Anodische Polarisationsmessung

In einem Elektrolyten finden auf einer metallisch leitenden Oberfläche bei Vorhandensein eines Stromes bzw. einer Spannung elektrochemische Vorgänge statt, die Aufschluss über den Zustand der Oberfläche (aktiv oder passiv) geben können. Bei der anodischen Polarisationsmessung wird ein Elektrolyttropfen zwischen Bauteiloberfläche und Gegenelektrode gebracht und eine Stromquelle zwischen Bauteil und Gegenelektrode geschaltet. Der Zeitverlauf der entstehenden Spannung und des dabei fließenden Stroms wird aufgenommen und dient als Grundlage zur Beurteilung des Oberflächenzustandes. Es werden zwei Verfahrensvarianten unterschieden: Die Zwei-Elektrodentechnik und die Drei-Elektrodentechnik

Zwei-Elektrodentechnik (linkes Bild)

Die Messzelle wird mit einem Elektrolyten (KOH oder KCI) befüllt. An der Spitze der Messzelle befindet sich ein Elektrolyttropfen, der mit dem als Arbeitselektrode geschalteten Bauteil in Kontakt gebracht wird. Der Elektrolyt schafft die Verbindung der Arbeitselektrode mit der Gegenelektrode. Dem System wird nun ein geringer, anodischer Strom (5 bis 25 µA) durch einen Präzisionsstromgeber aufgezwungen.

Das Messprinzip funktioniert nun folgendermaßen: Zu Anfang ist kein Strom angelegt und die K+- und OH--Ionen des Elektrolyten liegen wahllos verteilt vor. Durch Anlegen des Stroms werden die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode polarisiert. Hierbei wird die Arbeitselektrode zunehmend positiver und die Gegenelektrode zunehmend negativer. Der Widerstand der Bauteiloberfläche und die Spannung sind in der ersten Phase der Polarisierung klein. Jedoch bei zunehmender Polarisierung nehmen Widerstand und Spannung zu, bis ein konstanter Wert der Spannung zur Aufrechterhaltung des angelegten Stroms erreicht wird. Um den Strom konstant zu halten, muss also die Spannung reguliert werden. Je länger die Polarisierung dauert, desto leitfähiger ist die geprüfte Oberfläche. Mittels eines Multimeters mit einem XY-Schreiber beziehungsweise einem PC können die entstehenden Spannungs-Zeit-Verläufe aufgezeichnet werden. Wird der Widerstand zur Polarisation der Elektroden größer, lässt dies darauf schließen, dass die Bauteiloberfläche mit Verunreinigungen bedeckt ist.

Drei-Elektrodentechnik (rechtes Bild)

Bei der Drei-Elektrodentechnik enthält die Messzelle zwei Elektroden, eine Referenzelektrode (in der Regel eine gesättigte Kalomelelektrode) und eine Gegenelektrode (Platindraht). Das zu prüfende Bauteil wird als Arbeitselektrode geschaltet. Bei der Drei-Elektrodentechnik wird eine konstante Spannung aufgebracht um die Potentialdifferenz zu messen. Das Ergebnis sind Strom-Spannungs-Kurven oder auch Stromdichte-Potential-Kurven, mit deren Hilfe auf den Passivierungs-Zustand der geprüften Oberfläche geschlossen werden kann.