Dokument: Elektrochemische Prozesse an Eisenoberflächen bei extremen anodischen Stromdichten

Titel:Elektrochemische Prozesse an Eisenoberflächen bei extremen anodischen Stromdichten
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20050524-001111-9
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Deutsch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Rosenkranz, Christian [Autor]
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Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Gutachter]
Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter]
Stichwörter:Electrochemical Machining, ECM, Metallauflösung, Metallbearbeitung, Oberflächenveredelung, Nitrat, Eisen, Stahl, Korrosion, TranspassivitätElectrochemical Machining, ECM, metal dissolution, surface modifiation, nitrate, iron, steel, corrosion, transpassivity
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibung:Beim Electrochemical Machining (ECM) werden Metalle in wässrigen Salzlösungen unter Verwendung sehr hoher Stromdichten anodisch aufgelöst. In der Technik findet das ECM-Verfahren breite Anwendungsgebiete z.B. bei der Produktion von Turbinenblättern, Rasierern oder Einspritzdüsen.

In dieser Arbeit wurden Grundlagenuntersuchungen zur anodischen Auflösung von Eisen bei extremen anodischen Stromdichten in NaNO3 durchgeführt. Dafür wurde die im Institut vorhandene Mikrodurchflusszelle mit einer Präzisionspumpe und einem UV/VIS-Spektrometer erweitert, so dass eine kontinuierliche spektroskopische Analyse der entstehenden Produkte beim Electrochemical Machining ermöglicht wurde. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen der Produktzusammensetzung beim ECM von Eisen in NaNO3 bei technisch relevanten Stromdichten von bis zu 80 A/cm2 durchgeführt. Die Zeitauflösung der Produktanalyse konnte bei kurzen Strompulsen bis auf tpuls ³ 10 ms (bei 33 A/cm2) ausgedehnt werden, bei Pulsfolgen sogar bis auf tpuls ³ 3 ms (bei 33 A/cm2).

Die gleichzeitige Bildung von Fe3+ und Fe2+ bei der transpassiven Auflösung von Eisen in NaNO3-Elektrolyten wurde erstmals sicher nachgewiesen und daraus ein neues Modell entwickelt. Das Eisen ist auch bei hohen Stromdichten mit einer Oxidschicht bedeckt, auf der sich ein Polierfilm aus übersättigten Eisennitraten befindet. Im Polierfilm herrscht ein starker Wassermangel, so dass die Konzentration an freien Wassermolekülen praktisch Null ist und so die Sauerstoffentwicklung an der Anode unterdrückt wird. Aufgrund der extremen Bedingungen ändert die Oxidschicht auf der Eisenoberfläche mit der Ausbildung des Polierfilms ihre Stöchiometrie von Fe2O3 zu einer Zusammensetzung nahe Fe3O4, was sich auch in der Produktzusammensetzung widerspiegelt.

Durch die Verwendung kurzer Einzelpulse konnte die Entwicklung der Oberflächenstruktur auf der Anode zeitaufgelöst verfolgt werden. Der Aufbau des Polierfilms spiegelt sich deutlich im Anstieg der Stromausbeute der Eisenauflösung und der Produktzusammensetzung wider. Mit unterschiedlichen Pulsroutinen beim gepulsten ECM (PECM) wurde der Einfluss der unterschiedlichen Parameter Pulsdauer, Pulspause und Stromdichte auf den Prozess untersucht. Der Auf- und Abbau der Polierschicht sowie der Oxide auf der Anode haben dabei einen großen Einfluss auf die erhaltene Oberflächenqualität. Je nach Pulsroutine wird entweder eine polierte, eine aufgeraute weiße oder eine poröse schwarze Oberfläche erhalten. Kathodische Zwischenpulse beim PECM bewirken eine Reduktion der Oxide auf der Anode und steigern so die Stromausbeute deutlich. Aus den Ergebnissen wurde ein neues zeitaufgelöstes Modell für die Eisenoberfläche unter PECM-Bedingungen in NaNO3 entwickelt.

Mit Hilfe von EBSD-Messungen konnte die Auflösungsgeschwindigkeit beim ECM mit der kristallographischen Orientierung der einzelnen Körner korreliert werden. Die Auflösungsgeschwindigkeit steigt in der Reihenfolge {001} < {101} < {111] und damit mit der Oberflächenatomdichte der jeweiligen Orientierung an, wobei der Unterschied zwischen {001} und {101} ausgeprägter ist, als der zwischen {101} und {111}.
Lizenz:In Copyright
Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie
Dokument erstellt am:24.05.2005
Dateien geändert am:12.02.2007
Promotionsantrag am:28.04.2005
Datum der Promotion:28.04.2005
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