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Real time measurement of the atmospheric corrosion rate of magnesium alloys

Source: WW4

Since January 2018, we have been presenting an exciting topic in the field of materials science every month.

The “topic of the month” is explained in a simple and understandable way and provides informative insights into the research activities of our department.

The topic of the month in June comes from the Institute of Surface Science and Corrosion (WW4) and has the title:

 

Real time measurement of the atmospheric corrosion rate of magnesium alloys

by Michael Strebl

Worum geht es bei dem Thema?

Magnesiumlegierungen sind vielversprechende Leichtbauwerkstoffe im Automobilbau. Ein wichtiger Punkt für einen vermehrten Einsatz dieser Legierungen ist die Anfälligkeit für Korrosion. Dabei ist die atmosphärische Korrosion unter dünnen wässrigen Filmen die häufigste Korrosionsart in der Praxis (Abbildung 1). Besonders kritisch sind Chlorid-haltige Elektrolytfilme, die sich z.B. durch Streusalz im Winter, oder in Meeresnähe bilden.

 

Abbildung 1: Bei der atmosphärischen Korrosion findet die Metallauflösung unter dünnen wässrigen Filmen statt. Magnesiumlegierungen setzen bei der Korrosion gasförmigen Wasserstoff frei.

 

Bis jetzt gibt es keine geeigneten Methoden um die Korrosionsgeschwindigkeit während der atmosphärischen Korrosion direkt zu messen. In dem Projekt geht es deshalb um die Entwicklung von Methoden zur zerstörungsfreien Echtzeitmessung der atmosphärischen Korrosionsgeschwindigkeit von Magnesiumlegierungen.

Mit der Magnesiumauflösung einhergehend, kommt es zur Entstehung von gasförmigem Wasserstoff. Die neue Methode beruht auf der empfindlichen Messung der Wasserstoffentwicklungsrate über eine gravimetrische Methode. Dabei befindet sich die korrodierende Probe in einem untergetauchten Gefäß, umgeben von feuchter Luft (Abbildung 2). Mit Hilfe einer Waage wird die Auftriebsänderung, die sich durch die Entstehung von Wasserstoff Gas ergibt, aufgezeichnet und daraus die Korrosionsgeschwindigkeit berechnet.

 

Abbildung 2: Versuchsaufbau für die gravimetrische H2 Entwicklungsmessung von Magnesiumlegierungen unter atmosphärischer Korrosionsbelastung. Die Waage zeichnet auf, wie das untergetauchte Gefäß mit der Probe scheinbar immer leichter wird. Dies ist auf den Auftrieb des durch Korrosion entstandenen H2-Gases zurückzuführen.

 

Wo findet es Anwendung?

In der Praxis werden häufig zeitraffende Korrosionstests in Prüfkammern eingesetzt um die Korrosionsbelastung von mehreren Jahren Einsatz innerhalb weniger Wochen abzubilden. Diese Tests beinhalten beispielsweise Salzsprühphasen und Klimawechsel-Phasen mit Feucht-Trocken-Zyklen und erhöhter Temperatur.

Mit der neuen Monitoring Methode für die Bestimmung der Korrosionsrate ist es möglich die Einflüsse von verschiedenen Korrosionsbedingungen wie z.B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Gaszusammensetzung und verschiedenen Salzen zu untersuchen. Dabei werden die Auswirkungen von geänderten Parametern auf die Änderung der Korrosionsgeschwindigkeit in Echtzeit sichtbar (siehe Video). Dadurch kann ein besseres Verständnis über die Korrosionsprozesse und Mechanismen unter praxisnahen Testbedingungen aufgebaut werden. Dieses Wissen ermöglicht es, die bestehenden Tests weiterzuentwickeln, mit dem Ziel, das Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen möglichst realistisch abzubilden.

 

Video 1: Das Zeitraffer-Video zeigt die Oberfläche und die Echtzeit-Korrosionsrate einer AZ31 Magnesiumprobe, die abwechselnd in feuchter Umgebung (100 % rel. Luftfeuchtigkeit) und trockener Umgebung (54 % rel. Luftfeuchtigkeit) korrodiert.

Was ist weiter geplant?

Die Weiterentwicklung zielt darauf ab die Methode auf O2-Typ Korrosion ausweiten, um so auch die atmosphärischen Korrosionsraten von Werkstoffen wie Stahl, Zink, Aluminium oder Kupfer in Echtzeit bestimmen zu können. Ein weiterer Punkt ist die Übertragung der Monitoring-Methoden auf Immersionsbedingungen, das bedeutet, die Proben sind vollständig in wässrige Lösungen eingetaucht. Diese Art der Korrosion ist zum Beispiel für die Korrosion von metallischen Implantatwerkstoffen im menschlichen Körper relevant.

Zur Person:

Studium der Materialwissenschaften und Werkstofftechnik (M.Sc.) an der FAU in Erlangen.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Korrosion und Oberflächentechnik (WW4) in der Korrosionsgruppe von Prof. Sannakaisa Virtanen.

 

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