Studium des Informationsgehaltes elektrochemischer Rauschsignale für die Sensorik von Korrosionsvorgängen

Eine systemangepasste Mess- und Regeltechnik ist die Basis jedes technischen Prozesses. Für jeden prozessbestimmenden Parameter benötigt man einen Sensor, der ein Messsignal liefert, welches zur Regelung der Prozessbedingungen verwendet werden kann. Während für die üblichen Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Durchfluss, Leitfähigkeit, pH-Wert, etc. geeignete Sensoren seit langem verfügbar sind und technisch eingesetzt werden, sind Sensoren, welche den aktuellen Korrosionszustand eines Anlagenwerkstoffs (Behälter, Rohrleitungen, Pumpen, Aggregate) anzeigen und zur Systemregelung geeignet sind, nicht oder nicht in verlässlicher Ausführung vorhanden. Für die Fälle, in denen die zu betrachtenden und überwachenden Korrosionsvorgänge elektrochemischer Natur sind (z.B. alle in wässrigen Medien ablaufenden Metallkorrosionsarten), kann man grundsätzlich elektrochemisch arbeitende Sensoren einsetzen, welche z.B. über den Polarisationswiderstand oder die elektrochemische Impedanz Informationen über die Korrosionsgeschwindigkeit von Werkstoffen geben. Auch sog. Widerstandssensoren, welche über die korrosionsbedingte Zunahme des Widerstands eines Messdrahtes durch korrosionsbedingter Abnahme des Querschnitts die aktuelle Korrosionssituation am Messdraht beschreiben, sind verfügbar und im technischen Einsatz. Der grundsätzliche Nachteil aller dieser Korrosionssensoren ist jedoch, dass mit ihnen allenfalls Aussagen über gleichförmig ablaufende Korrosionsabträge, nicht jedoch über einsetzende oder bereits stattfindende Lokalkorrosion (Lochkorrosion, Muldenkorrosion, Korrosion unter Ablagerungen oder in Spalten, etc.) erhalten werden. Dies ist ein wesentlicher Mangel, da Lokalkorrosion technisch besonders gefürchtet ist und häufig nicht, oder allenfalls zu spät durch andere Messtechniken und Maßnahmen festgestellt werden kann. Seit langem versucht man, die Methode des Elektrochemischen Rauschens (ECR) für die Korrosionssensorik einzusetzen, da sie grundsätzlich das Potential besitzt, über die Diagnostik der Rauschsignale nicht nur Informationen über gleichförmige, sondern auch über lokal ablaufende Korrosionsangriffe zu liefern. Allerdings waren bisher die Diagnosemethoden zu kompliziert und nicht zuverlässig genug, so dass eine Korrosionssensorik auf dem ECR-Prinzip bisher technisch nicht oder nur sporadisch für Testzwecke angewandt wird. Von einem Hersteller von schwer entflammbaren, wasserbasierten Hydraulikflüssigkeiten (HFA-Flüssigkeiten) für den Untertageabbau von Kohle wurde nun die Frage aufgeworfen, ob man mit dem im Arbeitskreis G. Schmitt entwickelten ECRDiagnoseverfahren, dem CoulCount-Verfahren [1], eine ECR-Sensorik entwickeln kann, mit dem im Sinne einer Qualitätssicherung eine untertägige Echtzeitüberwachung der HFA-Flüssigkeiten bezüglich deren Korrosionsschutzwirkung für die Hydraulikausrüstungen im untertägigen Schreitausbau realisiert werden kann. Dabei sollte das ECR-Korrosionsschutzmonitoring nicht nur für die Sicherung des Schutzes gegen gleichförmige Korrosion, sondern auch gegen Lokalkorrosion in Form von Spaltkorrosion und bimetallene Korrosion (früher: Kontaktkorrosion) anwendbar sein. Dabei sollte die ECR-Sensorik nicht nur Korrosionsschutzzustände anzeigen, sondern auch Signale liefern, welche regelungstechnisch verwendet werden können. Diese Forderungen stellten die Ausgangssituation der vorliegenden Arbeit dar. Ihr lag die Aufgabe zugrunde, eine ECR-Sensorik auf Basis des CoulCount-Verfahrens zu entwickeln, welche auf die anwendungstypischen Zustandsänderungen der Korrosionsschutzwirkung technisch eingesetzter HFA-Flüssigkeiten reagiert und gleichzeitig Signale liefert, welche regeltechnisch eine optimierende Nachregelung ermöglichen. Dabei sollte der Respons sowohl auf gleichförmige Korrosion als auch auf Lokalkorrosion wie Spaltkorrosion und bimetallene