Dokument: Mechanismen der anodischen Auflösung von Metallen und Legierungen bei extrem hohen Stromdichten

Titel:	Mechanismen der anodischen Auflösung von Metallen und Legierungen bei extrem hohen Stromdichten
Weiterer Titel:	Mechanisms of anodic dissolution of metals and alloys at high current densities
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=21649
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120620-094820-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Münninghoff, Tim Roger [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,73 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 15.06.2012 / geändert 15.06.2012
Beitragende:	PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Gutachter] PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter]
Stichwörter:	ECM, Electrochemical Machining, anodische Auflösung, Mechanismus, Legierungen, intermetallische Phasen, Spinelle, Oxidschichten, Produktanalyse, Sauerstoffnachweis
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Die anodische Auflösung zur Formgebung von Metallen und Legierungen bei Stromdichten von bis zu 1000 A/cm2, das sog. Electrochemical Machining (ECM) ermöglicht die Bearbeitung von Werkstoffen unabhängig von ihren mechanischen Eigenschaften. Das ECM von einigen metallischen Werkstoffen wie z. B Eisen, Stählen und Ti-basierten Hartmetallen ist bereits gut untersucht und wird industriell eingesetzt. Neben der anodischen Auflösung laufen aber als weitere anodische Prozesse Oxidbildung oder Sauerstoffentwicklung ab. Heutzutage kommen industriell fast ausschließlich Legierungen zum Einsatz, weil durch die zulegierten Stoffe die Eigenschaften des Grundmetalls z. B. die Verformbarkeit verbessert werden können. Dabei scheiden sich oft intermetallische Phasen aus der Matrix aus, die z. T. einen signifikanten Einfluss auf das elektrochemische Verhalten haben. Da die Werkstoffhärte beim ECM-Prozesse keine Rolle spielt, ist das Verfahren speziell für neue Werkstoffe interessant. Deshalb wurden sowohl die reinen Metalle Al, Fe, Mg und Mn als auch bestimmte intermetallische Phasen des Aluminiums mit Metallen wie Fe, Mg, Cu und Mn sowie Fe3C untersucht. Die Experimente wurden in der im Arbeitskreis entwickelten Mikrozelle bei Elektrolytgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/s realisiert. Der ECM-Prozess ist dabei sehr komplex, daher müssen alle Reaktionsprodukte und die Sauerstoffentwicklung quantitativ erfasst werden. Im Detail wurden Modelle für die Struktur der Phasengrenze bei extrem hohen anodischen Stromdichten an Al, Mg, Mn, Fe, Fe3C, Fe64Ni36 (Invar®), Al2Cu, Al2CuMg, Al3Fe, Al4Mn, Al3Mg2 und Al12Mg17 entwickelt. Die Produkte wurden komplexometrisch, mittels Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) oder über Fluoreszenz-Quenching bestimmt. Anhand der Ergebnisse werden die Proben klassifiziert, wodurch Vorhersagen möglich sind. Alle Proben lösen sich zumindest partiell transpassiv unter Sauerstoffentwicklung als Nebenreaktion auf. Bei Magnesium ist nur ein geringer Teil der Oberfläche belegt und die Auflösung ist größtenteils aktiv. Die Struktur und die Zusammensetzung der beteiligten Oxidschichten konnte für die meisten untersuchten Systeme aufgeklärt werden. Bei intermetallischen Phasen und Legierungen nehmen die Metallionen möglichst Oxidationsstufen ein, die eine Spinellbildung der allgemeinen Struktur Me(II)Me(III)2O4 auf der Oberfläche ermöglichen. Diese Proben wurden der Klasse der Spinell-Oxide zugeordnet. Daneben konnte die Klasse der instabilen Oxide (Mg, Cu), die Klasse der einfachen Hochfeld-Oxide (Al) und die Klasse mit Bildung hochvalenter Anionen (Mn, Auflösung als Permanganat) definiert werden.02.05. The anodic dissolution for shaping metals and alloys at current densities up to 1000 A/cm2, the so called Electrochemical Machining (ECM) allows the machining of materials independent from their mechanical properties. The ECM of metallic materials such as iron, steels and Titanium-based hard metals is investigated detailed in literature and is adopted in industrial applications. In addition to the anodic dissolution, further anodic processes such as oxide formation and oxygen evolution occur. Nowadays most of the materials used in industrial applications are alloys, because the alloyed metals enhance the properties of the matrix metal, e. g. the formability. Thereby intermetallic phases often precipitate from the metal matrix. The intermetallic phases on the alloy show a significant influence on the electrochemical behaviour of the alloy. As the hardness of the material is irrelevant in the ECM process, the procedure is interesting, in particular for new materials. Therefore both the pure metals Al, Fe, Mg and Mn and special intermetallic phases of aluminium with metals like Fe, Mg, Cu and Mn plus Fe3C were investigated. The experiments were carried out in the mico cell, which was developed in the research group. Potentiostatic control with a 3 electrode arrangment and an electrolyte flow up to 10 m/s were realised. ECM is very complex process, so that all reaction products and the oxygen evolution have to be determined quantitatevly. In detail, models of the interface structure at high anodic current densities for Al, Mg, Mn, Fe, Fe3C, Fe64Ni36 (Invar®), Al2Cu, Al2CuMg, Al3Fe, Al4Mn, Al3Mg2 and Al12Mg17 were developed. The products were analysed with complexometric methods, via atomic absorption spectroscopy (AAS) or by fluorescence quenching in a special experimental set up. On the basis of the results the specimen were classified to allow predictions. All specimen dissolute at least partly in a transpassive state with evolution of oxygen in a side reaction. It was found that on mangnesium just small areas of the surface passivate while most of the dissolution process is in an active state. The structure and compositon of the surface oxide were determinded for most oft he investigated specimen. On alloys and intermetallic phases the dissoluted metal ions are in oxidation states, which allow the formation of spinel-type oxides with an overall composition Me(II)Me(III)2O4. These specimen were categorised in a class of spinel-type oxide. Besides some other classes were defined such as the class of instable oxides (Mg, Cu), the class of highfield oxides (Al) and the class of formation of anions in high oxidation states (Mn, dissolutions as permangante).
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie
Dokument erstellt am:	20.06.2012
Dateien geändert am:	20.06.2012
Promotionsantrag am:	02.05.2012
Datum der Promotion:	12.06.2012