Die Honeywell SmartCET®-Technologie ist Ergebnis der über 25-jährigen Erfahrung des Honeywell InterCorr-Geschäftsbereiches. Zum Expertenteam gehört mit Dr. Russell D. Kane einer der weltweit angesehensten Korrosionsexperten und Autor von über 180 wissenschaftlichen Veröffentlichungen.
Hintergrundinfos zum Thema Korrosion
Der Begriff Korrosion kennzeichnet einen Vorgang, der sich zwischen einem Werkstoff und seiner Umgebung abspielt. Dabei handelt es sich um eine physikochemische Reaktion des Korrosionssystems, die zu einer Veränderung der Eigenschaften des Werkstoffs führt.
Korrosion kann durch eine Beeinträchtigung der Funktion des Werkstoffs, der Umgebung oder des technischen Systems einen Korrosionsschaden auslösen, der bei einem vollständigen Verlust der Funktionsfähigkeit des Systems zu einem Korrosionsversagen führen kann.
Laut DIN 50900 Teil 1 ist "Korrosion die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine meßbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems führen kann. In den meisten Fällen ist die Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie chemischer oder metallphysikalischer Natur sein."Wesentliche Korrosionsarten
- Flächenkorrosion (lineare Korrosion)
- Lochfraßkorrosion / Perforation / Muldenkorrosion (Pitting)
- Kontaktkorrosion
- Spannungsrißkorrosion
- Schwingungsrißkorrosion
- Interkristalline Korrosion
- Messerlinienkorrosion
- Erosionskorrosion
- Sauerstoffkorrosion
- Wasserstoffkorrosion
- Wasserstoffversprödung
Muldenkorrosion ist eine Form der örtlichen Korrosion. Dabei werden bei ungleichmäßigem Flächenabtrag Mulden gebildet, deren Durchmesser größer ist als ihre Tiefe.
Die gleichmäßige Flächenkorrosion tritt dann auf, wenn der Korrosionsvorgang an vielen Elementen eines Bauteils auftritt. An der Metalloberfläche bilden sich anodische (metallauflösende) und kathodische ( Elektronen-verbrauchende ) Teilbereiche. Voraussetzung für die Bildung von Flächenkorrosion ist der ständige Ortswechsel dieser Teilbereiche. Nur dann kann die Korrosion gleichmäßig auf der Metalloberfläche ablaufen. Ist diese Lageänderung der Teilbereiche nicht oder nur schwer möglich, so spricht man von Muldenkorrosion. Bei dieser Korrosion wird der Werkstoff von der Oberfläche aus nahezu gleichförmig abgetragen. Da dieser Vorgang berechenbar ist, wirft er im Allgemeinen keine Probleme auf.
Spaltkorrosion ist eine örtliche Korrosion in Zusammenhang mit Spalten, die in bzw. unmittelbar neben einem Spaltbereich abläuft, der sich zwischen der Metalloberfläche und einer anderen Oberfläche (metallisch oder nichtmetallisch) ausgebildet hat. (DIN EN ISO 8044: 1999)
Bei der Interkristallinen Korrosion lösen sich die Gefügebestandteile aus dem metallischen Verband. Interkristalline Korrosion entsteht zum Beispiel in Chromstählen durch Veränderung der Korngrenzen, indem sich Chromkarbide bilden. Die Korngrenzen lösen sich auf, und das Metall kann mit der Hand zu Pulver zerrieben werden.
Das elektrische Modell der Korrosion
Bei Korrosion laufen Oxidations- und Reduktionsprozeß als chemische Reaktionen am selben Material ab.Während beim Oxidationsprozeß Metallionen unter Freisetzung negativer elektrischer Ladungsträger anodisch vom Metall gelöst werden, werden beim Reduktionsprozeß an der Kathode Wasserstoff-Ionen unter Bildung von H2 reduziert.
In neutraler oder alkalischer Lösung tritt der Sauerstoff direkt als Elektronenakzeptor auf.
Anodische und kathodische Gebiete sind bei gleichmäßiger Korrosion auf der Oberfläche gaußverteilt.
Die Trennung wird durch Fertigungsunterschiede, wie z.B. Texturen, Gitterstörungen oder Fremdmetalle, auf der Oberfläche des Materials beeinflußt.
Die elektrischen Ladungsträger werden durch das Metall zwischen den anodischen und kathodischen Gebieten ausgetauscht. Entsprechend den Faraday’schen Gesetzen bestimmt dieser Strom die Korrosionsrate.
Um den Korrosionsvorgang besser beschreiben zu können, eignet sich die Darstellung des Korrosionselements als Abbild der bei der Korrosion auftretenden Vorgänge.
Ein Korrosionselement ist eine Gefügeanordung in einem Werkstoff, die sich wie eine kurzgeschlossene galvanische Zelle verhält und zur Korrosion des Werkstoffs führt.
Anode und Kathode befinden sich auf ein und derselben Metalloberfläche und sind nicht fest lokalisiert!
Ein vereinfachtes (elektrisches Modell) der Korrosion einer Metallelektrode kann wie folgt dargestellt werden:
- Z = Faraday-Impedanz
- C = Kapazität der Oberflächenschicht
- R = ohmscher Widerstand des Mediums
Nach den Untersuchungen von Stern und Geary kann man aus dieser Impedanz die Korrosionsrate (in mm/Jahr) bestimmen.
Diese Impedanz kann nicht isoliert gemessen werden, noch ist sie linear zur angelegten Spannung!
Der SmartCet®5000-Korrosionstransmitter von Honeywell mißt diese Impedanz indirekt durch das LPR-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Gleichspannung an eine Elektrode angelegt und der fließende Strom gemessen. Mit diesem Verfahren wird der „ohmsche“ Anteil der Impedanz Z bestimmt gemessen.
Der nichtlineare Charakter der Impendanz, d.h. die Abhängigkeit der Impedanz von der angelegten Spannung, kann zu Meßfehlern und damit zu einer Fehlinterpretation der Korrosionsrate führen. Diese Nichtlinearität kann in Form des sogenannten B-Wertes beschrieben werden. Im SmartCet®5000 wird ein Meßverfahren namens HDA verwendet, um den B-Wert online zu messen und so die Meßergebnisse des LPR-Verfahrens zu präzisieren.
Diese als Super LPR (Kombination aus LPR und HDA) bezeichnete Verfahren berechnet online B-Werte und ermöglicht so eine präzise Messung der linearen Korrosion in mm/Jahr.
Eine Messung des Lochfraßes ist jedoch auch mit dem Super LPR-Verfahren nicht möglich. Ein geeignetes Verfahren zur Messung des Lochfraßes ist die Messung des Elektrochemischen Rauschens (ECN). Bei auftretendem Lochfraß „wandern“ die kathodischen und anondischen Bereiche nicht mehr auf der Oberfläche (keine Gleichverteilung) sondern es bilden sich feste Bereiche z.B. an Materialinhomogenitäten.
Diese Effekte führen zu einer Veränderung der Signatur der Korrosionsspannung.
Der SmartCet „lauscht“ diese Signatur und setzt die Stärke des Rauschsignals ins Verhältnis zur linearen Korrosion.
Fazit:
SmartCet benutzt eine Kombination aus 3 bekannten und bewährten Algorithmen zur Korrosionserkennung und kombiniert
diese zur „SmartCET®-Technologie“ zur Lochfraßerkennung und Bestimmung der Korrosionsrate.
- linearer Polarisationswiderstand LPR
- harmonische Verzerrungsanalyse HDA
- elektrochemische Rauschmessung ECN