DE1498996A1 - Vorrichtung und Verfahren zur insitu-Messung der schaedigenden Einwirkung des Umgebungsmilieus auf einen metallischen Werkstoff - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur insitu-Messung der schaedigenden Einwirkung des Umgebungsmilieus auf einen metallischen WerkstoffInfo
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Description
dim-ing. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN
München 22045 Dresdner Bank AG. München (OHf) 2»7»8» 4 l«liiMtJMttnrten
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nn-Passage)
den 16. Oktober 1963
SOCIETE D'BTUDES CONTRE LA. CORROSION CSECCO)
Paris (Frankreich)
forrichtung und Verfahren zur in-situ-Messung der schädigenden
Einwirkung des Umgebungsmilieus auf einen metallischen
Werkstoff
Bekanntlich ist es oft notwendig, einen metallischen Werkstoff in Abhängigkeit von seiner Korrosionsbeständigkeit
hinsichtlich eines bestimmten Milieua auszuwählen. So wird man beispielsweise bei in die Erde verlegten leitungen seine
Wahl unter Gusseisen, Stahl oder armiertem Beton treffen. Ein wichtiger Gesichtspunkt dabei ist die Empfindlichkeit
dieser unterschiedlichen Werkstoffe gegenüber einer schädigenden Einwirkung durch Wasser und durch das Erdreich, in
das sie verlegt sind.
-2-9 0 9 8 U / 0 9 9 2
« 2 - u
Demnach sind sie entsprechend ihrer Korrosionsbeständigkeit in diesem Milieu einzuteilen, indem die
Korrosion zumindest relativ gemessen wird.
Es ist gegebenenfalls auch notwendig, die schädigende Einwirkung mehrerer Milieus auf einen bestimmten Werkstoff
zu prüfen.
Zu diesem Zweck wird die potentiokinetische Prüfung vorgenommen, wenn sich der Werkstoff in diesem schädigenden
Milieu befindet. An eine Werkstoffprobe mit bekannter Oberfläche
wird eine Spannung angelegt, die in Abhängigkeit von der Zeit nach einem bestimmten, im allgemeinen linearen
Gesetz verändert wird, wobei die Veränderungsgeschwindigkeit
des Potentials derart gewählt ist, dass die gegenelektromotorische Kraft aufgrund der Polarisation der Probe
die an die Probe gelegte elektromotorische Kraft zu jedem
Zeitpunkt ausgleicht.
Bei Stahl wird beispielsweise das an die Probe gelegte Potential um ungefähr 1 Volt pro Stunde verändert,
und zwar zur Prüfung des Kathodenverhaltens entsprechend den abnehmenden algebraischen Werten und zur Prüfung des
Anodenverhaltens entsprechend den zunehmenden algebraischen Werten.,
9098U/0992 ζ
Gleichzeitig wird die Stärke und Richtung des elektrischen, zwischen der Probe und dem Milieu fliessenden
Stroms gemessen und registriert, wobei dann die Ergebnisse als Stromdichte-Werte (Mikroamperes pro cm
Probenoberfläche) ausgedrückt werden.
Eine graphische Darstellung mit semilogarithmischer Einteilung, in der die an die Probe gelegten Spannungswerte
auf die kartesische Achse und die Dichtewerte des zwischen der Probe und dem Milieu fliessenden Stroms auf die logarithmische
Achse aufgetragen sind, lässt zwei Kurven erkennen, und zwar eine Anoden- und eine Kathodenkurve, die
bei beiden Geraden einen asymptotischen Verlauf nehmen. Es ist bekannt, dass der Schnittpunkt dieser beiden Geraden
derjenigen Stromdichte entspricht, bei der die rückwirkenden Anoden- und Kathodenströme gleich sind. Diese
Stromdichte ist direkt proportional zum Korrosionsgrad des im Milieu angeordneten Werkstoffs.
Bisher wurde diese potentiokinetische Prüfung,
die ausgezeichnete Ergebnisse zeitigt, nur im Laboratorium durchgeführt. Es ist jedoch ausserordentlich schwierig,
-4-9098U/0992
eine Milieu-Probe ins Labor zu bringen, die während des Entnehmens und Transports keinerlei Veränderung erfahren
hat.
Wenn dieses Verfahren zum Bestimmen der Korrosionsbeständigkeit eines Werkstoffs in einem Erdreich vorgenommen werden soll, was sehr häufig der Fall ist, ist es
wichtig, dass sich die Mchte, der pH-Wert und der Wasser-,
Sauerstoff- und HakteriengehaIt der Erdreich-Probe während
des Entnehmens und des Transports nicht wesentlich geändert haben. Zahlreiche Vorsichtsmaßnahmen müssen getroffen
werden und eine Spezialistengruppe kann in bestimmten Fällen nicht mehr als zwei bis drei Probenentnahmen pro Tag durchführen, ums diesem Grunde ist dieses Verfahren nicht in
dem Maße verallgemeinert worden, wie es dieses aufgrund der ausgezeichneten Ergebnisse ermöglicht hätte.
