DE2106593A1

DE2106593A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung durchgehender Poren in einem Schutzuberzug auf Metallflachen

Info

Publication number: DE2106593A1
Application number: DE19712106593
Authority: DE
Inventors: Rene Freiburg Laroche (Schweiz)
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1970-02-17
Filing date: 1971-02-11
Publication date: 1971-08-26
Also published as: CH520331A; DE2106593B2; DE2106593C3; DK138134C; ES388371A1; NL155653B; NL7102128A; US3719884A; GB1317683A; FR2078581A5; DK138134B; SE364364B

Description

ALUMINIUM SUISSE S.A. CHIPPIS / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung durchgehender Poren in einem Schutzüberzug auf Metallflächen

Die Erfindung betrifft ein in seiner praktischen Ausführung einfaches und zuverlässiges Verfahren zur elektrochemischen Bestimmung durchgehender Poren in einem dielektrischen Schutzüberzug auf einer Metallfläche sowie die Ausbildung und Anordnung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der dielektrische Schutzüberzug auf der Metallfläche kann hierbei beispielsweise aus einem Lack, einer Farbe oder einer durch Aufsprühen aufgebrachten Kunststoffschicht bestehen sowie auch aus einem Emailüberzug oder aus einer Schicht eines anodisch niedergeschlagenen Oxyds.

Es ist bekannt, dass die Durchlässigkeit von Antikorrosionsschutzschichten auf Metallflächen ein wesentliches Qualitätsmerkmal darstellt. Die Messung der Durchlässigkeit, im allgemeinen auch "Porosität" genannt, von dielektrischen Schichten erfolgte bisher auf elektrischem Wege, wobei der Durchgang eines Gleich- oder Wechselstromes zwischen dem Metall und einem Elektrolyten gegenüber der Schutzschicht gemessen wird.

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0908. A361.12D.7 - BIl/KW/ek

Die hierbei erhaltenen Messergebnisse, ausgedrückt in Milliampere oder in Ohm, ergeben jedoch nur sehr unsichere Anhaltspunkte für die Qualität der Schutzschicht. Darüber hinaus sind diese Messergebnisse auch grossen Fehlerquellen ausgesetzt, die von verschiedenen, nur schwer zu definierenden Faktoren abhängen, beispielsweise von der angelegten Spannung, von der Polarität der Gleichstromspannung, von dem Spannungsabfall in dem Messgerät, von dem Spannungsabfall im Elektrolyten, von der Stromart, von der Art und Konzentration des Elektrolyten sowie dessen Temperatur, ferner von elektrochemischen Polarisationserscheinungen, der Form und Verteilung der Poren und auch von der Zeit zwischen dem Anlegen des Stromes und dem Ablesen der Stromstärke oder des Widerstandes.

In machen Fällen gestattet die Lokalisierung der Fehler in der Schutzschicht einen Schluss auf die Ursachen der Unvollständigkeit, so dass hierfür eine Markierung dieser Poren mit Hilfe einer chemischen oder elektrischen Reaktion durchgeführt wird. Für diese Markierung sind mehrere Verfahren bekannt und gebräuchlich, beispielsweise;

Niederschlag von Kupfer oder eines anderen Metalls durch Umsetzung zwischen einer Base des Prüfkörpermetalles und den Kationen einer angesäuerten Lösung eines Salzes oder eines anderen Metalles.

Umschlag eines Farbindikators als Folge der elektrochemischen Reaktion eines der Bestandteile des Elektrolyten während des Stromdurchganges.

Bildung von Ausblühungen von Aluminiumhydroxyd durch Umsetzung des nichtgeschützten Metalles mit der umgebenden Feuchtigkeit nach Amalgamierung mit einer Lösung von Quecksilberchlorid.

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Elektrochemischer Niederschlag eines organischen Farbstoffes in wässriger Lösung oder als Kolloid auf den nicht geschützten Stellen des Metalls.

