DD263829A1

DD263829A1 - Elektrochemische messzelle

Info

Publication number: DD263829A1
Application number: DD29207886A
Authority: DD
Inventors: Klaus Ibendorf; Waldemar Krysmann; Bernd Franzke; Albrecht Hinz; Werner Schroeter
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1989-01-11
Also published as: DD263829B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messzelle fuer die analytische elektrochemische Untersuchung metallischer und metalloider Festkoerper zur Bestimmung stofflicher und technisch-technologischer Kenngroessen. Die Messzelle besteht aus elektrisch nichtleitfaehigem, chemisch resistentem Werkstoff zur Aufnahme eines waessrigen Elektrolyten, wobei der Zellkoerper nur die Bezugs- und die Gegenelektrode eines 3-Elektrodensystems enthaelt. Die als Arbeitselektrode geschaltete Untersuchungsprobe befindet sich dagegen voellig ausserhalb der Zelle. Der Stoff- und Ladungstraegeraustausch erfolgt ueber eine bedingt permeable sensitive Wandung. Die Messzelle ist als Pruefstift handhabbar und ermoeglicht auf unkomplizierte Weise die Charakterisierung metallischer und metalloider Festkoerper unabhaengig von ihrer Groesse und Gestalt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Meßzelle für analytische elektrochemische Untersuchung metallischer und metalloider Festkörper zur Bestimmung stofflicher und technisch-technologischer Kenngrößen. Die Meßzelle ist beispielsweise in Forschungseinrichtungen, insbesondere Werkstofflaboratorien, des weiteren zur Qualitätskontrolle von Produkten der metallverarbeitenden Industrie sowie zur Überwachung korrosiv beanspruchter Reaktoren und Gefäßsysteme anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, metallische Werkstoffe vorwiegend im Rahmen von Untersuchungen zum Korrosionsverhalten elektrochemisch zu charakterisieren. Hierzu kommen zumeist Meßzellen zum Einsatz, in die das Untersuchungsmaterial als eingebettetes oder ummanteltes Probestück einzubringen ist. Das relativ große Elektrolytvolumen dieser Zellen erfordert eine Gasspüleinrichtung und macht entsprechend lange Spülzeiten notwendig. Des weiteren sind Meßzellen entwickelt worden, bei denen sich die Untersuchungsprobe teilweise außerhalb der Zelle befindet und die Probenoberfläche somit zu einem Teil dar Zellenwandung wird. Das erfordert jedoch eine geeignete Abdichtung des Meßbereiches, um ein Austreten von Elektrolytflüssigkeit zu verhindern.

In der DE-OS 2524512 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Prüfen von Werkstoffen bezüglich ihrer Beständigkeit gegen korrodierend wirkende fließfähige Medien beschrieben, die aus einem kreiszylindrischen Gefäß besteht. Das Gefäß besitzt eino Öffnung mit Dichtwulst zur Aufnahme der Probe und Spannorgane zur Gewährleistung der Dichtheit. Die in DE-OS 2654424 offengelegte Vorrichtung zum Prüfen anodisierter Oberflächen verfügt über eine Klemmzange mit zwei Backen, einen Dichtring zur Verhinderung des Ausfließens von Meßflüssigkeit und ein Vorratsgefäß mit beweglichem Kolben, aus dem die Elektrolytflüssigkeit in die Zelle gedrückt wird. Mit DD-WP 218185 A1 wird eine Durchflußmeßzelle beansprucht, die drehbar gelagert ist und einen Arbeitsspalt besitzt, über 'Jem eine prismatische Probe mittels Spannvorrichtung flüssigkeitsdicht fixiert wird.

Die genannten technischen Lösungen besitzen insbesondere deshalb Nachteile, weil sie stets bestimmt Anforderungen an die Geometrie der Untersuchungsprobe stellen und darüberhinaus bei einem Probenwechsel Maßnahmen zur Verhinderung des Auslaufens der ZeNe erforderlich machen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist us, eine einfach aufgebaute Meßzelle zu entwickeln, die es auf schnelle und unkompliziei te Weise unter Verwendung einer relativ geringen Elektrolytmenge ermöglicht, metallische und metalloide Festkörper unabhängig von ihrer Größe und Gestalt elektrochemisch zu charakterisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Meßzelle konstruktiv so zu gestalten, daß an metallischen und metalloiden Festkörpern beliebiger Größe und Gestalt analytische Untersuchungen zur Bestimmung stofflicher und technisch-.

technologischer Kenngrößen durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine vorteilhaft stabförmig gestaltete Meßzelle aus elektrisch nichtleitfähigem, chemische resistentem Werkstoff zur Aufnahme eines kleinen Volumens wäßriger Elektrolytlösung ohne Gasspüleinrichtung verwendet wird, wobei der als Rohr ausgebildete elektrolytgefüllte Zellenkörper nur die konzentrisch angeordnete Bezugselekrode und die Gegenelektrode eines 3-Elektrodensystems enthält. Die als Arbeitselektrode geschaltete Untersuchungsprobe hingegen befindet sich völlig außerhalb der Zelle. Der Stoff- und Ladungsträgeraustausch erfolgt über eine bedingt permeable sensitive Wandung, die die Zelle auslaufsicher verschließt und nur bei Berührung mit der Untersuchungsprobe deren Oberfläche in definierter Größe mit Elektrolytflüssigkeit benetzt.

