Dokument: Elektrochemische Kinetik der Passiv- und Korrosionsschutzschichten technischer Metalloberflächen
| Titel: | Elektrochemische Kinetik der Passiv- und Korrosionsschutzschichten technischer Metalloberflächen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=19979 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20111205-114249-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Hammer, Christian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Kleinermanns, Karl [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Zusammenfassung:
Obwohl die Prozesse von Korrosion und Korrosionsschutz seit vielen Jahrzehnten wissenschaftlich untersucht werden, verursachen Korrosionsschäden an metallischen Werkstoffen weiterhin jährlich Kosten in Milliardenhöhe. Ziel dieser Arbeit war, technisch relevante Prozesse unter dem Aspekt der Korrosion auf ihre mechanistischen Grundlagen zu reduzieren. Die wichtigste Methode, um Metalloberflächen vor Korrosion zu schützen, ist die anodische Bildung von oxidischen Passivschichten. Die Eigenschaften, das Wachstum und die Korrosion von Oxiden auf Tantal und Aluminium wurden in Zusammenarbeit mit Fa. HC-Starck, Goslar, untersucht. Das Wachstum erfolgt grundsätzlich nach dem Hochfeldmodell, wobei, im Gegensatz zur wissenschaftlichen Literatur, parallel Sauerstoffentwicklung gefunden und quantitativ erfasst wurde. Dies erforderte den Einsatz einer Mikroanalyse, um die geringen Sauerstoffmengen bei den verwendeten Sinterkörpern von ca. 1 mm³ nachweisen zu können. Ursache für die nicht erwartete Elektronenleitfähigkeit sind Terme in der Bandlücke, die von den migrierenden Ionen beim Wachstum gebildet werden. Korrosionsströme liegen bei Tantal in gängigen Elektrolyten um 100 nA/cm², bei Al um 0,5 µA/cm² und steigen bei geringem Zusatz von Chlorid (0,2 mmoll-1) bereits auf 40 µA/cm² an. Auch hier zeigt sich Elektronenleitfähigkeit, die aber durch eingebaute Chloridionen verursacht wird. Die Zinkgalvanik wurde in Zusammenarbeit mit den Firmen WHW Walter Hillebrand GmbH & Co.KG, Wickede/Ruhr und GC Galvano Consult GmbH, Wickede/Ruhr in Hinsicht auf die Keimbildungskinetik und mit Cookson Electronics, Langenfeld, in Hinsicht auf pH-Verschiebungen an der Oberfläche untersucht. Um die für die Bestimmung der Keimbildungskinetik nötige Probenzahl zu reduzieren, wurde eine speziell angepasste Apparatur für Immersionstransienten aufgebaut. Hierbei wurde ein Probenblech mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Elektrolyten gezogen, wobei der absolute Strom so geregelt wurde, dass die Stromdichte des noch benetzten Teils konstant blieb. Eine einzige Probe enthält so die gesamte Zeitinformation, die mit Mikromethoden (elektrochemische Kapillarzelle) abgelesen werden kann. Die erhaltenen abgeschiedenen Stoffmengen folgen Gesetzen der Form q ~ tn, wobei der Exponent n Aussagen über Geometrie und Keimbildungsraten erlaubt (Kap. 5.2) und der Start der Legierungsabscheidung bestimmt werden kann. Die bei der galvanischen Abscheidung parallel ablaufende Wasserstoffentwicklung verursacht eine lokale Erhöhung des pH-Werts an der Elektrodenoberfläche. Um diese zu untersuchen, wurde für Cookson Electronics eine pH-Mikroelektrode entwickelt und im Labormaßstab bei verschiedenen Elektrolyten eingesetzt. Bei nicht gepufferten Elektrolyten kann sich der pH-Wert von 6 auf 11 erhöhen (Kap. 5.4). Gepufferte Elektrolyte zeigen erst bei hohen Abscheidungsstromdichten von 80 mA/cm² eine merkliche Erhöhung des pH-Werts.Abstract: Although the process of corrosion and corrosion protection is investigated for decades, it remains an ongoing topic due to the large cost that is still associated with the damaged metal materials. The transfer of the scientific description to technical electrochemical applications is often difficult, because the construction and dimension of the facilities prevent a detailed parameter acquisition. The aim of this thesis was to reduce technical relevant processes to their mechanistic basics under the aspect of corrosion. One of the most important methods for corrosion protection of a metallic surface is the anodic formation of an oxide passive layer. Almost all of the technical used metals (exception noble metals) would degrade in a short period of time without a passive layer. Thin passive films are already formed in contact with air and thickened through anodic oxidation to increase the corrosion protection. The properties, growth and corrosion from oxides on tantalum and aluminum have been studied in cooperation with HC-Starck, Goslar. The oxide growth follows in principle the high field law, but, in contrast to common literature, there is a parallel oxygen evolution, which was quantified. To detect the small amounts of oxygen during oxide formation the application of micro analytic was necessary (5.1.1.). The electronic conductivity of the oxide layer is caused by terms in the band gap which are formed by the migrating ions. The corrosion current densities of tantalumpentoxide in the used electrolytes are in the range of 100 nAcm-² and for aluminumoxide about 0.5 µAcm-2, but strongly dependent on the chloride containment. Small amounts of chloride lead to an increase up to 40 µA/cm². There is also an electronic conductivity of the oxide, but in contrast it is caused by the chloride ions in the layer. Another method of passivation is the cathodic deposition of a second metal e.g. zinc, which protects the ground material through a zincoxide- or zinccarbonate-layer. In addition the less noble zinc can be a sacrificial anode, if the layer is damaged. Alloys like zinc/nickel improve the corrosion protection and are used in today’s technical applications. To reduce the samples which are necessary for identification of the nucleus building process a special construction for immersion transients was build. A sample sheet was pulled from the electrolyte with constant speed at which the current is controlled so the current density of the part which is still in contact with the electrolyte stays the same. The whole time information of the deposition process is on one sheet with the exact same pretreatment, which can be analyzed by micro methods (electrochemical capillary cell). The amount of substance (Zn, Ni) follows the law with the form q ~ tn , in which the exponent n can be used for statements about the geometry and nuclei growth (Kap. 5.2). The hydrogen evolution as a competition reaction to the metal deposition leads to an increase of the local pH-value at the surface. To detect this, a simple pH-microelectrode which uses the pH-dependence of the gold oxide reduction was developed and used for different electrolytes and current densities. Without a buffer the pH-value can rise from 6 to 11 (Kap. 5.4). | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 05.12.2011 | |||||||
| Dateien geändert am: | 05.12.2011 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 10.06.2011 | |||||||
| Datum der Promotion: | 06.07.2011 |