Die Verschiedenartigkeit der Möglichkeiten zur Lokalisierung von Fehlern in einer dielektrischen Schutzschicht sowie die verhältnismassig hohe Anzahl von Fehlerquellen beim Messen der Porosität ergeben eine ziemliche Unsicherheit und Unzuverlässigkeit der bisher hierfür angewandten Verfahrensweisen.

Zweck der Erfindung ist die Vermeidung dieser Unsicherheitsfaktoren und die Schaffung einer Möglichkeit zur Prüfung der Durchlässigkeit von Schutzschichten ohne deren Zerstörung, insbesondere zur Kontrolle von Werkstücken vor ihrer Auslieferung, sowie darüber hinaus gegebenenfalls eine Möglichkeit zur Lokalisierung und Markierung der Poren.

Das Prinzip der erfindungsgemässen Verfahrensweise beruht auf der Tatsache, dass der Niederschlag eines elektrophoretischen Lackes nur an den metallischen Stellen erfolgen kann, welche nicht durch eine dielektrische Schicht geschützt sind.

Durch die Bedingungen der Messeinrichtung ist die Strommenge, welche für den Niederschlag des Lackes erforderlich ist, proportional der Fläche der nicht geschützten Stellen. Diese Abhängigkeit erfordert somit folgende Messbedingungen:

Vorbestimmte und konstante elektrochemische Äquivalenz des Lackes, vorbestimmte und konstante Niederschlags spannung, vorbestimmte Nieder schlag s ze it und chemische Widerstandsfähigkeit des frisch niedergeschlagenen Lackes in Abhängigkeit von der Niederschlagsspannung.

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Man kann ferner sagen, dass während eines elektrophoretischen Niederschlages die quantitative Menge eines auf den Elektroden niedergeschlagenen Stoffes direkt proportional ist der angewandten Strommenge, wenn die sonstigen Niederschlagsbedingungen vorbestimmt und konstant sind.

In dem Fall, wo eine dielektrische Schutzschicht eine Metalloberfläche nur unvollständig bedeckt, so dass· noch offene, durchgehende Poren vorhanden sind, wird die Menge des elektrophoretischen Niederschlages auf den Stellen, welche nicht durch die dielektrische Schicht geschützt sind, bei einer bestimmten Stärke des Niederschlages direkt proportional sein dieser Stärke. Nach der vorstehend erwähnten Abhängigkeit ist daher die Grosse der nicht geschützten Metallfläche proportional des gelieferten Stromes während der Elektrophorese.

Bei konstanter Spannung variiert der gelieferte Strom während des elektrophoretischen Niederschlages eines nicht leitenden Lackbestandteiles in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn indessen die Strommenge schwach bleibt, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der angelegten Spannung und dem chemischen Widerstand des niedergeschlagenen Stoffes ein, so dass die Stärke dann einen praktisch konstanten Wert beibehält.

Andererseits ist immer bei gleicher Spannung bei einer kurzen Nieder schlag s dauer und einer bestimmten Fläche die Menge des elektrophoretischen Niederschlages sehr leicht unterschiedlich entsprechend der Grosse und Verteilung der Niederschlagsfläche. In einem extremen Fall ist beispielsweise die jeweilige Erneuerung der elektrophoretischen Lösung hinsichtlich des niederzuschlagenden Stoffes schwieriger oder langsamer an einer grossen zusammen-

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hängenden Fläche als bei einer Vielzahl kleinerer Punkte, die auf der Elektrode verteilt sind.

Diese Störungen vermindern sich jedoch sehr schnell im Laufe der Zeit während des Niederschlages.

Aufgrund dieser vorstehend erwähnten Verhältnisse erfolgt die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in der Weise, dass die Messung der Menge des Elektrophoresestroms so lange durchgeführt wird, bis dieser nur noch sehr schwach ist mit Lösungen von Halbkoloiden von sauren-polaren Harzen variiert die erforderliche Zeit zwischen 5 und 30 Sekunden.

Zur Auswertung der Messergebnisse muss ebenfalls die Kapazität des Abdeckens des oder der Bestandteile aus der Elektrophorese lösung bestimmt werden, welche sich niederschlagen. Diese Bestimmungen erfolgen durch Null- oder Testversuche.

