Ein Potentiostat für die Korrosionsforschung regelt das Potential einer Metallprobe gegenüber einer Referenzelektrode und misst den Strom, der bei der Korrosion des Metalls fließt. Anhand dieses Stroms lässt sich die Korrosionsrate berechnen, feststellen, ob bei einem Metall Lochfraß auftreten kann, und verfolgen, wie sich eine Schutzschicht zersetzt.
Elektrochemische Tests liefern diese Antworten innerhalb weniger Stunden. Ein Salznebel-Test an derselben Beschichtung kann Monate dauern.
Auf dieser Seite werden die Betriebsverfahren eines Korrosionspotentiostaten, die für Korrosionsuntersuchungen relevanten Spezifikationen sowie die Eignung der Geräte von PalmSens für die jeweiligen Forschungszwecke erläutert.
Potentiostaten für die Korrosionsforschung
Drei „ PalmSens “-Konfigurationen decken den Bedarf der meisten Korrosionslabore ab: das EIS-Korrosionspaket für alltägliche Korrosionsprüfungen, das EIS-Plus-Korrosionspaket für Beschichtungen und Feldarbeiten sowie der MultiEmStat4 für die parallele Untersuchung vieler Proben. Beide Pakete enthalten eine Korrosionszelle, Kabel, die PSTrace-Software und das Korrosionshandbuch.
Warum Korrosion elektrochemisch gemessen wird
Korrosion ist meist ein elektrochemischer Prozess. An der Metalloberfläche löst eine anodische Reaktion das Metall auf, während eine kathodische Reaktion – wie beispielsweise die Sauerstoffreduktion – die freigesetzten Elektronen verbraucht. Beide Ströme sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, sodass eine korrodierende Probe für sich genommen keinen Nettostrom aufweist.
Ein Potentiostat macht diesen verborgenen Strom sichtbar. Er verschiebt die Probe geringfügig von ihrem Korrosionspotential weg und misst, wie der Strom darauf reagiert. Aus dieser Reaktion lassen sich der Korrosionsstrom und die Geschwindigkeit, mit der das Metall verloren geht, ableiten.
Das gleiche Prinzip wird zum Vergleich von Legierungen, zur Prüfung von Korrosionsinhibitoren und zur Bewertung von Beschichtungen verwendet, weshalb sich die Elektrochemie zu einer Standardmethode in der Korrosionsforschung entwickelt hat.
Die Techniken, die ein Korrosionspotentiostat benötigt, um zu funktionieren
Die Korrosionsforschung stützt sich auf eine kleine Anzahl von Verfahren. Jedes davon beantwortet eine andere Frage zum Metall oder zur Beschichtung, und ein Korrosionspotentiostat sollte alle diese Verfahren unterstützen.
| Verfahren | Was Sie daraus erfahren |
|---|---|
| Leerlaufpotential (OCP) | Das Korrosionspotential der Probe und ob es vor Beginn des Versuchs stabil ist |
| Lineare Polarisation (LPR) | Der Polarisationswiderstand, gemessen nahe dem Korrosionspotential, ohne die Probe zu beschädigen |
| Potentiodynamische Polarisation und Tafel-Diagramm | Korrosionsstrom, Tafel-Steigungen und Korrosionsrate |
| Zyklische Polarisation | Anfälligkeit für Lochfraß und die Fähigkeit des Metalls zur Repassivierung |
| Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) | Beschichtungswiderstand und -kapazität, Wasseraufnahme, Delaminierung und Abschätzung der Zeit bis zum Versagen |
| Nullwiderstands-Amperometrie (ZRA) | Der galvanische Strom zwischen zwei verschiedenen Metallen, die miteinander in Kontakt stehen |
Wichtige Spezifikationen für die Korrosionsforschung
Strombereich an beiden Enden. Ein blanker Stahlprobekörper in Säure kann Milliampere aufnehmen, während der Strom durch eine intakte Beschichtung im Nanoampere-Bereich oder darunter liegt. Ein Korrosionspotentiostat muss beides mit guter Auflösung messen können.