Die sensitive Wandung ist stirnseilig angeordnet und zur Anpassung an die jeweilige Oberflächongeometrie der Probe als austauschbares, entsprechend der Meßaufgabe geformtes oder formbares Teil gestaltet. Sie besteht aus einem porösen nichtmetallisch-anorganischen oder organischen inerten Material, wie einer Glas- bzw. Keramikfritte, einem textlien bzw.

polymeren Gebilde oder anderen porösen Stoffen, dio starr oder schwammartig flexibel sind.

Die sensitive Wandung bildet zur Untersuchungsprobe eine Kontaktfläche, deren günstige Größe zwischen 6 und 200 mm² liegt.

Zweckmäßig ist, das poröse Material in ein stopfenartiges Rohrstück oder in ein versteiftes, plastisch formbares, insbesondere biegsames Schlauchstück zu fassen.

Der Zellenkörper ist mit einem griffelartigen Mantel umschlossen und die elektrische Kontaktierung der Untersuchungsprobe wird gleichzeitig mit dem Aufsetzen der Zelle auf die Meßfläche durch ein metallisches Federelement realisiert. Dadurch ist die Meßzelle als Prüfstift handhabbar, mit dem sich an jeder beliebigen Stelle einos Festkörpers elektrochemische Untersuchungen durchführen lassen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der elektrolytgefüllte Zellenkörper patronenartig in den Grirfei eingesetzt wird, um soauf einfache Weise einen Elektrolytwechsel vorzunehmen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für die elektrische Verbindung zu den peripheren Steuer-, Meß- und Registriergeräten ein flexibles Kabel zu verwenden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Allsführungsbeispiel näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrochemische Meßzelle. An der unteren Stirnseite des rohrförmig ausgebildeten, elektrolytgefüllten Glas-Zellenkörper 1 ist mittels Schliffverbindung die als bedingt pormeable sensitive Wandung fungierende Giasfritte 2 angebracht, die in ein stopfenförmig ausgebildetes Glas-Rohrstück 3 gefaßt ist. einen mittleren Porendurchmesser von 60μπΊ und eine Kontaktfläche von 100mm² besitzt, !n die gegenüberliegende Seite des Zellenkörpers ist die als Bezugselektrode verwendete handelsübliche gesättigte Kalomelelektrode 4 flüssigkeitsdicht eingeführt. Der Stromschlüssel der Bezugselektrode reicht bis unmittelbar an die Giasfritte heran. Die Platin-Gegenelektrode 5 ist ringförmig um den Stromschlüssel angeordnet. Der Zellenkörper ist mit einem zerlegbaren griffelartigen Mantel 6 umschlossen. Das Griffoberteil besteht aus PVC und das Unterteil ist aus korrosionsbeständigem Cr-INIi-Stahl gefertigt. Ebenfalls aus Cr-Ni-Stahl besteht das metallische Federelement 7, das als Schraubenfeder ausgeführt ist, eine stoffschlüssige Verbindung mit dem unteren Griffteil besitzt und den elektrischen Kontakt zu^r Arbeitselektrode 8 als Untersuchungsprobe herstellt. Der elektrische Anschluß der Bezugs-, Gegen- und Arbeitselektrode an die peripheren Steuer-, Meß- unri Registriergeräte wird über die Steckverbindungen 9,10 und 11 sowie über das 3-adrige flexible Kabel 12 realisiert.

Claims

1. Elektrochemische Meßzelle zur Untersuchung metallischer und metalloider Festkörper, bestehond aus elektrisch nichtleitfähigem, chemisch resistentem Werkstoff zur Verwendung wäßriger Elektrolyte, ausgelegt als 3-Elektrodensystem ohne Gasspüleinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß nur die Bezugselektrode (4) und die Gegenelektrode (5) im elaktrolytgefüllten Zel'enkörper (1) angeordnet sind, während sich die als Untersuchungsprobe geschaltete Arbeitselektrode (8) völlig außerhalb desselben befindet und der Stoff- und Ladungsträgeraustausch über eine bedingt permeable sensitive Wandung (2) erfolgt, welche die Zelle auslaufsicher verschließt und bei Berührung mit der Untersuchungsprobe deren Oberfläche mit Elektrolytflüssigkeit benetzt.

2. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die bedingt permeable sensitive Wandung (2) aus einem inerten, porösen nichtmetallisch-anorganischen oder organischen Material mit einer mittleren Porengröße zwischen 30 und 100μηη gefertigt ist.

3. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die bedingt permeable sensitive Wandung (2) zur Anpassung an die jeweilige Oberflächengeometrie der Untersuchungsprobe als geformtes oder formbares austauschbares Teil gestaltet, in ein als Stopfen ausgeführtes Rohrstück (3) eingelassen oder in ein plastisch formbares, insbesondere biegsames Schlauchstück gefaßt ist.

4. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die bedingt permeable sensitive Wandung (2) aus einer prismatischen Keramik- oder Glasfritte, einem natürlichen oder synthetischen Schwamm oder einem textlien Gebilde besteht und eine benetzte Meßfläche auf der Arbeitselektrode (8) zwischen 5 und 200 mm² bildet.

5. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Zellenkörper (1) als Rohr, das konzentrisch die Bezugselektrode (4) und die Gegenelektrode (5) sowie stirnseitig die bedingt permeable sensitive Wandung (2) aufnimmt, gestaltet und mit einem griffelartigen Mantel (6) umschlossen ist.

6. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrische Kontaktierung der Untersuchungsprobe als Arbeitselektrode (8) gleichzeitig mit dem Aufsetzen der Zelle auf die Meßfläche durch ein metallisches Federelement (7) realisiert wird.