Bei einer Porosität, welche das zulässige Mass überschreitet und wobei man diese lokalisieren will, kann man einen elektrophoretischen Lack verwenden, dessen Farbe sich von derjenigen des dielektrischen Schutzüberzuges abhebt, so dass hierdurch die Fehler der Schutzschicht nach einer Spülung mit Wasser durch andere Färbung hervortreten. Die Muster können auch im Ofen gebrannt werden, wodurch die Fehlerstellen markiert werden, um sie festzuhalten.

Ein solches elektrochemisches Verfahren zur Ermittlung und Bestimmung durchgehender Poren in einem dielektrischen Schutzüberzug auf einer Metallfläche ist hierzu erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass aus einem elektrophoretischen Lack an den nicht geschützten Stellen der Metallfläche wenigstens ein Bestandteil elektrolytisch niedergeschlagen wird, welcher nach seinem Nieder-

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schlag nicht elektrisch leitend ist, und die Fläche der Niederschlags schicht nach der Menge des verbrauchten Stromes bestimmt wird.

Wie bereits erwähnt, gestattet das erfindungsgemäs se Verfahren gleichzeitig die Messung der nicht geschützten Stellen in Flächeneinheiten und die Lokalisierung dieser Fehler durch selektiven Niederschlag des Lackes.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäs sen Verfahrens ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Steuerung der Elektrophoresespannung und Messung des bei dem Niederschlag verbrauchten Stromes.

In der beigefügten Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungs möglichkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch dargestellt, wobei sich die sehr einfache Konzeption dieser Vorrichtung ergibt.

Diese Vorrichtung besteht aus einem Gleichrichter 1, welcher unmittelbar an das Stromnetz anschliessbar ist. Dieser Gleichrichter 1 liefert eine konstante Spannung zwischen 20 und 100 Volt, beispielsweise von 75 Volt mit Schwankungen von +_ 1 % .

Die negative Klemme dieses Gleichrichters ist an eine Elektrode 2 angeschlossen. Die positive Klemme des Gleichrichters führt zu einem Zeitschaltgerät 3, beispielsweise einem Schaltelement mit elektronischer Verzögerung, welche den Verbraucher Stromkreis während 10 Sekunden nach Einschaltung durch einen nicht dargestellten Druckknopf schliesst. In Reihe mit diesem Gerät ist ein Shunt 4 geschaltet, an dessen Klemmen ein Integrator 5 im Nebenschluss angeschlossen ist,

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Dieser Integrator enthält ein normales RC-Glied mit Verstärker.

Er gestattet die Messung der Strommenge Q, welche in dem Zeit-

/t intervall von 0 und t geliefert wird. Demnach ist Q = ^ idt, wobei i

die Stärke des elektrischen Stromes ist.

ie in

be-Dieser Integrator 5 sitzt ferner eine Anzeigeeinrichtung 6, wo die Messergebnisse beispielsweise mittels eines Zeigers angegeben werden, der sich vor einer Skala bewegt. Diese Skala kann unmittel-

2
bar in Flächeneinheiten (mm ) aufgeteilt sein oder aus einem Digital -

zähler bestehen.

Der Integrator 5 verfügt über mehrere Empfindlichkeitsbereiche. Der Steuerknopf für das Ze it schaltgerät 3 bewirkt beim Einschalten des Gerätes gleichzeitig eine Rückstellung der Anzeigeeinrichtung auf null.

In der dargestellten Ausführungsform wird das erfindungsgemäss ausgebildete Messgerät verwendet zur Prüfung des Oberflächenzustandes eines Metallbehälters, beispielsweise eines Gehäuses mit einer lackierten oder anodisch aufgebrachten Schutzschicht, eines Kanisters oder eines weichen oder starren Rohres, dessen Innenwand überzogen ist von einer dielektrischen Antikorros ions schutzschicht.

