hilfe elektrochemischer Messmethoden  lassen sich die zugrundeliegenden Korrosionsphänomene (z.B. Aufbau und den Zusammenbruch von Passivschichten, Beginn von Lochkorrosion) untersuchen.

 

  • Abbildung 1: Cyclovoltammogramm verschiedener Werkstoffe in 0,1 molarem Phosphatpuffer; die Höhe der Stromdichte steht in Zusammenhang mit der Passivität der Metalle - der rostfrei Stahl (X5CrNi18-10) zeigt kleinere Stromdichten und somit weniger Metallauflösung

    Abbildung 1: Cyclovoltammogramm verschiedener Werkstoffe in 0,1 molarem Phosphatpuffer; die Höhe der Stromdichte steht in Zusammenhang mit der Passivität der Metalle - der rostfrei Stahl (X5CrNi18-10) zeigt kleinere Stromdichten und somit weniger Metallauflösung

  • Abbildung 2: Impedanzspektroskopie rundgekneteter Edelstahldrähte (X5CrNi18-10); durch die unterschiedliche Umformgeschwindigkeit (v= 10mms-1/5 mms-1/1 mms-1) variiert das Mikrogefüge (Korngröße und Martensitgehalt), was durch eine Änderung der Impedanz deutlich wird.

    Abbildung 2: Impedanzspektroskopie rundgekneteter Edelstahldrähte (X5CrNi18-10); durch die unterschiedliche Umformgeschwindigkeit (v = 10mms-1/5 mms-1/1 mms-1) variiert das Mikrogefüge (Korngröße und Martensitgehalt), was durch eine Änderung der Impedanz deutlich wird.

  • Abbildung 3: Elektrochemisches Potentialrauschen; 100Cr6 in 0,1 molarer phosphatgepufferter Salzlösung

    Abbildung 3: Elektrochemisches Potentialrauschen; 100Cr6 in 0,1 molarer phosphatgepufferter Salzlösung

  • Abbildung 4: Korrosionsangriff an X46Cr13 in unterschiedlichen Elektrolyten; links 0,1 M Phosphatpuffer mit 3,5 wt.-% NaCl; rechts 3,5 wt.-% NaCl Lösung; es ist zu erkennen, dass in der phosphatgepufferten Salzlösung (links) nur Lochkorrosion auftritt, während in der reinen Salzlösung (rechts) die Lochkorrosion von flächiger Korrosion überlagert ist.

    Abbildung 4: Korrosionsangriff an X46Cr13 in unterschiedlichen Elektrolyten; links 0,1 M Phosphatpuffer mit 3,5 wt.-% NaCl; rechts 3,5 wt.-% NaCl Lösung; es ist zu erkennen, dass in der phosphatgepufferten Salzlösung (links) nur Lochkorrosion auftritt, während in der reinen Salzlösung (rechts) die Lochkorrosion von flächiger Korrosion überlagert ist.

  • Abbildung 5: Höhenprofil nach Lochkorrosion an rundgeknetetem X5CrNi18-10 Draht

    Abbildung 5: Höhenprofil nach Lochkorrosion an rundgeknetetem X5CrNi18-10 Draht

Ziel des Projektes ist es mit Hilfe elektrochemischer Messmethoden metallische Mikroproben im Hochdurchsatz gemäß ihrer Korrosions- und weiteren Werkstoffeigenschaften zu charakterisieren.  Im Rahmen des Projekts soll die Frage beantwortet werden, ob und wie sich anhand elektrochemischen Messungen an Mikroproben innerhalb stark verkürzter Zeitskalen (wenige Sekunden bis Minuten) Aussagen über das Korrosionsverhalten von Makrobauteilen in realen Zeiträumen (mehrere Jahre) treffen lassen. Des Weiteren ist eine zentrale Fragestellung des Projekts, in wie weit sich der Aufbau und die Schutzwirkung der auf Metalloberflächen gebildeten Passivschichten durch Änderungen im Mikrogefüge beeinflussen lässt. Als Messmethoden stehen dabei Cyclovoltammetrie, Impedanzespektroskopie und elektrochemisches Rauschen im Vordergrund.

Das Projekt „Elektrochemische Charakterisierung metallischer Mikroproben im Hochdurchsatz“ ist Teil des Sonderforschungsbereich SFB1232 „Farbige Zustände“, bei dem eine neue experimentelle Methode zur Entwicklung von Werkstoffen mit spezifischem Anforderungsprofil erarbeitet wird. Im Rahmen des Sondeforschungsbereichs werden metallische Mikroproben (Durchmesser: 100 µm – 1mm) erzeugt und die mechanischen, thermischen und (elektro-)chemischen Eigenschaften dieser neuen Legierungen untersucht. Für die elektrochemische Untersuchung der Proben in diesem Projekt wird ein Mikroreaktor entwickelt, mit dem es möglich ist sphärische Proben an Elektroden einzufangen und bei konstanten Elektrolytdurchfluss zu vermessen.

Besonderer Fokus bei den Untersuchungen der Mikroproben wird dabei auf die Passivschichtbildung gelegt. Metalle besitzen die Eigenschaft auf der Oberfläche spontan passivierende Oxidschichten (Passivschichten) auszubilden, die vor Korrosion schützen. Der Aufbau, die Stabilität und das Zusammenbrechen dieser Oxidschichten sind abhängig von der Legierungszusammensetzung, dem Mikrogefüge (Korngröße, Einschlüsse, Fehlstellen, Gefügeart, etc.) und dem Fertigungsprozess. Mit Hilfe der Hochdurchsatzmessungen an unterschiedlich zusammengesetzten und behandelten Mikroproben soll der Zusammenhang zwischen Bildung und Zusammenbruch von Passivschichten und der Mikrostruktur der Metalle untersucht werden.

Relevante Publikationen

I. Bösing et al. (2019) AIP Advances 9, 065317. https://doi.org/10.1063/1.5094615
I. Bösing et al. (2018) MATEC Web of Conferences 190, 04002, http://doi.org/10.1051/matecconf/201819004002.
I. Bösing et al. (2017) International Journal of Corrosion 9425864, http://doi.org/10.1155/2017/942586

Relevante Dateien

Kontakt:

Bösing, Ingmar, M. Sc.
Raum UFT 2210
Tel. 0421 - 218 - 63388

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Weitere Infos

DFG Sonderforschungsbereich "Farbige Zustände" (SFB 1232).
Teilprojekt D03.
Ingmar als Autor im SFB Blog.

Aktualisiert von: Ingmar Bösing