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Warum ist Korrosion wichtig?
Nach Angaben der Association of Materials Protection and Performance (AMPP) belaufen sich die geschätzten jährlichen Gesamtkosten durch Korrosion auf bis zu 3,5 % des BIP eines Landes [1]. Eine internationale Studie der AMPP [2] ergab, dass allein in den Vereinigten Staaten die korrosionsbedingten Kosten im Sektor Öl- und Gasexploration und Produktion jährlich bis zu 1,4 Mrd. USD betragen können. Für die Gas- und Trinkwasserversorgung sowie für Abwasserkanäle belaufen sich die Kosten sogar auf bis zu 40 Mrd. USD. Dies ist ein unvermeidliches Problem, das hohe Kosten mit sich bringt.
Auch wenn die Korrosion selbst nicht vermeidbar ist, kann sie durch die Verwendung des richtigen Materials an der richtigen Stelle kontrolliert werden. Die Anwendung eines zuverlässigen Prüfverfahrens, das die Korrosionsbeständigkeit des Materials bewertet und seinen möglichen Ausfall vorhersagt, ist von größter Bedeutung. Zudem sollte dieses Prüfverfahren kostengünstig und praktikabel sein.
Was ist Korrosion?
Korrosion ist ein natürlich vorkommender Prozess, bei dem Metalle und Legierungen durch eine chemische Reaktion beschädigt oder abgebaut werden. Die Korrosionsrate hängt stark von der Art des Materials, der Umgebungstemperatur, den Verunreinigungen, und andere Umweltfaktoren ab. Die meisten Korrosionserscheinungen sind elektrochemischer Natur und bestehen aus mindestens zwei Reaktionen an der Oberfläche der Metalle oder Legierungen.
Diese elektrochemischen Prozesse erfordern drei Haupkomponenten:
- Anode: Hier findet die Metallkorrosion statt.
- Kathode: Der elektrische Leiter, der in der realen elektrochemischen Zellkonfiguration während des Korrosionsprozesses nicht verbraucht wird.
- Elektrolyt: Das korrosive Medium, das die Übertragung von Elektronen zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht.
Abhängig vom Material und der Umgebung kann Korrosion auf unterschiedliche Weise auftreten, z. B. als flächenförmige Korrosion, Lochfraßkorrosion, Spaltkorrosion, galvanische Korrosion oder mikrobiologisch induzierte Korrosion, um nur einige zu nennen. Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von Korrosion in unserem kostenlosen White Paper.
White Paper: Grundlagen der elektrochemischen Korrosionsforschung
Dieses White Paper enthält auch Einzelheiten über relevante elektrochemische Messtechniken wie Linear Sweep Voltammetrie (LSV), Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Elektrochemisches Rauschen (ECN oder ZRA). Mit diesen Techniken lassen sich die Korrosionsmechanismen, das Verhalten verschiedener Werkstoffe und die Korrosionsgeschwindigkeit erforschen sowie die Eignung von Korrosionsschutz-Lösungen wie bspw. Schutzbeschichtungen und Inhibitoren bestimmen.
Erfahren Sie hier mehr über diese Themen mit unserer Auswahl an kostenlosen Application Notes.
EIS von drei beschichteten Aluminiumproben
Korrosion Teil 2 – Berechnung von Korrosionsparametern mit NOVA
Korrosion Teil 3 – Messung des Polarisationswiderstands
Korrosion Teil 4 – Äquivalente Ersatzschaltbilder
Korrosion Teil 5 – Korrosionsschutzmittel
Elektrochemische Korrosionsstudien an verschiedenen Metallen
Einhaltung von Normen und Standards
Die folgenden Techniken sind ASTM-konform, wenn die angegebenen Richtlinien befolgt werden (Klicken Sie auf einen Link, um die entsprechende kostenlose Metrohm Application Note herunterzuladen):
- Kritische Lochfraßtemperatur (CPT) nach ASTM G150
- ASTM G100: Galvanische zyklische Polarisation
- ASTM G5: Potentiodynamische anodische Polarisationsmessungen
- Zyklische potentiodynamische Polarisationsmessungen nach ASTM G61
- Coulometrische Reduktion nach ASTM B825
- Messung der Effizienz von Korrosionsinhibitoren unter turbulenten Strömungsbedingungen mit der Rotierenden Zylinderelektrode (RCE) von Autolab nach ASTM G185
Stimulieren Sie Rohrströmungsbedingungen in Ihrem Korrosionslabor
Innere Korrosion ist die problematischste Ursache für das Versagen von Rohrleitungen. Um die Grundlagen des Korrosionsversagens und seiner Ursachen in Rohrleitungen zu verstehen, sollte im Labor eine ähnliche Umgebung geschaffen werden.