Zur Durchführung dieser Prüfung ist der Shunt 4 an eine elektrisch leitende Auflage angeschlossen, auf welcher der zu prüfende Metallbehälter 8 steht. Dieser enthält einen Elektrolyten, in welchen die Elektrode 2 eintaucht. Der Elektrolyt ist ein elektrophoretischer Lack auf der Basis von Acrylestern in einer Konzentration zwischen 5 und 15 % in Wasser. Dieser Elektrolyt ist stark gefärbt oder pigmentiert, um sich von der zu prüfenden Schutzschicht abzuheben.

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Die Dauer der Niederschlags zeit wird vorbestimmt durch das Zeitschaltgerät 3, welches durch einfachen Druck auf einen Knopf in Tätigkeit gesetzt wird. Hierdurch wird einerseits die Anzeige der Anzeigeeinrichtung 6 auf null gestellt und andererseits der elektrische Stromkreis geschlossen.

Sobald die vorbestimmte Zeit verflossen ist, wird der Stromkreis automatisch durch das Zeitschaltgerät wieder unterbrochen, wobei das Messergebnis an der Anzeigeeinrichtung 6 ablesbar bleibt, bis die nächste Messung erfolgt.

Mit der gleichen Anordnung wird auch die Eichung des Anzeigegerätes 6 durchgeführt. Hierbei wird der Metallbehälter 8 ersetzt durch einen Testbehälter, dessen Porosität null ist. Ein emaälerter Draht mit einem Querschnitt von 1 mm wird hierbei an die leitende Aussenfläche des Testbehälters angeschlossen¹. Der Querschnitt des freien Endes dieses Drahtes wird blank geschliffen, so dass sich hier der Lack durch Elektrophorese niederschlagen kann.

Unter diesen VerSuchsbedingungen zeigt das Anzeigegerät 6

zwangsläufig eine freie, ungeschützte Fläche von einem mm an, wenn der Prüfvorgang in der beschriebenen Weise durchgeführt wird.

Zur Erzielung eines solchen Testergebnisses kann die Zusammensetzung des Lackes durch Veränderung des p-^-Wertes und durch den Gehalt an Aminen verändert werden.

Nach einer nicht dargestellten Abwandlung der Erfindung kann das Gerät zur Durchführung des Verfahrens in der Weise abgewandelt werden, dass es zur Messung ebener Metallflächen Verwendung finden kann, die mit einem dielektrischen Stoff

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überzogen sind. Diese Vorrichtung ist dann mit einem Saugnapf ausgestattet, welcher sich hermetisch abgeschlossen auf dieser ebenen Fläche festsaugt. Auf diese Weise erhält man eine abgegrenzte Oberfläche bekannter Grosse. Der Shunt 4 wird dann an den metallischen Teil dieser Fläche angeschlossen, während die Elektrode Z in die elektrophorese Lösung eingetaucht wird, welche sich in dem Saugnapf befindet. Die Messung erfolgt dann in gleicher Weise, wie es vorstehend im Zusammenhang mit hohlen Prüfkörpern beschrieben wurde.

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Claims

_ in _

PATENTANSPRÜCHE

.JVerfahren zur elektrochemischen Bestimmung durchgehender Poren in einem dielektrischen Schutzüberzug auf einer Metallflache _} dadurch gekennzeichnet, dass aus einem elektrophoretischen Lack an den nicht geschützten Stellen der Metallflache wenigstens ein Bestandteil elektrolytisch niedergeschlagen -wird, welcher nach seinem Niederschlag nicht elektrisch leitend ist, und die Fläche der Niederschlags schicht nach der Menge des verbrauchten Stromes bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass ein sich in seiner Farbe von dem Schutzüberzug unterscheidender Lack bzw. Lackbestandteil niedergeschlagen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen

1 und 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Steuerung der Elaktrophoresespannung und zur Messung des bei dem Niederschlag verbrauchten Stromes.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung für die Elektrophoresespannung aus einem Zeitschaltelement (3) mit elektronischer Verzögerung.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung für den Stromverbrauch aus einem Integrator (5) für die Stromstärke.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, gekennzeichnet durch einen Stromstärkeintegrator (5) mit einer auf Flächeneinheiten der Niederschlags schicht geeichten Anzeigeeinrichtung (6).

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