Maximalstrom. Große Proben, aggressive Elektrolyte und eine Polarisierung weit entfernt vom Korrosionspotential erhöhen den Strom. Bis zu 200 mA decken die meisten Korrosionsuntersuchungen im Labor ab.
Bei Korrosionsmessungen muss das Gerät den gesamten Messbereich abdecken: von Milliampere auf einem blanken Prüfkörper bis hin zu Nanoampere durch eine intakte Beschichtung.
EIS-Frequenzbereich. Das Beschichtungsverhalten zeigt sich bei niedrigen Frequenzen, oft im Millihertz-Bereich, daher ist der untere Frequenzbereich des Impedanzanalysators von größter Bedeutung. Alle Geräte auf dieser Seite reichen bis hinunter zu 10 µHz.
Trennung von der Masse. Für ZRA-Messungen und Proben, die mit der Masse verbunden sind, wie beispielsweise installierte Strukturen, ist ein Potentiostat erforderlich, der nicht auf dieselbe Masse bezogen ist. Eine galvanische Trennung oder ein batteriebetriebenes Gerät ohne Kabelverbindung zum PC löst dieses Problem.
Korrosionssoftware. Tafel-Analyse, Berechnung der Korrosionsrate und Anpassung des Ersatzschaltbildes sollten Teil der Software sein und nicht erst nachträglich in einer Tabellenkalkulation erfolgen. PSTrace verfügt hierfür über einen speziellen Korrosionsmodus.
Welches Gerät eignet sich für Ihre Korrosionsforschung?
Das EIS-Korrosionspaket basiert auf dem EmStat4S HR. Es unterstützt alle gängigen Korrosionsmessverfahren, darunter EIS bis zu 200 kHz und ZRA, liefert bis zu ±200 mA bei ±6 V und passt in Ihre Handfläche. Für Polarisationskurven ohne Impedanzmessung verwendet das Basis-Korrosionspaket dasselbe Gerät ohne das EIS-Modul.
Das EIS-Plus-Korrosionspaket enthält das PalmSens4. Sein Messbereich von ±10 V, Strombereiche bis hinunter zu 100 pA und EIS-Frequenzen bis zu 1 MHz eignen sich für die Beschichtungsforschung, und dank Akku und Bluetooth-Verbindung ist es die erste Wahl für Messungen vor Ort.
Der MultiEmStat4 betreibt 4, 8 oder 12 Kanäle parallel. Dies eignet sich für das Screening von Inhibitoren, Replikationsproben und lange Beschichtungstests, bei denen ein einzelner Kanal ein Experiment wochenlang verzögern würde. Für die ZRA ist eine galvanische Trennung pro Kanal verfügbar.
| Technische Daten | EIS-Korrosionspaket (EmStat4S HR) | EIS Plus-Korrosionspaket (PalmSens4) | MultiEmStat4 HR |
|---|---|---|---|
| Kanäle | 1 | 1 | 4, 8 oder 12 |
| Potentialbereich | ±6 V | ±10 V (oder ±5 V) | ±6 V |
| Maximalstrom | ±200 mA | ±30 mA (typisch) | ±200 mA pro Kanal |
| Strombereiche | 100 nA – 100 mA | 100 pA – 10 mA | 100 nA – 100 mA |
| EIS | 10 µHz – 200 kHz | 10 µHz – 1 MHz | 10 µHz – 200 kHz |
| ZRA | Ja | Ja | Ja, mit Option zur galvanischen Trennung |
| Stromversorgung | USB-C | USB oder interner Akku, Bluetooth | USB, Netzstromversorgung |
| Inklusive Korrosionszelle und Handbuch | Ja | Ja | Nein |
Technische Daten gemäß den Angaben auf den Produktseiten von PalmSens .
