Externe Überprüfung von Prüfgeräten für die Salzsprühnebelprüfung anhand der Korrosivität von Prüfnormalen

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1 Ergebnisbericht. Externe Überprüfung von Prüfgeräten für die Salzsprühnebelprüfung anhand der Korrosivität von Prüfnormalen Bildmaterial: Gebrauchsnormale nach der Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227-NSS (Quelle TÜV Rheinland KompetenzZentrum Oberflächentechnik) Durchführende Stelle TÜV Rheinland Akademie GmbH Tillystr Nürnberg Dr. Wolfgang Kießling Leiter KompetenzZentrum Oberflächentechnik wolfgang.kiessling@de.tuv.com T ; F Prüfnorm DIN EN ISO 9227:2012 [1] Prüfklima Neutrale Salzsprühnebelprüfung (NSS) Berichtszeitraum 2015 Stand der Auswertung Seite 1 von 8

2 1 Einleitung. Das KompetenzZentrum Oberflächentechnik der TÜV Rheinland Akademie führt als Prüfdienstleistung externe Überprüfungen von Korrosionsprüfkammern anhand der Korrosivität durch [2]. Abhängig von den Ergebnissen erhält der Teilnehmer (das teilnehmende Prüflabor) einen Prüfbericht, aus dem hervorgeht, inwieweit seine Kammer den Anforderungen der zugrunde liegenden Norm entspricht. Die dabei anfallenden Daten der Teilnehmer lassen sich analog Ringversuchen auswerten, da hierzu viele Voraussetzungen (wie z. B. definiertes und vergleichbares Probenmaterial) gegeben sind. Mit Hilfe der Kenngrößen des Ringversuches lässt sich die Leistungsfähigkeit der teilnehmenden Laboratorien einstufen, was zusätzlich Vertrauen bei ihren Kunden schafft. Die Leistungsfähigkeit der Prüfverfahren kann überprüft und Unterschiede in der Qualität zwischen den Laboratorien können erkannt werden. 2 Normgrundlagen. Mit der vorliegenden Norm DIN EN ISO 9227-NSS wird die Durchführung eines Verfahrens beschrieben, Prüfmuster einem Salzsprühnebel unter definierten Bedingungen auszusetzen. Mit Hilfe von Salzsprühnebelprüfungen lassen sich Erkenntnisse über die Qualität eines metallischen Werkstoffes, mit oder ohne Korrosionsschutz, gewinnen. Bei der Norm liegt die Durchführung des Verfahrens im Vordergrund, für die Bewertung der Ergebnisse wird auf entsprechende Normen verwiesen. Eine wichtige Kontrolle der normgerechten Funktion der verwendeten Prüfkammer ist die Ermittlung der Korrosivität anhand von Prüfnormalen. Das Einhalten der Toleranz ist Voraussetzung, um Prüfergebnisse, die in verschiedenen Prüfkammern (und Laboratorien) erhalten wurden, vergleichen zu können. 3 Durchführung der Funktionsprüfung. Die Durchführung der Funktionsprüfung erfolgt analog DIN EN ISO 9227, Abschnitt Gebrauchsnormale Das Prüfmaterial besteht aus kalt gewalztem Stahlblech (in den Abmaßen fertig geliefert von einem definierten Hersteller), eine Qualifizierung erfolgt chargenweise und besitzt die folgende Spezifikation: Maße: 150 mm x 70 mm x 1±0,2 mm Stahl: CR4 nach ISO 3574 Rauheit: Ra = 0,8 μm ± 0,3 μm 3.2 Probenvorbereitung (TÜV Rheinland) Reinigung: in Petroleum-Benzin, Trocknen, Kennzeichnen Masse auf ±1 mg wiegen Eine Seite mit einer entfernbaren Schutzfolie schützen Verpacken einzeln in PE-Folientüten, luftdicht verschließen, Transport zum Teilnehmer Von den Gebrauchsnormalen werden je 4 Stück an das teilnehmende Laboratorium zur Beanspruchung in der zu prüfenden Kammer geschickt. Seite 2 von 8

