DE1498996B2 - Sonde für die "in situ" - Bestimmung der korrodierenden Wirkung des umgebenden Mediums auf einen metallischen Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde für die »in situ«- Bestimmung der korrodierenden Wirkung des umgebenden Mediums auf einen metallischen Werkstoff nach dem potentiokinetischen Verfahren mit einer von einem axialen Kanal durchsetzten Werkstoffprobe am Ende eines metallenen Sondenrohres und mit einer nahe der Werkstoffprobe und koaxial dazu angeordneten Bezugselektrode.

Das potentiokinetische Verfahren für das Überprüfen der korrodierenden Wirkung eines Umgebungsmediums auf einen metallischen Werkstoff ist bekannt. Dabei wird an den metallischen Werkstoff eine Spannung angelegt. Diese Spannung verändert man nach einer bestimmten, im allgemeinen linearen Zeitabhängigkeit. Stärke und Richtung des elektrischen Stromes, der zwischen Werkstoff und Medium fließt, werden gemessen. Die Ergebnisse werden in Werten der auf die Werkstoffoberfläche bezogenen Stromdichte ausgedrückt. Die Auswertung erfolgt mit Hilfe einer semilogarithmischen graphischen Darstellung. Dabei werden über die Ordinate die Werte der angelegten Spannung und über die logarithmisch unterteilte Abszisse die Werte der Stromdichte abgetragen. Man erhält zwei Kurven, und zwar eine Anoden- und eine Kathodenkurve. Diese Kurven verlaufen jeweils in bezug auf eine Gerade asymptotisch.

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 korrodierenden Medium angeordneten Werkstoffs.

Aus der USA.-Patentschrift 2 964 723 ist es bereits bekannt, die korrodierende Wirkung eines Mediums am interessierenden Ort, d. h. »in situ, vorzunehmen.

Weiter sind aus den USA.-Patentschriften 1 910 021 und 2 947 679 bereits Sonden bekannt, die für die Durchführung des potentiokinetischen Meßverfahrens geeignet sind. So ist insbesondere aus der USA.-Patentschrift 1 910 021 eine Sonde bekannt, die eine von einem axialen Kanal durchsetzte Werkstoffprobe am Ende eines metallenen Schutzrohres und eine nahe der Werkstoffprobe und koaxial zu dieser angeordnete Bezugselektrode besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Sonden der bekannten Art so weiterzubilden, daß an Ort und Stelle in kurzer Zeit eine große Anzahl von Messungen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenseite des Sondenrohres mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist und daß die Werkstoffprobe unter Schaffung eines elektrischen Kontaktes leicht auswechselbar mit dem Sondenrohr verbindbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Sonde besteht also zwischen der Werkstoffprobe und dem metallischen Sondenrohr eine elektrisch leitende Verbindung. Dadurch ist sichergestellt, daß die Meßergebnisse mit den tatsächlichen Verhältnissen übereinstimmen. Außerdem kann die Werkstoffprobe leicht ausgewechselt werden, was beispielsweise dadurch geschieht, daß man sie über eine Schraubverbindung am Ende des Sondenrohres befestigt. Auf diese Weise ist es möglich, die Vermessung der korrodierenden Wirkung auf den Werkstoff für eine Vielzahl von Werkstoffproben in kürzester Zeit durchzuführen.

Der Sondenkanal und die Innenwandung des Sondenrohres können mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sein. Dadurch ist sichergestellt, daß die Richtigkeit der Messung nicht durch einen unbeabsichtigten Kontakt zwischen Bezugselektrode und Sondenrohr bzw. Werkstoffprobe verfälscht wird. Die Außenseite der Werkstoffprobe ist vorteilhaft mit Ausnahme eines genau gemessenen Flächenanteils von einer elektrisch isolierenden Schicht abgedeckt. Damit erhält man für jede Werkstoffprobe eine gleichbleibende wohldefinierte »Nutzfläche« für die Korrosionswirkung. Die Ergebnisse einer Meßreihe sind daher zuverlässig miteinander vergleichbar. Die frei gelassene Fläche kann vorteilhaft konisch ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, sie kugelförmig oder eben auszubilden.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht einer im Erdreich angeordneten Vorrichtung zur Bestimmung der korrodierenden Wirkung des Erdreichs auf eine metallische Probe,

F i g. 2 eine Längsschnittansicht der zu prüfenden Werkstoffprobe und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der erhaltenen Meßwerte.

Die Probe 1 des zu prüfenden Werkstoffs, in der ein mittiger Kanal ausgespart ist, ist am Ende eines Sondenrohres 2 derart angeordnet, daß die Kanäle der Probe 1 und des Sondenrohres 2 fluchten. Sie wird mit dem Erdreich 3, dessen Korrosionseinwirkung auf den Werkstoff bestimmt werden soll, in Kontakt gebracht. Eine Bezugselektrode 4 der herkömmlichen Art wird in die Kanäle des Sondenrohres 2 und der Probe 1 derart eingeführt, daß ihr empfindlicher Teil 5 ebenfalls in Kontakt mit dem Erdreich steht.

Das Sondenrohr 2 besteht aus Stahl, könnte jedoch auch aus einem anderen leitenden Werkstoff gefertigt sein. Seine Innen- und Außenseite sind mit isolierenden Schichten 6 und 7 überzogen.

