Widerstände analysieren: Elektrische Impedanz und was dahinter steckt

Widerstände analysieren: Elektrische Impedanz und was dahinter steckt

Neben der Möglichkeit, den Grad der Korrosion zu bestimmen, lassen sich durch eine Überwachung der Korrosion auch Metallermüdungen prognostizieren. Bei der Ermüdung eines Metalls bewegt sich dieses von elastischem hin zu unelastischem Verhalten, bei dem kleine Risse auftreten. Diese Risse sind neu, korrodieren jedoch relativ schnell. Die Geschwindigkeit, mit der weitere Risse entstehen oder Risse sich ausbreiten, gibt Aufschluss über den Grad der Metallermüdung. Eine Methode zur frühzeitigen Erkennung von Korrosion, speziell in schwer zugänglichen Bereichen, die nicht über eine Sichtkontrolle geprüft werden können, besteht in der Verhinderung oder Verzögerung beginnender Korrosion. Diese Methode kann auch verwendet werden, um unter praktischen Bedingungen verschiedene Schutzschichten zu evaluieren.

Ein äquivalentes elektrisches Modell des Korrosionsprozesses wird ausgehend von den physikalischen Eigenschaften und den Eigenschaften der elektrochemischen Prozesse realisiert, welche während der Korrosion entstehen. Ein üblicher äquivalenter Schaltkreis zur Überwachung der Korrosion besteht aus einem Widerstand R_s in Serie mit einem Widerstand R_p und einem Kondensator C_c.

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In Modell A (Bild 3) bildet der Widerstand R_s die Lösung nach, in der sich das Metall befindet. Der Kondensator C_c bildet die Schutzschicht oder die Farbe auf dem Metall nach. Dies repräsentiert die Kapazität des ursprünglichen Überzugs. Nach einer gewissen Zeit dringt Wasser in die Schutzschicht ein und bildet eine neue Flüssigkeits/Metall-Schnittstelle. Bei der Korrodierung des Metalls werden zwischen Schutzschicht und Metall Pfade gebildet, die Ionen transportieren. Dies wird nachgebildet durch R_? parallel zu C_c. Einige Modelle haben (Modell B) eine zusätzliche R/C-Kombination parallel und in Serie zu R_?, um die Delaminierung der Schutzschicht vom Metall über die Zeit nachzubilden.

Der Widerstand oder die Leitfähigkeit der Lösung, in der sich das Metall befindet, ist normalerweise bekannt, so dass R_s ermittelt werden kann. Der Wert von C_p ist ebenfalls verfügbar, da er aus der dielektrischen Konstante der Schutzschicht (normalerweise vom Hersteller angegeben) und der Fläche, die er bedeckt, berechnet werden kann. Die Technik verlangt dann die Auflösung der Gleichung nach R_?, um den Grad der Korrosion zu bestimmen. Dies wird normalerweise mit einem so genannten Curve-Fitting-Algorithmus erreicht, um die beste Übereinstimmung mit den gemessenen Impedanzprofildaten zu erhalten. Die Verwendung von Bode-Diagrammen ist ebenfalls üblich, um das Verhalten des Sensors zur Messung der Korrosion hinsichtlich seiner Impedanz und des Phasenverlaufs über die Frequenz zu untersuchen.

Die Impedanz-Spektroskopie ist nicht nur auf Korrosionsanalysen beschränkt, sondern kann auch zur Charakterisierung vieler elektrochemischer Systeme verwendet werden. Zum Beispiel kann sie verwendet werden, um die Leistung von Brennstoffzellen zu optimieren und den Zustand von Batterien zu ermitteln. Auch die Konzentration von Materialien in einer Flüssigkeit oder die elektrochemische Leistung eines Materials lassen sich mit der Impedanz-Spektroskopie untersuchen.

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