Beschichtungsbewertung innerhalb von 24 Stunden mit REAP
Viele Beschichtungen werden nach wie vor getestet, indem sie monatelang einem Salznebel ausgesetzt werden. Das Verfahren „Rapid Electrochemical Assessment of Paint“ (REAP) verkürzt diese Testdauer auf 24 Stunden.
REAP kombiniert EIS mit der kathodischen Ablösung an einer Reihe von Proben und extrapoliert das Langzeitverhalten auf eine geschätzte Zeit bis zum Versagen. Da die Methode auf mehreren Proben basiert, spart ein Mehrkanalgerät wie der MultiEmStat4 hier am meisten Zeit.
Korrosionsüberwachung außerhalb des Labors
Brücken, Rohrleitungen und Stahlbeton korrodieren an Ort und Stelle, nicht im Becherglas. Der PalmSens4 wird über seinen integrierten Akku betrieben und lässt sich über Bluetooth verbinden, sodass eine vollständige Korrosionsmessung vor Ort durchgeführt und auf dem Gerät gespeichert werden kann.
Für Festinstallationen, bei denen über Monate hinweg Messungen durchgeführt und die Ergebnisse aus der Ferne übermittelt werden müssen, entwickelt PalmSens spezielle Korrosionsmonitore auf Basis seiner OEM-Module wie dem EmStat Go und dem EmStat Pico.
Angebot anfordern
Die Korrosionspakete werden als Komplettset angeboten: Potentiostat, Korrosionszelle, Kabel, PSTrace-Software und das Korrosionshandbuch. Mehrkanalgeräte werden je nach Konfiguration angeboten, da die Anzahl der Kanäle, der Strombereich und Optionen wie EIS und galvanische Trennung den Preis beeinflussen.
Beschreiben Sie die Proben und die Verfahren, die Sie einsetzen möchten, dann wird das Angebot genau auf Ihre tatsächlichen Messanforderungen zugeschnitten sein.
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Häufig gestellte Fragen
Was misst ein Potentiostat bei Korrosionstests?
Er regelt das Potential der Metallprobe gegenüber einer Referenzelektrode und misst den daraus resultierenden Strom. Aus dem Strom im Bereich des Korrosionspotentials lassen sich der Korrosionsstrom und die Korrosionsrate berechnen.
Welche elektrochemischen Verfahren werden in der Korrosionsforschung eingesetzt?
Zu den gängigsten Verfahren zählen das Leerlaufpotential, die lineare Polarisation, die potentiodynamische Polarisation mit Tafel-Analyse, die zyklische Polarisation, die elektrochemische Impedanzspektroskopie und die Nullwiderstands-Amperometrie.
Wie viel Strom benötigt ein Korrosionspotentiostat?
Dies hängt von der Probenfläche und dem Elektrolyten ab. Bis zu 200 mA decken die meisten Korrosionsuntersuchungen im Labor ab, während Messungen an intakten Beschichtungen empfindliche Strombereiche im Nanoamperebereich oder darunter erfordern.
Benötige ich EIS für die Korrosionsforschung?
Bei blanken Metallen reichen Polarisationsmessungen oft aus. Bei Beschichtungen ist die EIS die wichtigste Methode, da sie den Beschichtungswiderstand, die Wasseraufnahme und die Ablösung aufzeigt, ohne die Probe zu beschädigen.
Warum benötigt die ZRA eine galvanische Trennung?
Ein Nullwiderstands-Amperemeter misst den Strom zwischen zwei elektrisch verbundenen Metallen. Das Gerät darf diesem Stromkreis keine eigene Erdungsverbindung hinzufügen, daher muss es potentialfrei sein.
Lässt sich Korrosion vor Ort messen?
Ja. Ein batteriebetriebener Potentiostat mit drahtloser Steuerung, wie beispielsweise der PalmSens4, führt Messungen vor Ort durch. Für die langfristige Fernüberwachung werden spezielle Korrosionsmonitore auf Basis von OEM-Potentiostat-Modulen aufgebaut.