Chapel-Verfahren



Verfahren zur direkten Wasserstoffbestimmung in Aluminiumschmelzen. Über einen porösen Grafitstempel, der durch ein gasdichtes Keramikrohr mit einem Druckmessgerät verbunden ist, findet eine direkte Messung des Wasserstoffpartialdruckes in der Schmelze statt. Der eingetauchte und kurzzeitig evakuierte Grafitstempel verhält sich wie eine künstliche "Blase", in die der Wasserstoff der Schmelze hinein diffundiert, bis der Druck in der Sonde und der Wasserstoffpartialdruck in der Schmelze gleich groß sind. Ist der Gleichgewichtszustand erreicht, so kann der Wasserstoffgehalt der Schmelze bei gleichbleibender Temperaturmessung mit Hilfe des Sievertschen Partialdampfdruckgesetzes nach Glg. 1 berechnet werden:

Glg. 1:
log C_H = 0,5 cdot log p_H_2-frac{A}{B}+B

CH     = Konzentration des in Aluminium gelösten Wasserstoffs in ml/100 g
pH2    = Partialdampfdruck des ausgeschiedenen Wasserstoffs in mbar
T        = Temperatur in K
A, B    = Sieverts Konstanten, abhängig von der Legierungszusammensetzung

Da sich der Wasserstoff als einziges Gas in hohen Größenordnungen in Aluminiumschmelzen löst, ist der gemessene Gesamtdruck in der Messsonde gleich dem Wasserstoffpartialdruck. Die Diffusion des Wasserstoffs aus der Schmelze in die Sonde verläuft sehr langsam. Durch gezielte Dotierungen der Messsonde mit Wasserstoff lassen sich die Einstellzeiten des Gleichgewichtes auf wenige Minuten verkürzen.

Da bei dieser direkten Bestimmung des Wasserstoffgehaltes in der Schmelze generell eine Probenahme entfällt, eignen sich diese zuverlässigen Verfahren bestens zur genauen Wasserstoffkontrolle aller Aluminiumlegierungen im Schmelzezustand. Das Chapel-Verfahren eignet sich sowohl zur individuellen Messung als auch zur kontinuierlichen Langzeitüberwachung des Wasserstoffgehaltes der Schmelze.

Mit seinen geringen Abmessungen einem geringen Gewicht ist ein Chapel-portable-Gerät (Bild 1, Technische Daten siehe Tabelle 1) sehr handlich, findet überall Platz und ist problemlos tragbar. Die Handhabung ist denkbar einfach, da sie nur über die Start-Taste erfolgt. Für eine Legierungsmessung sind keine weiteren Einstellungen erforderlich. Die Longlife-Sonde hat aufgrund ihres Materials eine ausgezeichnete Temperaturschockbeständigkeit, wodurch kein Vorwärmen der Sonde erforderlich wird (Bild 2). Zudem erhöht sich damit die Lebensdauer der Sonde auf mehrere Monate. Der eingebaute Drucker protokolliert die Messwerte entweder einzeln oder auch kontinuierlich (pro Sekunde ein Messwert). Das Gerät kann menügesteuert betrieben werden: Mit der Auswahl der Oberfläche "Einstellungen" können Parameter vorgegeben und optimiert werden bzw. spezielle Legierungseinstellungen und die Druckerfunktionen angewählt werden. Im Menü "Messen" erfolgt die Bedienung mittels nur einer Taste durch den Anwender und die Durchführung von Einzelmessungen sowie die Darstellung von Tendenzanzeigen.

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