Die Probe 1 des zu prüfenden Werkstoffs gemäß F i g. 2 ist derart ausgebildet, daß sie auf einem entsprechenden, zu diesem Zweck auf dem Ende des Sondenrohres 2 vorgesehenen Gewinde verschraubbar ist. Sie kann jedoch auch durch andere geeignete Mittel befestigbar sein. Ihr Innenkanal weist den gleichen Durchmesser auf wie derjenige des Sondenrohres 2, und der zylinderförmige Teil besitzt den gleichen Außendurchmesser wie das Sondenrohr 2.

Der Innenkanal und der äußere zylinderförmige Teil sind mit isolierenden Schichten 8 und 9 bedeckt, die eine Verlängerung der Schichten 6 und 7 darstellen. Nur der kegelstumpfförmige Teil 10, dessen Oberfläche genau bemessen ist, steht mit dem Erdreich in Berührung. Sie stellt die »Nutzfläche« der Probe 1 dar.

Die Teile 6, 7 bzw. 8, 9 können selbstverständlich auch von einer jeweils durchgehenden Isolierhülle gebildet sein.

Der mit dem Erdreich in Kontakt stehende Teil 10 der Probe 1 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 Erd-

reich in unmittelbarer Nähe der Probe in Berührung. Dies ist bekanntlich eine Voraussetzung für die Meßgenauigkeit.

Das Anordnen des Sondenrohres 2 der Probe 1 und der Bezugselektrode 4 kann wie folgt vorgenommen werden: Bohren mit Hilfe eines Erdbohrers bis zur gewünschten Tiefe, Einführen und gewaltsames Versenken des mit der Probe 1 versehenen Sondenrohres 2, so daß die »Nutzfläche« 10 der Probe 1 über deren gesamte Oberfläche in Berührung mit dem Erdreich 3 gelangt. Dies wird durch die konische Ausbildung der Probe 1 erleichtert, und das zu prüfende Erdreich 3, das sehr häufig sandig, tonig oder torfartig ist, widersetzt sich dem Eindringen im allgemeinen nur wenig. Wenn der empfindliche Teil 10 an Ort und Stelle ist, wird mittels einer Metallstange die in den Innenkanal eingelangte Erde entfernt. Anschließend wird in diesen Kanal die Bezugselektrode 4 eingebracht.

Ein Registrierpotentiostat 11 ist an eine Erdleitung 12, die aus einem oder mehreren einige Meter von der Sonde entfernt ins Erdreich eingebrachten Pflökken besteht, sowie an die Bezugselektrode 4 und das Sondenrohr 2, die eine elektrische Verbindung mit der Probe 1 gewährleistet, angeschlossen. Da durch den zwischen der Sonde und der Erdleitung 12 fließenden Strom Spannung an die Probe 1 angelegt wird, schreibt der Potentiostat 11 über den Stromkreis T das Potential der zwischen dem Erdreich 3 und der Probe 1 liegenden Fläche vor, mißt im Stromkreis / dessen Größe und zeigt den elektrischen zwischen der Probe 1 und dem Erdreich 3 fließenden Strom/ an.

Das Ablesen der aufgezeichneten Werte wird wie im Labor vorgenommen.

In F i g. 3 ist die graphische Darstellung dieser Meßergebnisse aufgezeigt. Auf der Ordinate sind die Werte der veränderlichen, an die Probe gelegten Spannung E aufgetragen.

Auf die eine logarithmische Teilung tragende Abszisse ist die Stromdichte i (Mikroamperes pro Quadratzentimeter Probennutzfläche 10) des zwischen dem Erdreich 3 und der Probe 1 fließenden Stroms / aufgebracht.

Mit α ist die Anoden- und mit b die Kathodenkurve bezeichnet. Diese Kurven bilden gerade Abschnitte A und C, deren Verlängerungen sich bei P, dem der Stromdichte io entsprechenden Punkt, schneiden. Der Korrosionsgrad der Probe im Milieu ist direkt proportional zu io.

Bei der Bestimmung des zo-Wertes für mehrere Proben in einem bestimmten Medium oder aber für eine Probe in mehreren, bestimmten Medien werden die Proben entsprechend ihrer Korrosionsempfindlichkeit in einem Medium oder die Medien entsprechend ihrer Korrosionseinwirkung auf eine Probe unterteilt.

Es ist ersichtlich, daß durch dieses potentiokinetisc'he in situ mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 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.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sonde für die »in situ«-Bestimmung der korrodierenden Wirkung des umgebenden Mediums auf einen metallischen Werkstoff nach dem potentiokinetischen Verfahren mit einer von einem axialen Kanal durchsetzten Werkstoffprobe am Ende eines metallenen Sondenrohres und mit einer nahe der Werkstoffprobe und koaxial dazu angeordneten Bezugselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Sondenrohres (2) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (6) überzogen ist und daß die Werkstoffprobe unter Schaffung eines elektrischen Kontaktes leicht auswechselbar mit dem Sondenrohr (2) verbindbar ist.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkanal und die Innenwandung des Sondenrohres (2) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (J, 9) bedeckt sind.

3. Sonde nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenseite der Werkstoffprobe (1) mit Ausnahme eines genau bemessenen Flächenanteils (10) eine elektrisch isolierende Schicht (8) aufgebracht ist.

4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei gelassene Flächenanteil (10) der Werkstoffprobe (1) konisch ausgebildet ist.

5. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei gelassene Flächenanteil (10) der Werkstoffprobe (1) kugelförmig ausgebildet ist.

6. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei gelassene Flächenanteil (10) der Werkstoffprobe (1) eben ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen