D03 - Elektrochemische Analyse

D03 - Elektrochemische Charakterisierung von metallischen Mikroproben im Hochdurchsatz

Das zentrale Ziel des Projekts ist das Erkennen skalierbarer Zusammenhänge des Korrosionsverhalten von Metallen in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung und Einfärbung. Die Verwendung von Mikroproben mit ihrer reduzierten Gefügeinhomogenität soll es erlauben, den Einfluss der Phasengrenzen auf das Korrosionsverhalten zu beschreiben.

Die zentrale Idee ist eine neuartige Mikro-Durchflusszelle, die sowohl elektrochemische Untersuchungen im Hochdurchsatz ermöglicht als auch in situ eine optische Beurteilung der sich verändernden Oberfläche erlaubt.

Die gewonnenen neuartigen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung eines skalenübergreifenden Modells zur Beschreibung des Korrosionsverhaltens von Metallen und Legierungen ein.

Untersuchungen zum dynamischen Auflösungsverhalten von Metallen sind seit langem Gegenstand der Forschung und bis heute hat das Korrosionsthema nicht an Bedeutung verloren. Grundsätzlich zeigt sich, dass besonders die elektrochemischen Messmethoden erfolgreich zur Beschreibung von Korrosionsphänomenen eingesetzt werden können.

Im Kontext der Methode „Farbige Zustände“ sollen urgeformte Mikroproben in Hochdurchsatzverfahren zur Ermittlung von Deskriptoren charakterisiert werden. In diesem Teilprojekt wird ein Messaufbau entwickelt und aufgebaut, der es ermöglicht, elektrochemische Deskriptoren sphärischer Mikroproben (300 – 1000 µm) in einem kontinuierlich durchströmten Mikroreaktor mit hohem Durchsatz partikelgrößenabhängig zu bestimmen.

Mittels Messungen zum elektrochemischen Rauschen (ECR) wird das Lochfraß- und Auflösungsverhalten der Mikroproben untersucht. Ferner wird zur Quantifizierung der Neigung zur Deckschichtbildung die elektrochemische Impedanz des Systems gemessen. Dazu durchströmen die in wässrigen Salzlösungen als Einzelpartikel suspendierten Proben nach einer standardisierten Vorbehandlung eine Kapillare, werden bei Kontaktierung einer den Rohrquerschnitt verengenden Bodenelektrode mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) „eingefangen“ oder vermessen und gleichzeitig videographisch analysiert.

Die Untersuchung einer sehr großen Vielfalt an Proben bietet die Möglichkeit, ein robustes Modell zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen elektrochemischem Verhalten von Mikroproben und dem  makroskopischen Korrosionsverhalten zu entwickeln, ohne material- und zeitintensive Versuche an makroskopischen Proben durchführen zu müssen. So können im Verbund des SFBs übergeordnete Zusammenhänge in Bezug auf die Materialeigenschaften abgeleitet und von der Mikro- auf die Makroebene übertragen werden.

Publikationen

S. I. Imani Moqadam, M. Baune, I. Bösing, C. Heinzel, D. Meyer, A. Thomann, N. Wielki, N. Ellendt: Reproducibility of High-Throughput Sample Properties Produced by a High-Temperature Molten Metal Droplet Generator, Metals 2020, 10,  https://www.doi.org/10.3390/met10030297 .

I. Bösing: Influence of Systematically Changed Martensite Content on the Passive Film Properties of Austenitic Stainless Steel in Neutral Electrolyte, International Journal of Electrochemical Science 2020, https://www.doi.org/10.20964/2020.01.09 .

Steinbacher M, Alexe G, Baune M, Bobrov I, Bösing I, Clausen B, Czotscher T, Riemer O, Sonnenberg H, Thomann A, Toenjes A, Vollertsen F, Wielki N, Ellendt N (2019) Descriptors for High Throughput in Structural Materials Development. High-throughput 8:2–27 https://doi.org/10.3390/ht8040022

I. Bösing, M. Herrmann, I. Bobrov, J. Thöming, B. Kuhfuss, J. Epp, M. Baune: The influence of microstructure deformation on the corrosion resistance of cold formed stainless steel, MATEC Web of Conferences 2018, 190,  10.1051/matecconf/201819004002.

I. Bösing, J. Thöming, M. Baune: Electrolyte Composition for Distinguishing Corrosion Mechanisms in Steel Alloy Screening, International Journal of Corrosion 2017, 2017, 1-8 10.1155/2017/9425864.