Ausserdem ergeben sich durch das Entnehmen und den Transport der Proben, die sich trotz der getroffenen Vorsichtsmaßnahmen wesentlich verändern konnten, Fehlerquellen,
welche die Ergebnisse verfälschen können.·
-5-
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die potentiokinetische Prüfung eines
Werkstoffes an eben der Stelle, an der das von ihm zu bildende Gefüge angeordnet wird, also unter den gleichen Bedingungen, unter denen er der Korrosion ausgesetzt ist.
Dieses äusserst einfache und leicht durchzuführende Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Anwendung ermöglichen die Ausführung einer grossen inzahl von Messungen
in begrenzter Zeit und mit grösserer Sicherheit, ohne dass die Entnahme und der transport von Milieu-Proben nötig
ist.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die zu prüfende Werkstoffprobe am Ende einer
Hohlsonde angeordnet ist, in deren Inneres die Bezugselektrode eingeführt wird.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen
-6-
909814/0992
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemässen, im Brdreich angeordneten Vorrichtung,
Fig. 2 eine LängsSchnittansicht der zu prüfenden
Werkstoffprobe und
Messwerte, die die Korrosion des Werkstoffs im
Milieu wiedergibt.
Bie Probe 1 des zu prüfenden Werkstoffs, in der ein
mittiger Kanal ausgespart ist, wird am Ende einer Hohlsonde 2 derart angeordnet, dass die Kanäle der Probe und der
Sonde fluchten. Sie wird mit dem Erdreich 3, dessen Korrosionseinwirkung auf den Werkstoff bestimmt werden soll,
in Kontakt gebracht. Eine Bezugselektrode 4 der herkömmlichen Art, die nicht Ziel der Erfindung ist, wird in die
Kanäle der Sonde und der Probe derart eingeführt, dass ihr empfindlicher Teil 5 ebenfalls in Kontakt mit dem
Erdreich steht.
Die Sonde 2 besteht aus einem Stahlrohr, dessen Innen- und aussenseite mit Isolierhüllen 6 und 7 über-
-7-
9 098 14/0992
zogen sind, könnte jedoch aus jedem anderen leitenden Werkstoff gefertigt sein.
Die Probe 1 des zu prüfenden Werkstoffs gemäss Fig. 2 ist derart ausgebildet, dass sie auf einem entsprechenden,
zu diesem Zweck auf dem Sondenende vorgesehenen Gewinde verschraubbar ist, ist jedoch durch jedes
andere geeignete Mittel feststellbar. Ihr Innenkanal weist den gleichen Durchmesser auf wie derjenige der
Sonde und der zylinderförmige Teil besitzt den gleichen
Aussendurchmesser wie die Sonde.
Der Innenkanal und der zylinderförmige Teil sind mit Isolierhüllen 8 und 9 verkleidet, die eine Verlängerung
der Umhüllungen 6 und 7 darstellen. Nur der kegel-r stumpfförmige Teil 10, dessen Oberfläche genau bemessen
ist, steht mit dem Erdreich in Berührung. Sie stellt die "Nutzfläche" der Probe dar.
Selbstverständlich können die Isolierhüllen 6, 7, 8, 9 vorgesehen werden, wenn die Probe am Sondenende
angeordnet wird. In diesem Fall bilden die Teile 6, 8 und 7, 9 eine einzige Umhüllung.
Der mit dem Erdreich in Kontakt stehende Teil der Probe kann eine abweichende Form aufweisen und insbesondere kugelförmig oder flach ausgebildet sein.
Die Bezugselektrode 4 ist von der herkömmlichen Art,und ihr empfindlicher Teil 5 steht mit dem Erdreich -in unmittelbarer Nähe der Probe in Berührung. Dies ist
bekanntlich eine Voraussetzung für die Messgenauigkeit.
Das Anordnen der Sonde, des Probestücks und der Bezugselektrode kann wie folgt vorgenommen werden: Bohren
mit Hilfe eines Brdbohrers bis zur gewünschten Tiefe, Einführen und gewaltsames Versenken der mit dem Probestück versehenen Sonde, so dass die "Nutzfläche" der
Probe über deren gesamte Oberfläche in Beührung mit dem
Erdreich gelangt. Dies wird durch die konische Ausbildung der Probe erleichtert, und das zu prüfende Erdreich,
das sehr häufig sandig, tonig oder torfartig ist, widersetzt sich dem Eindringen im allgemeinen nur wenig. Wenn
der emjfindliche Teil an Ort und Stelle ist, wird mittels
einer Metallstange die in den Innenkanal-eingelangte Erde
entfernt. Anschliessend wird in diesen Kanal die Bezugselektrode eingebracht.
