DD218185A1

DD218185A1 - Messzelle zur elektrochemischen charakterisierung metallischer werkstoffe

Info

Publication number: DD218185A1
Application number: DD25584883A
Authority: DD
Inventors: Waldemar Krysmann; Peter Kurze; Klaus Ibendorf; Werner Schroeter
Original assignee: Waldemar Krysmann; Peter Kurze; Klaus Ibendorf; Werner Schroeter
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1985-01-30

Abstract

Die erfindungsgemaesse Loesung der Messzelle zur elektrochemischen Charakterisierung metallischer Werkstoffe ist in Forschungseinrichtungen und Werkstofflaboratorien der metallverarbeitenden Industrie einsetzbar. Die Zelle ist rohrfoermig ausgebildet, drehbar gelagert, mit einem definierten Arbeitsspalt versehen und kombinierter Fixier-, Kontaktier-, Vorschub- und Messvorrichtung ausgeruestet. Die eng an der Rohrwandung befindliche Gegenelektrode und die Kapillare zur Aufnahme der Bezugselektrode, die in Stroemungsrichtung des fluessigen Elektrolyten an der hinteren Seite des Arbeitsspaltes fest angeordnet ist, lassen einen gleichmaessigen Elektrolytstrom und konstante Diffusionsbedingungen an der Untersuchungsprobe zu. Die Zelle ist konstruktiv so gestaltet, dass die Probe, die weder ummantelt noch eingebettet ist, schrittweise ueber den Arbeitsspalt verschoben werden kann, wobei die Zelle mit Elektrolyt gefuellt bleibt. Beispielsweise ist es dadurch moeglich, an Schraegschliffproben Tiefenprofile, Dicke und Zusammensetzung des Aufloesungsverhaltens von Oberflaechenschichten zu bestimmen.

Description

Meßzelle zur elektrochemischeh Charakterisierung metallischer Werkstoffe .... -^.;\' .-"/': ' ' '.? '" ;'"' _v ^:· ^: " ." '.... , . /

Anwendungsgebiet der Erfindung \ : - '.

Die Erfindung betrifft eine Meßzeilezur elekti'oehemischen. Charakterisierung metallischer Werkstoffe, insbesondere zur Untersuchung des Auflösungsverhaltens, der Gefuge- und Phasenidentifizierung sowie der ia?mittlunfe von Tiefenprofilen und Eigenschaften von Schichten, vorwiegend öberflachenschichten. Die Meßzelle ist in Forscüungseinrichtungen und Werkstofflaboratorien der metallverarbeitenden Indue trie anwendbar. . . . -

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen _: .

Es ist bekannt, auf elektrOchemischem Weg metallische -Werk-· stoffe zu charakterisieren. Die vorwiegend bei elektrochemischen Korrosions tests eingesetzten Meßzellen unterscheiden sich vielfach in ihrem Aufbau, ihrer Form und Größe. Es existieren keine einheitlichen formen für die Anordnung der Elektroden und sonstiger Zelleinbauten zum Nachteil der Vergleichbarkeit,verschiedentlich ermittelter Untersuchung^-, ergebnisse. · . "·. ·';. ·.; ' . '. ·. ' ·.' \ ' '.. '

Die bekannten Meßze.lleh, wie sie u.a.¹ in "Korrosion", Dresden 5(1974)51 S. 39-^1 gezeigt wird, sind mit Be-, Entliif tungs-, Rühreinheiten, Sonden, Hilfs- und ·Gegenelektroden usw. ausgerüstet und enthalten die Untersuchungsprobe in eingebetteter oder ummantelter Form. Als Einb.ettungs- bzw.

Ummantelungsmittel werden kalt- oder warmaushärtende hochpolymere Werkstoffe, Lacke Usw. verwendet.

Die Nachteile solcher Meßzellen ergeben sich aus der komplizierten Anordnung der Zelleihbauteh und der aufwendigen Probenpräparation.. Außerdem besteht der Nachteil, daß eine Zweituntersuchung vom gleichen Öberflächenzustand an der eingebetteten oder mit Maske versehenen Probe nicht vorgenommen werden kann. Deshalb muß in einem solchen Fall die Zellanordnung mit einem neuen Probeiikörper beschickt werden, wodurch aber gleichzeitig die Elektrodenanordnung beeinflußt wird. Es werden dabei die Sonden^- bzw.. Kapillar anordnung so verändert, daß:die Sbrömungsbedingungen des Elektrolyten unkontrollierbar beeinflußt; werden und somit: wechselnde Diffusionsbedinguhgeh an den Elektroden entstehen, die sich in nicht reproduzierbaren Meßergebnissen widerspiegeln.