3 3.3 Korrosionsbeanspruchung (teilnehmendes Laboratorium) Positionierung: in vier Quadranten in dem Bereich der Kammer, in dem die zu prüfenden Proben untergebracht werden Winkel: 20±5 zur Senkrechten, ungeschützte Stelle nach oben Korrosions-Beaufschlagung: 48 Stunden (NSS) Sorgfältiges Trocknen und Verpacken, Rücktransport zu TÜV Rheinland 3.4 Bestimmung des Korrosionsabtrages (TÜV Rheinland) Entfernen der Schutzfolie, anschließend der Korrosionsprodukte mit inhibierter Salzsäure (50 % (Volumenanteil) HCl (ρ20 =1,18g/ml ) + 3,5 g/l Hexamethylentetramin) Reinigen und Trocknen, Masse auf ±1 mg wiegen 4 Bewertung der Funktionsprüfung. Das Prüfgerät arbeitet zufriedenstellend, wenn der Masseverlust nach der in Abschnitt 3 beschriebenen Korrosionsbeanspruchung jedes Gebrauchsnormals (70 ± 20) g/m 2 beträgt. 5 Teilnehmer Im Zeitraum des Jahres 2015 wurden 182 Sätze (1 Satz = 4 St.) Gebrauchsnormale an 61 nationale und internationale Teilnehmer, die teilweise mit mehreren Kammern und Standorten teilnahmen, versendet. Davon erhielt TÜV Rheinland bis zum Sätze zur Abtragsbestimmung zurück, von denen 1 Satz aus der Bewertung herausgenommen wurde. Somit verbleiben 147 Ergebnisse (in den folgenden Auswertungen als 147 Teilnehmer bezeichnet), die im nachfolgenden dargestellt werden. 6 Ergebnisse 6.1 Labormittelwerte und Spannweiten Abbildung 1 zeigt die Labormittelwerte x i in aufsteigender Reihenfolge, die Laborstandardabweichung w i aus den n-einzelergebnissen (n = 4) der Teilnehmer i und die jeweiligen Min.-Max.-Werte als Boxplot. Bei 38 Teilnehmern befindet sich mindestens ein Einzelwert oberhalb der oberen Toleranzgrenze von 90 g/m² und bei einem Teilnehmer mindestens ein Einzelergebnis unterhalb der unteren Toleranzgrenze von 70 g/m². Somit arbeitete die Kammer von 40 (der eliminierte Teilnehmer eingeschlossen) der 148 Teilnehmer nicht zufriedenstellend nach DIN EN ISO 9227 Abschnitt 5.2. Dies entspricht einem Anteil von 27 %. Seite 3 von 8

4 Abb. 1: Labormittelwerte x i in aufsteigender Reihenfolge Seite 4 von 8

5 6.2 Histogramm In Abbildung 2 ist die Häufigkeitsdichte h(x) der Labormittelwerte in Abhängigkeit von der Abtragsrate in Histogrammform dargestellt. Die Anzahl der Klassen k wurde nach der Faustregel k = I gewählt, wobei I die Anzahl der Teilnehmer ist. Abb. 3: Ergebnisse der Funktionsprüfung 2015, Histogramm der Labormittelwerte, Anzahl der Klassen Die Häufigkeitsdichten nehmen nach links steiler ab als nach rechts, d. h. die Verteilung ist nicht symmetrisch, sondern schief, genauer: linkssteil oder rechtsschief. Somit handelt es sich bei der Verteilung der Abtragswerte eher um eine logarithmischen Normalverteilung oder Weibullverteilung (grüne Kurve) als um eine symmetrische Normalverteilung. 6.3 Auswertung der Ergebnisse analog eines Ringversuches Um Ringversuchskennwerte zu erhalten, wurden die Ergebnisse nach robusten Auswertemethoden nach DIN ISO [1] und DIN ISO [2] mit einem Tabellenkalkulationsprogramm [5] berechnet. Die Auswertemethoden bezeichnet man als deswegen robust, weil errechnete Kennwerte, wie z. B. Mittelwert, Wiederhol- und Vergleichstandardabweichung, nicht von Ausreißerwerten beeinflusst werden. Eine Normalverteilung ist für diese Auswertemethoden nicht Voraussetzung. Die Kenngrößen werden nach den folgenden (vereinfachten) Gleichungen berechnet: Robuster Mittelwert X X = ISO 5725, Algorithmus A Gl. 2 Seite 5 von 8

6 Wiederholstandardabweichung Sr S r = ISO 5725, Algorithmus S Gl. 3 Standardabweichung der Teilnehmermittelwerte S D S D = ISO 5725, Algorithmus A Gl. 4 Standardabweichung zwischen den Teilnehmern (Labors) S L S L = S D 2 ( S r 2 n ) Gl. 5 Vergleichstandardabweichung S R für das Merkmalsniveau zur Eignungsbeurteilung S R = S L 2 + S r 2 Gl. 6 z-wert (z-score) zur Eignungsbeurteilung eines Teilnehmers (Labors) i z i = (x i X) S R Gl. 7 wobei x i Mittelwert der Ergebnisse des Teilnehmers (Labors) i X robuster Mittelwert nach Algorithmus A Somit kann die Qualität der Ergebnisse (Lage der Labormittelwerte) anhand der z-werte anhand von Tabelle 1 bewertet werden. Z-Werte z 2 o. K. Ergebnis zufriedenstellend 2 < z < 3 Warnsignal Ergebnis fraglich 3 z Eingriffsignal Ergebnis unzureichend Tabelle 1: Bewertung der z-werte Abbildung 4 zeigt die aus den Abweichungen der Labormittelwerte zum Gesamtmittelwert im Verhältnis zur Vergleichstandardabweichung errechneten z-werte (Gleichung 7). Bei vielen Ringversuchen werden Teilnehmer mit z > 2 als Ausreißer gewertet. Hier ist es immer ratsam, das angewandte Prüfverfahren zu überprüfen. Im Jahr 2015 lagen insgesamt 20 Teilnehmer bei z-werten z > 2. Davon hatten 19 Teilnehmer Werte von z>2 und 1 Teilnehmer lag bei z<-2. Seite 6 von 8

7 Abb. 4: Ergebnisse der Funktionsprüfung 2015, Darstellung der z-werte (z-scores) Seite 7 von 8

8 Tabelle 2 zeigt eine Zusammenfassung der Kenngrößen, die aus der Auswertungen der Funktionsprüfung 2015 von TÜV Rheinland erhalten wurden. Folgendes ist festzustellen: Eine deutlich höhere Anzahl Ausreißer befindet sich über der oberen (z>2) als unter der unteren Toleranzgrenze (z<-2), Mittelwert um 80 g/m² (deutlich höher als Normvorgabe), die Wiederholstandardabweichung liegt bei etwa 3 g/m² und die Vergleichstandardabweichung bei etwa 12,5 g/m². Die Toleranzgrenze bezogen auf die ±2 fache Vergleichstandardabweichung liegt zwischen 55 g/m² und 105 g/m². Das Toleranzband ist somit etwas höher und etwas breiter als in der Normvorgabe (50 bis 90 g/m²). Kenngrößen nach ISO bzw. ISO (Alg. A+S), berechnet mit [5] Jahr der Auswertung 2015 Anzahl Teilnehmer 148 Anzahl der Teilnehmer nach Bereinigung I 147 Werte zufriedenstellend ( z 2) 127 Ausreißer obere Toleranzgrenze (z > 2) 19 Ausreißer untere Toleranzgrenze (z< -2) 1 Robuster Mittelwert [g/m²] X 80,3 Wiederholstandardabweichung [g/m²] S r 3,27 Vergleichstandardabweichung [g/m²] S R 12,56 Untere Toleranzgrenze [g/m²] X-2S R 55 Obere Toleranzgrenze [g/m²] X+2S R 105 Tabelle 2: Übersicht von Kennwerten der Funktionsprüfung 2015 Literaturverzeichnis [1] DIN EN ISO 9227:2012, Korrosionsprüfungen in künstlichen Atmosphären - Salzsprühnebelprüfungen. [2] J. Unruh und N. Distelrath, Qualitätsnachweis Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit von Salzsprühnebelprüfungen, Jahrbuch Oberflächentechnik 2005, Bd. 61, pp [3] DIN ISO 13528:2005, Statistische Verfahren für Eignungsprüfungen durch Ringversuche. [4] DIN ISO :2002, Genauigkeit (Richtigkeit und Präzision) von Messverfahren und Messergebnissen. [5] Lars Alpers, LA-Tools, LA-Tool_Ringversuchsauswertung.xls, Dateneingabe modifiziert, Seite 8 von 8