DE1498996A1

DE1498996A1 - Vorrichtung und Verfahren zur insitu-Messung der schaedigenden Einwirkung des Umgebungsmilieus auf einen metallischen Werkstoff

Info

Publication number: DE1498996A1
Application number: DE19631498996
Authority: DE
Inventors: Heuze Bernard Marie Louis
Original assignee: CONTRE LA CORROSION S E C C O
Current assignee: CONTRE LA CORROSION S E C C O
Priority date: 1962-10-17
Filing date: 1963-10-16
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3364422A; ES292614A1; GB1062037A; NL299374A; FR1344463A; BE638800A; DE1498996B2

Description

PATENTANWALT

dim-ing. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN

Postscheck-Konto: Bank-Konto: Telefon Tel.-Adr.

München 22045 Dresdner Bank AG. München (OHf) 2»7»8» ₄ l«liiMtJMttnrten

München 2, Marlenplaiz, Kto.-Nr. 92790 I h3ö930

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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.

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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.,

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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,

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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.·

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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

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Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemässen, im Brdreich angeordneten Vorrichtung,

Fig. 2 eine LängsSchnittansicht der zu prüfenden Werkstoffprobe und

Fig. 3 eine graphische Barstellung der erhaltenen

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-

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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*-

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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.

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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.

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Claims

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»

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4. 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

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der 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.

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