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Ein Eegistrierpotentiostat 11 ist an eine Erdleitung 12 angeschlossen, die aus einem oder mehreren
einige Meter von der .Sonde entfernt ins Erdreich eingebrachten Pflöcken besteht, sowie an die Bezugselektrode
4 und die Sonde 2, die eine elektrische Verbindung mit dem Probestück gewährleistet. Da durch den zwischen der
Sonde und der Erdleitung 12 fliessenden Strom Spannung an die Probe angelegt wird, schreibt der Potentiostat über
den Stromkreis T das Potential der zwischen dem ümgebungsmilieu und dem Prüfstück liegenden Fläche vor, misst im
Stromkreis I dessen Grosse und zeigt den elektrischen
zwischen der Probe und dem Milieu fliessenden Strom an.
Sas Iblesen der aufgezeichneten Werte wird wie im
Labor vorgenommen.
In Fig. 3 ist die graphische Darstellung dieser Messergebnisse aufgezeigt; Auf die kartesische Achse sind
die Werte der veränderlichen an die Probe gelegten Spannung E aufgetragen.
Auf die die semilogarittonischen Einteilungen tragende Achse ist die Stromdichte (Mikroamperes pro cm Probe*-
9098U/0992
nutzfläche) des zwischen dem Milieu und der Probe
fliessenden Stroms aufgebracht.
Mit 1 ist die Anoden- und mit 2 die Kathodenkurve bezeichnet. Diese Kurven bilden an die beiden Geraden A-
und C gelegte Tangenten, die sich bei I, dem der Stromdichte io entsprechenden Punkt, schneiden. Der Korrosionsgrad der Probe im Milieu ist direkt proportional zu io.
Bei de-r Bestimmung des io-Wertes für mehrere
Proben in einem bestimmten Milieu oder, aber für eine Probe in mehreren, bestimmten Milieus, werden die Proben
entsprechend ihrer Korrosionsempfindlichkeit in einem Milieu oder die Milieus entsprechend ihrer Korrosionseinwirkung auf einen Werkstoff unterteilt.
Es ist ersichtlich, dass mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durch dieses potentiokinetische
in situ vorgenommene Messverfahren sehr leicht die Korrosion eines Werkstoffes in einem bestimmten Milieu
messbar ist, wobei dennoch die Unversehrtheit des Milieus besser gewahrt bleibt als bei der Durchführung
dieser Messungen im Labor und auf diese Weise eine wesentliche Fehlerquelle ausgeschaltet ist.
909814/09 9 2 "11"
Weiterhin ist zu bemerken, dass bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung die bezugselektrode
in unmittelbarer Nähe der Probe angeordnet ist und auf diese Weise das Messpotential wirklich demjenigen der
zwischen Metall und Umgebungsmilieu liegenden Fläche entspricht, was eine der Voraussetzungen für die Genauigkeit der Ergebnisse darstellt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehende Ausfuhrungsform beschränkt, sondern es
sind zahlreiche Abänderungen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
-12-
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Vorrichtung zum Bestimmen der schädigenden Einwirkung des Umgebungsmilieus auf einen metallischen Werkstoff, gekennzeichnet durch Anwendung des potentiokinetischen, in situ vorgenommenen Verfahrens, bei dem die von einem axial verlaufenden Kanal durchsetzte Werkstoffprobe am Ende einer aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefertigten Hohlsonde derart festgelegt ist, dass zwischen Sonde und Probe eine elektrische Verbindung vorhanden ist.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal der Sonde und derjenige der Probe koaxial zueinander verlaufen.5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der S.onden- und Probenkanal mit einer elektrischen Isolierung versehen sind und dass auf die Aussenseite von -Sonde und Probe mit Ausnahme eines genau bemessenen Teils der Probe eine elektrische Isolierung aufgebracht ist»-13-909814/09924. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit einer elektrischen Isolierung versehene Aussenseite der Probe eine konische Oberfläche bildet.5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit einer elektrischen Isolierung versehene Aussenseite der Probe eine kugelförmige Oberfläche bildet.6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit einer elektrischen Isolierung versehene Aussenseite der Probe eine ebene Oberfläche bildet.7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Kanalende des Probestücks eine Bezugselektrode aigeordnet ist.8. Verfahren zum Bestimmen der Korrosionseinwirkung des Brdreichs auf einen metallischen Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach Anspruch 3 derart gewaltsam in den Erdboden versenkt wird, dass-14-90981 A/0992der nicht mit einer Isolierung überdeckte Teil der Probe an der gewünschten Stelle in Kontakt mit dem Milieu gelangt, und dass in den Innenkanal der aus Sonde und Probe bestehenden Gesamtheit eine Bezugselektrode derart eingeführt wird, dass diese mit dem Erdreich in Berührung kommt.9098U/099 2·
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