Da in der Regel der Einfluß des Euftsäuerstoffs ausgeschlossen werden muß, ist ein erheblicher Aufwand bei der Gestaltung der Entlüftungseinheiben erforderlich. Kommen Frittenkörper zum Einsatz, die einen hohen Spüleffekt aufweisen, so ist die ^Reinigung bei Elektrolytwechsel erheblich erschwert.

Aufgrund der Anzahl der notwendigen Zeileinbauten können bei vernünftiger .Meßzellengröße nicht in jedem Falle gasdichte SchliffVerbindungen eingebaut werden. Anderenfalls würde die Überdimensionierung der Zelle der Verwendung eines möglichst geringen Elektrolytvolumens entgegenstehen.

Es zeigt sich, daß die allgemein bekannten und verwendeten Meßzellen zur umfassenden elektrochemischen Charakterisierung des Ifterkstoffaufbaues ah nichteingebetteten und. nicht ummantelten Proben ungeeignet sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine neuartige Meßzelle zu entwickeln, die es auf einfache Weise ermöglicht, metallische Vverkstoffe elektrochemisch zu charakterisieren sowie Tiefenprofile und Eigenschaften von Schichten, vorwiegend Oberfiachenschichten, zu ermitteln.

Darlegung des Wesens der --iirfindung

Der Erfindung liegt; die Aufgabe zugrunde, eine'Meßzelle zur elektrochemischen Charakterisierung metallischer Werkstoffe konstruktiv so zu gestalten, daß an nichteingebetteten und nichbummancelten Probekörpern vielfältige Untersuchungen, insbesondere die Ermittlung des Auflösungsverhaltens, die Gefüge- und Phasenidentifizierung sowie die Bestimmung von Tiefenprofilen und Schichteigenschaften, bei Gewährleistung definiert konstanter und reproduzierbarer Arbeitsbedingungen unter Ausschluß von Luftsauerstoff und Verwendung scrömender oder ruhender flüssiger Elektroljrte durchgeführt werden können. ... . . .

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelösc, daß die aus einem elektrisch nichtleitfähigen und chemisch reeistentem Werkstoff bestehende Meßzelle rohrförmig ausgebildet ist und einen durch die Untersuchungsprobe zu verschließenden definiert konstanten Arbeitsspalt, vorzugsweise kleiner 4 mm, besitzt. Die Meßzelle enthalt eine festangeordnete, an der Rohrwandung eng anliegende Gegenelektrode, insbesondere Platinnetzelektrode, und eine Kapillare, die - in Strömungsrichtung des Elektrolyten - an der hinteren Seite des Arbeitsspaltes angeordnet ist¹ und mit der Bezugselektrode in Verbindung stent* Diese Anox^vdnung der Einbauten ermöglicht einen gleichmaßigen Elektrolytfluß an der Ai'beicselektrode und damit konstante Meßbedingungen. Außerdem ist die Meßzelle mit einer kombinierten Fixier-, Kontaktier-, Vorschub- und Meßvorrichtung ausgerüstet, die aus Grundkörper, vorzugsweise Kunstsfeoffgrundkörper, mit Leitschienen, metallischer Fixier- und Kontaktiereinrichtung j Federvorschubeinrichtung sowie Mikrometerschraube bestent. Die Fixier- und Kontaktiereinrichtuiig drückt die Probe flüssigkeitsdicht auf den Arbeitsspalt der Zelle. Gleichzeitig damit erfolgt die elektrische Kontaktierung, wobei cue elektrische Verbindung £Ü den pei^ipharen Möß—, Steuer- und Registriergeräten vorteilhaft über eine Steekbuchse an der lontaktiereinrichtung realisiert wird.

Vor der meß technischen Inbetriebnahme der .arehbar/ gelagerten Meßzelle wird die Untersuch.ungspro.be zwischen die Leitscnienen des Grundkörpers eingelegt und durch dieFedervorschabeinrIchtung gegen die Spindel der Mikrometerschrauben-Meßeinr ich tung. gedruckt. Diach Fixierung über dem Arbeitsspalt wird mit Hilfe der Kontaktiereinrichtung 'aie'Probe fiüssigkeitsdicht aufgepreßt. Anschließend wird die Meßzelle um 1öO° gedreht. Nun wird das 3-Ülektrodens/ötem Bezugselektroae, 'Gegenelektrode und Arbeitselektrode einschließlich der peripher en Geräte in Betrieb gesetzt und der temperierte, entlüftete Elektrolyt aus einem Resei?voir durch die Zelle gepumpt. ·. . ; · , ' .' " .

