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Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien

Praktikum 8: Korrosion Bitte breiten Sie sich auf das Praktikum vor, indem Sie sich mit dem Thema Korrosion beschäftigen. Sie sollten dazu folgende Fragen verstehen und begründet beantworten können. Das Praktikum 8 und die dazugehörigen Fragen beziehen sich auf die Inhalte der IV Werkstoffkunde. Sie können zur weiteren Vorbereitung auch folgende Literatur und Links nutzen:    

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Bergmann 1, 7. Aufl., S. 181ff. „Korrosionsverhalten“ Bargel, 11. Aufl., S. 66ff. „Korrosion“ DoITPoMS - TLP Library Kinetics of Aqueous Corrosion: https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/aqueous_corrosion/index.php TIB AV-Portal – Was passiert an den Elektroden? Elektrolyse und galvanische Zellen: https://av.tib.eu/media/15232 DoITPoMS - TLP Library The Nernst Equation and Pourbaix Diagrams: https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/pourbaix/index.php

Zur Teilnahme am Praktikum ist es Voraussetzung, dass Sie sich mit dem Thema Korrosion beschäftigen und die folgenden Fragen verstanden haben und beantworten können. Dies wird zu Beginn des Praktikums überprüft. 1. Was sind Ionen? Erläutern Sie beide Arten. 2. Was wird unter dem Begriff Elektrolyt verstanden? 3. Was ist die Standardwasserstoffelektrode (SHE)? Erläutern Sie worum es sich bei Standardbedingungen handelt. 4. Was beschreibt die elektrochemische Spannungsreihe in Bezug auf die Standard-elektrodenpotentiale von Metallen? 5. Nennen sie die drei Bedingungen für elektrochemische Korrosion. 6. Beschreiben Sie die an der Anode ablaufenden Korrosionsvorgänge. 7. Bestimmen Sie die chemischen Reaktionsgleichungen einer galvanischen Zelle

am

Beispiel

des

Daniell-Elements

und

berechnen

Sie

die

𝟎 𝟎 Potentialdifferenz. (Anmerkung: 𝐄𝟎 = 𝐄𝐊𝐚𝐭𝐡𝐨𝐝𝐞 − 𝐄𝐀𝐧𝐨𝐝𝐞 )

8. Welche Aussage kann mit der Nernst’schen Gleichung getroffen werden?

9. Erklären Sie die in der Abbildung gegebenen Stromdichtepotentialkurven.

Werkstoffkunde – Praktikum 8 – Nur für den Praktikumsgebrauch

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10.Zeichnen Sie die resultierende Nettostromdichtekurve der Halbzellen ein und bestimmen Sie dessen Korrosionsstromdichte/Austauschstromdichte 11.Nennen Sie zwei unterschiedliche Typen der elektrochemischen Korrosion. Worin unterscheiden sie sich? 12.Eine Eisenschraube soll vor Korrosion geschützt werden. Entscheiden Sie begründet, ob eine Zinn- oder eine Zink-Schicht dazu verwendet werden sollte. Zusatzfragen: Die folgenden Fragen müssen Sie nicht vor dem PR beantworten können bzw. müssen nicht Teil Ihres Eintrittskartentextes sein. Sie können die Fragen aber gerne für Ihre Vorbereitung nutzen. 13.Welche Maßnahme (außer anodischem Schutz) ist für den Korrosionsschutz von Rohleitungen praxisrelevant? Erklären Sie kurz die Funktionsweise. 14.Was ist ein Indikator? Beschreiben Sie kurz den Nutzen von Phenolphtalein in der Analytik.

Werkstoffkunde – Praktikum 8 – Nur für den Praktikumsgebrauch

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Aufgabenstellung für das Praktikum Nach der Gruppeneinteilung erarbeiten Sie in 20 min eine Station. Hierbei sind einige Stationen in Teilstationen unterteilt. Verwenden Sie alle zur Verfügung gestellten Materialien und informieren Sie sich gegebenenfalls mit weiteren Quellen. Im Anschluss an die Stationsarbeit folgt eine Präsentationsphase. Jede Gruppe erhält 5 min Zeit, um ihre Stationsarbeit zu erläutern und die Ergebnisse zu präsentieren, dabei soll jeweils auf die Korrosionsbedingungen und die jeweiligen Reaktionen eingegangen werden. Aufgabenstellungen der Stationen: 1.1 Beschreiben Sie Korrosionsprozesse anhand der Anschauungsbeispiele. Nennen Sie dazu die drei Korrosionsbedingungen und überlegen Sie sich Gegenmaßnahmen. 1.2 Beträufeln Sie je ein unedleres und edleres Blech unter Zuhilfenahme einer Pipette mit der bereitgestellten, salzhaltigen Indikatorlösung und lassen Sie diese mindestens 5 min einwirken. Ermitteln Sie den anodischen und kathodischen Bereich und erläutern Sie, warum Korrosion stattfinden kann. 2.1 Innerhalb eines Indikatormediums bilden sich bei den ausliegenden Nagelproben an unterschiedlichen Stellen anodische Bereiche aus. Beschreiben Sie, warum trotz des gleichen Materials unterschiedliche Korrosionsprozesse stattfinden können. 2.2 Welcher Schutzmechanismus liegt im Anschauungsbeispiel vor. An welchen Stellen finden der Materialabtrag, die anodische und die kathodische Teilreaktion statt und welchen Einfluss hat dabei die Konzentration der NaClLösung 3.1 Notieren und begründen Sie Ihre Beobachtungen beim Eintauchen der Kupferund Zinkbleche in die bereitgestellte Kupfersulfat- und Zinksulfatlösung in allen möglichen Kombinationsvarianten (Bitte mischen Sie die Lösungen nicht!). 3.2 Stellen Sie anhand von mindestens vier der bereitgestellten Proben unterschiedlicher Werkstoffe mithilfe eines Multimeters eine eigene Spannungsreihe auf. Verwenden Sie dazu 1% NaCl-Lösung als Elektrolyt und halten Sie Ihre Ergebnisse tabellarisch fest. Prognostizieren Sie anschließend anhand Ihrer Ergebnisse, das Potential einer nicht gemessenen Werkstoffkombination. Begründen Sie, weshalb die elektrochemische eigenständig zur Korrosionsprognose dienen kann.

Spannungsreihe

nicht

Hinweis: Achten Sie beim Messen auf die Polaritäten und beachten Sie, dass die Messklemmen keinen Kontakt zum Elektrolyt haben dürfen!

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Nehmen Sie mit einer Kalomelelektrode und einem Potensiostat Stromdichtepotentialkurven unterschiedlicher Legierungen auf. Interpretieren Sie die Messungen, indem Sie die Bereiche der Reduktion und der Oxidation der Stromdichtepotentialkurve zuordnen und geben Sie gegebenenfalls Passivbereiche an.

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