Der Rotierende Zylinderelektrode (RCE) ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Durchführung von hydrodynamischen elektrochemischen Experimenten im Labor, bei denen turbulente Strömungsbedingungen geschaffen werden, welche die Situation von durch Rohre fließenden Flüssigkeiten realistisch simulieren. Der RCE kann mit den meisten elektrochemischen Techniken wie Chronoamperometrie, Chronopotentiometrie und Potential- Sweep verwendet werden.
Die Untersuchung der Korrosionsrate als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit (konvektiver Fluss) ist eine der häufigsten Anwendungen der RCE. Korrosionsstudien können mithilfe linearer oder zyklischer Polarisationsmessungen (LP, DPD, CP), elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und elektrochemischem Rauschen (ECN) in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden.
Die mit elektrochemischen Methoden erzielten Ergebnisse sind genauer und werden viel schneller erreicht, als mit herkömmlichen Methoden zur Korrosionsuntersuchung (z. B. Salzsprühnebel), was jedem Korrosionsmesslabor mehr Effizienz und Produktivität verleiht. Erfahren Sie mehr in unserem kostenlosen White Paper über die RCE und wie man realistische Rohrströmungsbedingungen im Labor in Kombination mit elektrochemischen Korrosionsmesstechniken simuliert.
White Paper: Bewährte Verfahren in der Korrosionsforschung – Nachahmung der Strömungsbedingungen in Rohren mithilfe einer rotierenden Zylinderelektrode
Eine typische Methode für elektrochemische Korrosionsstudien ist die lineare Polarisation (LP). Mit dieser Methode ist es möglich, das Korrosionsverhalten einer Probe unter Rohrströmungsbedingungen (d.h. bei turbulenter Strömung) zu bewerten und etwas über die Korrosionsrate der Probe bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit zu erfahren.
Metrohm bietet zwei Application Notes an, in denen diese Messtechnik speziell eingesetzt wird:
Das aus der LP-Messung gewonnene Tafel-Diagramm gibt einen Hinweis auf das Korrosionspotential. Mit Hilfe spezieller Analyse-Tools in der NOVA-Software von Metrohm Autolab kann eine Korrosionsanalyse durchgeführt und die Korrosionsrate berechnet werden, was einen Hinweis darauf gibt, wie stark das Rohr unter den gegebenen Bedingungen in einem Jahr rosten wird (in mm/Jahr). Sobald diese Information für ein bestimmtes Material vorliegt, kann durch Auftragen einer bestimmten Beschichtung oder eines Korrosionsinhibitors eine korrosionsbeständigere Umgebung geschaffen werden.
In einer zweiten Auswertung kann festgestellt werden, wie stark das Rohr unter diesen resistiven Bedingungen in einem Jahr rostet. In dem nachstehenden Beispiel wird die Korrosionsrate von Kohlenstoffstahl unter Standardbedingungen mit 0,25 mm/Jahr gemessen. Wird jedoch ein spezieller Korrosionsinhibitor (in diesem Fall Tryptamin) verwendet, verbessert sich der Korrosionsschutz erheblich und die Korrosionsrate sinkt auf 0,065 mm/Jahr. Diese Ergebnisse können mit elektrochemischen Methoden in wenigen Minuten erzielt werden, während es bei herkömmlichen Methoden (z. B. Salzsprühkammer in Kombination mit Gewichtsverlust-Analyse) bis zu einigen Monaten dauert, bis die Ergebnisse vorliegen. Das ist ein gewaltiger Unterschied in der Effizienz!
| Korrosionsparameter | Ohne Inhibitor | Mit Inhibitor |
| Ekorr (V) aus der linearen Regression | -0,479 | -0,392 |
| Ekorr (V) aus der Tafelanalyse | -0,482 | -0,396 |
| RP (Ω) aus der linearen Regression | 42,62 | 135,96 |
| RP (Ω) aus der Tafelanalyse | 43,32 | 136,39 |
| Korrosionsrate (mm/Jahr) aus der Tafelanalyse | 0,25 | 0,065 |
Zusammenfassung
Das Verständnis des Korrosionsverhaltens eines Werkstoffs unter realen Bedingungen hilft den Herstellern, das Materialdesign im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit schneller zu optimieren, entweder durch die Verwendung eines besser geeigneten Werkstoffs für die Rohre oder durch den Einsatz geeigneter Korrosionsschutzmethoden (d. h. Beschichtungen oder Korrosionsinhibitoren), was zu erheblichen Kosteneinsparungen und einem sichereren Betrieb führt.
Ihr Wissen zum Download
White Paper: Grundlagen der elektrochemischen Korrosionsforschung