Nach Aufnahme der interessierenden elektrochemischen Kenngrößen wird der Elektrolytstrom unterbrochen, die Meßzelle durch Drehen um 1öO° in die Ausgangslage zurückgebracht und der Kontaktdruck von der Probe entfernt. Die Probe kann nun, ohne die Zelle zu entleeren, mit Hilfe der Mikrometerschrauben-Meßeinrichtung definiert über den Arbeitsspalt bewegt 'und. erneut fixiert werden.

Besondere Bedeutung besitzt diese Möglichkeit bei der vorteilhaften Verwendung von 'Schrägschliff proben mit bekannter !Neigung, bei denen nach meßbar vorgenommenem waagerechtem Vorschub eine definier t tiefere, oberflächenfernere Ebene erreicht und in ihrem elektrochemischen Verhalten charakterisier t wird. Diese Arbeitstechnik unter Verwendung von Schrägschliffproben wird bevorzugt bei der Charakterisierung von Schichten angewendet. ' , ·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel . naher erläutert werden. Dabei zeigt: ,

Fig. 1 die Vorderansicht der Meßzelle

Fig» 2 die Draufsicht der Meßzelle .'-. ., ,

Eine Schiiffprobe 2 1st zwischen Leitschienen > eines Grundkörpers b der aus Glas bestehenden, drehbar gelagerten, rohrförmig ausgebildeten Meßzelle 1 angeordnet* Mit.teIs einer kombinierten Fixier- und Kontaktiereinrichtung 3, einer Feder-

vorschubeiririchtung 4 und· einer MeBexxiricrifcung ,6 isb die . Starbobex'xläche definiert über, einem. 14,0 Bim langen und 1,9 JMi breiten Arbeitsspalt 10 fiüssigkeibsdicht fixiert..;· Eine üegenelektx'ode 9> eine Bezugselektrode 12 in Kapillare 11 und Arbeitselektrode (Scliragschliffprobe 2 über Kontaktbuchse 7) sind an die peripharen MeB-, Steuer- und Registriergeräte wie Potentiostat, Variabor, und Kompensationsbandschreiber elektrisch angeschlossen.

Zux" Inbetriebnahme wird die Meßzelle 1 um 1Ö0° gedreht und der temperierte, entlüftete schwefelsaure Elektrolyt eingeleitet, äs wird das Huhepotential bescinmit und anschließend der Verlauf des katodischeri und anodischen Astes der Sbromdichbe-Pobential-Kurve aufgenommen. Der jiilektrolybsbrom wird danach unterbrochen, die Meßzelle 1 in die Ausgangslage gebracht und die Schliffprobe 2 nach dem Lösen der Fixier- und Sönbakbiereinrichtung 3 mittels der Meßeinrichtung 6 und Federvorscnubeinrichtung 4 bei gefüllter Meßzelle 1 um 2 mm verschoben, wieder fixiert und erneut in beschriebener Weise verfahren.

ijie erhaltenen Stromdichbe-Potential-Kurven geben über die verschiedenen, aus Keigungs- und yorschubmaß eindeutig bestimmbaren Tiefenbereiche der ßchliffprobe 2 Dezüglich Auflösungsverhalten und Zusammensetzung .(Phasenanteile; Gex'ügeaufbau) Aufschluß. , : .. . ;·.· .

Claims

j£rf·indungsansprueh

metallischer Werkstoffe, bestehend aus elektrisch.nichtieitfänigein., chemisch, resistenteiü V»erks toff zur Verwendung flüssiger .hlektrolyte, gekennzeichnen dadurch,: daß aie UeH-zelle (1) rOhrförmig ausgebildet, dreiibar gelagex'fc, aur Aufnahme einer Schliffprobe (2) mit koaibiniertei' Fixier-, und Kontakbiereinrichbung (3)» Vorschubeinrichtung (4), Leibschienen ( £)' und Ivleßeinrichtung (6) auf einem Gruhdkörper (ö) ausgerüstet und fest angeordneben Zelleinbauben versehen ist, wobei die Gegenelektrode (9) an der .Rührwandung eng anliegt und sich die Kapillare (11) für die Bezugselektrode (12) in StrQoaungsric'htung des ülektrolyteh an der hinteren Seite des konstanten · Arbeifcsspaltes (1Ü) befindet.
2. Meßzell.e nach Punkt 1, gekermzelehnet dadurch, daß die Untersuchungsprobe, auf dem Grundkörper mittels der kombinierten Fixier- und Kontaktiereinricriturig (3), der 'Vorschubeinrichtung-(4), den Leitschienen (>) und der Meßeinrichtung (6) über'dem-Arbeitsspalt (10) flüssigkeibsdicht anzuordnen, elektrisch ahzuschlieisen; und definiert zui verschieben ist;
3. -MeJßaelle nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitsspalt (10) eine maximale Breite von 4 mm

aufweist. _; ; ;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen