DIN 50919-2016 Corrosion of metal - Corrosion investigations of bimetallic corrosion in electrolytic solutions《金属的腐蚀 电解溶液中双金属腐蚀的腐蚀调查》.pdf

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1、Februar 2016DEUTSCHE NORM Preisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 77.060!%Is“2389180www.din.deDIN 50919Korrosion der Metalle Korrosionsuntersuchungen d

2、er Bimetallkorrosion in ElektrolytlsungenCorrosion of metal Corrosion investigations of bimetallic corrosion in electrolytic solutionsCorrosion des mtaux Essais de corrosion de la corrosion bimtallique en solution lectrolytiqueAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDI

3、N 50919:198402www.beuth.deGesamtumfang 13 SeitenDDIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)DIN 50919:2016-02 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe, Formelzeichen, Indizes 5 3.1 Begriffe 5 3.2 Formelzeichen 5 3.3 Indizes 6 4 Allgemeines .

4、6 5 Durchfhrung 8 5.1 Bimetallkorrosionsuntersuchungen mit homogener Stromverteilung 8 5.1.1 Allgemeines . 8 5.1.2 Versuchsanordnung . 8 5.1.3 Messgren . 9 5.2 Bimetallkorrosionselemente mit heterogener Stromverteilung 10 5.2.1 Allgemeines . 10 5.2.2 Untersuchungen zur Bimetallkorrosion an Probekrpe

5、rn (bauteilhnlich) 10 5.2.3 Potential-Weg-Messungen . 11 6 Prfbericht . 12 6.1 Auswertung der elektrochemischen Untersuchungen 12 6.2 Bestimmung der Korrosionsform . 12 6.3 Bewertung der Probekrper . 12 Anhang A (informativ) Erluterung zur Bewertung der Versuchsergebnisse zu Abschnitt 5: Potential u

6、nd Stromverteilung bei kurzgeschlossenen Bimetallelementen . 13 DIN 50919:2016-02 3 Vorwort Dieses Dokument wurde durch den Arbeitsausschuss NA 062-01-77 AA Korrosionsprfverfahren“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente di

7、eses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 50919:1984-02 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) nderung des Titels; b) Anpassung der Begriffe an DIN EN I

8、SO 8044; c) nderungen der Formelzeichen und Indizes; d) Anpassung der Bilder; e) redaktionelle berarbeitungen sowie Anpassung an DIN 820-2:2012-12. Frhere Ausgaben DIN 50919: 1982-03, 1983-11, 1984-02 DIN 50919:2016-02 4 Einleitung In der Technik werden hufig unterschiedliche metallene Werkstoffe in

9、 einem Bauteil verwendet. Dabei kann im Bereich der metallenen Kontaktstelle eine besondere Gefhrdung durch Bimetallkorrosion entstehen, wenn die Metalle im korrosiven Medium unterschiedliche Korrosionspotentiale haben. Bimetallkorrosion kann auch auftreten, wenn ein Partner ein elektronenleitender

10、Festkrper (z. B. Graphit, Kohlefasern, halbleitendes Carbid oder Oxid) ist. Diese Norm enthlt die wichtigsten allgemeinen Grundstze fr die Durchfhrung von Korrosionsuntersuchungen mit Werkstoffpaarungen der genannten Art. DIN 50919:2016-02 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt eine prinzipielle Vers

11、uchsanordnung zur Bestimmung grundlegender elektrochemischer Daten der Bimetallkorrosion unter Annahme einer homogenen Stromverteilung fest. Um praxisnahe Untersuchungen an heterogenen Bauteilen zu simulieren, werden Beispiele von Probekrpern dargestellt und Untersuchungen an Modellsystemen beschrie

12、ben. Die Auswertung der Messergebnisse wird erlutert. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undati

13、erten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 50900-2, Korrosion der Metalle Begriffe Teil 2: Elektrochemische Begriffe DIN 50905-1, Korrosion der Metalle Korrosionsuntersuchungen Teil 1: Grundstze DIN 50905-2, Korrosion der Metalle

14、 Korrosionsuntersuchungen Teil 2: Korrosionsgren bei gleichmiger Flchenkorrosion DIN 50905-3, Korrosion der Metalle Korrosionsuntersuchungen Teil 3: Korrosionsgren bei ungleichmiger Korrosion ohne zustzliche mechanische Beanspruchung DIN 50918, Korrosion der Metalle Elektrochemische Korrosionsunters

15、uchungen DIN EN ISO 8044, Korrosion von Metallen und Legierungen Grundbegriffe 3 Begriffe, Formelzeichen, Indizes 3.1 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokumentes gelten die Begriffe nach DIN EN ISO 8044 und DIN 50900-2. 3.2 Formelzeichen Tabelle 1 Formelzeichen (1 von 2) Formelzeichen Bedeutung Einh

16、eit SA, SCElektrodenflche (der Anode bzw. Kathode) cm2Inet A, Inet CSummenstroma(der Anode bzw. Kathode) A Ia, IcTeilstroma(anodisch bzw. kathodisch) A IELElementstromaA i StromdichteaA cm2Ecor(Freies) Korrosionspotential V E* Gleichgewichtspotential V EA, ECKorrosionspotential der Anode bzw. der Ka

17、thode beim Kontakt miteinander V M molare Masse g mol1DIN 50919:2016-02 6 Tabelle 1 (2 von 2) F Faraday-KonstantebA s mol1 oder spezifische elektrische Leitfhigkeit 1 cm1R elektrischer Widerstand rpSpezifischer Polarisationswiderstand cm2 spezifischer elektrischer Widerstand cm RpA, RpCPolarisations

18、widerstand (der Anode bzw. Kathode) rpA, rpCspezifischer Polarisationswiderstand (der Anode bzw. Kathode) cm2RMElektrolytwiderstand zwischen Anode und Kathode (ohne Polarisationswiderstnde) U Elektrische Potentialdifferenz V v flchenbezogene Massenverlustratec g m2 h1z Ladungszahl des gebildeten Ion

19、s aBei den Stromangaben handelt es sich stets um die Betrge. bF = 9,648 5 104A s mol1 cSiehe 5.1.3 3.3 Indizes Tabelle 2 Indizes Index Bedeutung A, C Anode bzw. Kathode a, c anodische bzw. kathodische Teilreaktion M Medium EL Element 4 Allgemeines Das Auftreten von Bimetallkorrosion ist an bestimmte

20、 Voraussetzungen gebunden, die im Folgenden aufgefhrt sind: ein unterschiedliches Korrosionspotential der Metalle im betrachteten System; zwischen den Metallen besteht eine elektronenleitende Verbindung; beide Metalle verbindet ein leitfhiger Feuchtigkeitsfilm (Elektrolyt). Nur wenn alle drei Voraus

21、setzungen erfllt sind, kann Bimetallkorrosion berhaupt auftreten und es entsteht ein galvanisches Element, in dem der Elementstrom (Kurzschlussstrom) IELfliet. Dieser Elementstrom erhht die Korrosionsgeschwindigkeit der Anode. Er ist aber nicht quivalent der Korrosionsgeschwindigkeit, da er die Eige

22、nkorrosion der Anode nicht enthlt. DIN 50919:2016-02 7 Der Elementstrom ist eine komplexe Gre, die von der geometrischen Anordnung, von den Korrosions-potentialen und Polarisationswiderstnden der Partner sowie von dem Elektrolytwiderstand abhngt. Eine vereinfachte Betrachtung der Vorgnge bei der Bim

23、etallkorrosion ist nur bei Annahme einer homogenen Stromverteilung mglich. Dies lsst sich im Versuch durch eine entsprechende Anordnung der Proben erreichen. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich im Strom-Potential-Diagramm die in Bild 1 dargestellten Zusammenhnge. Hierbei sind vereinfachend nur d

24、ie Summenstrom-Potential-Kurven Inet Aund Inet Csowie die anodischen Teilstrom-Potential-Kurven Ia,Aund Ia,Ceingetragen. Die Abszissenschnittpunkte der letzten geben die zugehrigen Gleichgewichtspotentiale wieder: E*a Aund E*a C. Die kathodischen Teilstrom-Poten-tial-Kurven sind zugunsten der bersic

25、ht nicht eingetragen. Bild 1 zeigt, wie der Elementstrom IELdas Potential der Anode zu positiveren Werten verschiebt und den anodischen Teilstrom der Anode erhht (Pfeil). Dem Elementstrom entsprechen weder der Betrag des anodischen Teilstroms, noch der Differenzbetrag der Erhhung bezogen auf den Bet

26、rag beim freien Korrosionspotential. Bild 1 Strom-Potential-Beziehungen bei Bimetallkorrosion (entfernte Elektroden mit homogener Stromverteilung) Aus Bild 1 folgt: =+ + (1) Hierbei sind RpAund RpCdie integralen Polarisationswiderstnde beim Stromfluss IEl: =(2) = (3) Der Elektrolytwiderstand RMist a

27、bhngig von der geometrischen Anordnung und den Maen der Elektroden und proportional dem spezifischen elektrischen Widerstand der Elektrolytlsung. Die Polarisationswiderstnde RpAbzw. RpCsind umgekehrt proportional den Flchen S der zugehrigen Elektroden. Wenn RMund RpAgegenber RpCvernachlssigbar klein

28、 sind und wenn ferner auch die DIN 50919:2016-02 8 Eigenkorrosion der Anode zu vernachlssigen ist, ist die anodische Teilstromdichte dem Flchenverhltnis der Kathode zur Anode proportional (Flchenregel): ,=(4) ANMERKUNG Unter der Geschwindigkeit der Eigenkorrosion wird der Anteil an der Korrosionsges

29、chwindigkeit einer Anode verstanden, der den durch den Elementstrom bedingten Betrag berschreitet und durch die kathodische Teilreaktion an der Anode verursacht wird. 5 Durchfhrung 5.1 Bimetallkorrosionsuntersuchungen mit homogener Stromverteilung 5.1.1 Allgemeines Zur Untersuchung der grundlegenden

30、 elektrochemischen Daten der Bimetallkorrosion nach den Angaben zu Bild 1 dient eine Versuchsanordnung mit homogener Verteilung des Elementstromes. Dabei knnen die beiden zu untersuchenden Metallelektroden nicht im unmittelbaren Kontakt, sondern nur rumlich von-einander entfernt in der Elektrolytlsu

31、ng einheitlicher Beschaffenheit angeordnet werden. 5.1.2 Versuchsanordnung Bild 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Versuchsanordnung mit entfernten Elektroden. Der Kurzschluss zum Bimetallkorrosionselement erfolgt durch eine uere elektrische Verbindung. Legende R Widerstand RE Bezugselektrode A

32、Anode C Kathode b Probenbreite 1 bis 5 Kontaktstellen fr die Messung Bild 2 Versuchsanordnung fr Messungen an Bimetallkorrosionselementen mit getrennten Elektroden (schematisch) DIN 50919:2016-02 9 Die im Bild 2 angegebenen Werte ber Mindestabstnde sind nur als Anhaltswerte zu betrachten und gegeben

33、enfalls experimentell zu ermitteln. Der Mindestabstand ist dann erreicht, wenn der stationre Elementstrom mit zunehmendem Abstand nicht mehr grer wird. Mit zunehmender Leitfhigkeit der Elektrolytlsung knnen die Abstnde kleiner werden. 5.1.3 Messgren Messgren sind die Korrosionspotentiale der Anode E

34、Aund der Kathode EC. Ihre Messung erfolgt an beiden Elektroden (siehe Bild 2) nach DIN 50918. Um die Korrosionspotentiale genau messen zu knnen, mssen die beiden Elektroden die gleiche Temperatur haben, damit das Ergebnis nicht durch unterschiedliche Korrosionspotentiale verflscht wird. Weitere Mess

35、gren sind die Potentiale beim Kurzschluss: EAund EC. Die Messung der Potentiale geschieht an beiden Elektroden (siehe Bild 2) nach DIN 50918. Der Elementstrom IEList eine weitere Messgre. Die Strommessung wird nach DIN 50918 an einem nieder-ohmigen Widerstand R (z. B. 1 ) bzw. Null-Ohm-Amperemeter (

36、ZRA, en: zero resistance ammeter) durchgefhrt. Tabelle 3 informiert ber die Durchfhrung der Messungen. DIN 50919:2016-02 10 Tabelle 3 Messen der elektrochemischen Gren in der Versuchsanordnung nach Bild 2 Spannungsmesser an den Kontakten Schalter Messwert 2 und 1 offen Ecor A2 und 1 geschlossen EA2

37、und 3 geschlossen U = IEL R 4 und 5 offen Ecor C4 und 5 geschlossen ECDie Ermittlung der integralen flchenbezogenen Massenverlustrate einer Elektrode erfolgt nach DIN 50905-1 und DIN 50905-2. Die anodische Teilstromdichte iaerrechnet sich dann aus der flchenbezogenen Massenverlustrate v nach dem Far

38、adayschen Gesetz: = (5) 5.2 Bimetallkorrosionselemente mit heterogener Stromverteilung 5.2.1 Allgemeines Bei der Bimetallkorrosion an heterogenen Bauteilen sind Anode und Kathode unmittelbar miteinander im Kontakt. In diesen Fllen ist die Verteilung des Elementstromes immer heterogen. Die Darstellun

39、g der Strom-Potentialbeziehungen nach Bild 1 ist nicht mehr unmittelbar anwendbar. Sie gilt aber in abgewandelter Form fr einzelne entfernte Flchenbereiche von Anode und Kathode (siehe Erluterungen zu Anhang A). Allgemein ist die qualitative Aussage aber bertragbar, dass hohe Elementstrme in der Ver

40、suchsanordnung nach Bild 2 auch eine hohe Gefhrdung durch Bimetallkorrosion an heterogenen Bauteilen erwarten lassen. Zur Untersuchung der Bimetallkorrosion an heterogenen Systemen dienen Messungen an bauteilhnlichen Proben. 5.2.2 Untersuchungen zur Bimetallkorrosion an Probekrpern (bauteilhnlich) Z

41、ur Untersuchung dient ein Probekrper mit hnlichen geometrischen Maen wie das zu beurteilende praktische Objekt. Eine quantitative Berechnung der Verteilung des Elementstromes ist nur in Grenzfllen mglich. Neben den geometrischen Daten bestimmen auch Polarisationswiderstnde und die spezifische elektr

42、ische Leitfhigkeit der Elektrolytlsung die Elementstromverteilung, siehe auch Erluterungen zu Anhang A. Der Probekrper muss hinsichtlich Werkstoffkombination und -maen sowie der Oberflchenbeschaffenheit mglichst praxisnah gestaltet sein. Bei Tauch- und Wechseltauchversuchen sind die Mae der Versuchs

43、gefe so gro zu whlen, dass der Stromfluss zwischen Anode und Kathode nicht gehemmt wird. Dies gilt auch fr die Hhe der Elektrolytlsung ber der Probe. Als Anhaltswert kann ein lichter Abstand zwischen Probenkrper und Gefwand von mindestens des zweifachen der grten Ausdehnung des Probenkrpers gewhlt w

44、erden. Gegebenenfalls sollten die erforderlichen Mindestabstnde, nach 5.1 und Bild 2, experimentell ermittelt werden. Mit zunehmender Leitfhigkeit der Elektrolytlsung werden die Mindestabstnde kleiner. Entsprechend der Fragestellung sind als Probenkrper geschweite, geltete oder anderweitig gefgte Pr

45、obenkrper zu verwenden. Die Bilder 3 bis 5 zeigen hierzu Beispiele. DIN 50919:2016-02 11 Bild 3 Beispiel von Probekrpern fr die Untersuchung der Bimetallkorrosion, z. B. geschweit, geltet (Werkstoff B kann artgleich A oder C sein) Bild 4 Beispiel von Probekrpern fr die Untersuchung der Bimetallkorro

46、sion, z. B. geschraubt (C: Kunststoffschraube oder metallene Schraube mit Kunststoffunterlegscheibe) Bild 5 Beispiel von Probekrpern fr die Untersuchung der Bimetallkorrosion, z. B. verschraubt (auch im Durchfluss einsetzbar) Bei der Durchfhrung der Korrosionsversuche ist darauf zu achten, dass das

47、Korrosionsmedium weitgehend den praktischen Einsatzbedingungen entspricht. Dies ist vor allem wegen des starken Einflusses der Polarisationswiderstnde auf die Elementstromverteilung wichtig. Ferner sind die Festlegungen nach DIN 50905-1 zu beachten. 5.2.3 Potential-Weg-Messungen An Schweiverbindunge

48、n knnen das Schweigut oder die Wrmeeinflusszonen selektiv korrosionsanfllig sein. Diese Bereiche sind als Anoden eines Kontaktkorrosionselementes mit groer Kathodenflche anzu-sehen. Da eine Untersuchung mit getrennten Elektroden nicht durchgefhrt werden kann, werden Potential-Weg-Messungen zur Auffindung der anodischen Bereiche eingesetzt. Dabei wird das Potential des zu untersuchenden Oberflchenbereiches des Modellkrpers