Electrochemical noise during non-stationary corrosion processes

Abstract

In the present work, electrochemical noise (EN) was measured in three different types of experimental set-ups in order to obtain and compare various types of corrosion. Simultaneously with EN measurements, a parallel technique was used, regarding the type of experimental set-up: a computer visualization system combined with optical microscopy, or measurements of mechanical changes. In order to distinguish between these corrosion types and to assess corrosion rate, the measured EN signals were analysed by two different techniques: spectral and statistical. On the basis of estimated significant spectral parameters (power spectral densities of current and voltage noise, spectral noise resistance) and statistical parameters (standard deviation, localisation index and noise resistance), the passive state, localized corrosion types and uniform corrosion can be recognized. However, by these parameters it is not possible to distinguish between certain localized corrosion processes: metastable pitting, initiation and growth of stable pits, stress-corrosion cracking. It was ascertained that these corrosion processes exhibit unstable nature, and consequently generated EN signals are usually non-stationary. Since stationarity is required for spectral and statistical analysis, the unstable nature of these processes was recognized as the main reason for unreliable results. It is believed that these types of signal analysis give poor information about corrosion processes which can be easily identified from EN signal itself: transient corrosion processes and transitions between different corrosion processes. Elektrochemisches Rauschen bei nicht-stationären Korrosionsprozessen In der hier vorgestellten Arbeit wurden elektrochemische Rauschmessungen an drei verschiedenen experimentellen Systemen mit dem Ziel durchgeführt, verschiedene Korrosionsformen bestimmen und vergleichen zu können. Parallel zu den elektrochemischen Rauschmessungen wurden mechanische Veränderungen erfasst, sowie mikroskopische Untersuchungen mit Hilfe rechnergestützter Visualisierung durchgeführt. Zur Bestimmung der Korrosionsart und der Korrosionsgeschwindigkeit wurden die gemessenen Rauschsignale mittels spektraler und statistischer Methoden analysiert. Anhand bestimmter Spektralparameter (Leistungsdichte des Strom- und Potentialrauschens, spektraler Rauschwiderstand) und statistischer Kenngrößen (Standardabweichung, Lokalisationsindex, Rauschwiderstand) konnte zwischen dem passiven Zustand, lokalen Korrosionsformen und aktiver Korrosion unterschieden werden. Jedoch können anhand dieser Parameter verschiedene lokale Korrosionsformen, wie z. B. metastabile Lochkorrosion, stabiles Lochwachstum oder Spannungsrisskorrosion nicht eindeutig voneinander unterschieden werden. Es wurde festgestellt, dass diese Korrosionsprozesse instabiler Natur und demnach auch die daraus resultierenden Rauschsignale nichtstationär sind. Darin liegt auch der Hauptgrund für die nicht zuverlässigen Ergebnisse, da für eine spektrale und statistische Analyse Stationarität der ablaufenden Prozesse erforderlich ist. Die Resultate führen zu der Schlussfolgerung, dass diese Formen der Signalanalyse nur dürftige Informationen über die ablaufenden Korrosionsprozesse liefern. Lediglich kurzlebige Korrosionsprozesse und der Übergang zwischen verschiedenen Korrosionsformen können somit identifiziert werden.