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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Hochtemperaturkorrosion und -korrosionsschutz

Abteilung Korrosion

Die Forschungsprojekte der Abteilung „Hochtemperaturkorrosion und -korrosionsschutz“ des IEK-2 befassen sich mit Untersuchungen zum Verhalten metallischer Konstruktionswerkstoffe und Schutzschichtsysteme bei hohen Temperaturen in rein oxidierenden sowie in gemischten simulierten Betriebsgasen (z.B. oxidierend/aufkohlend, oxidierend/sulfidierend, etc). Dabei spielen die Entwicklung von (theoretischen) Modellen zur Beschreibung der Korrosionsprozesse, Lebensdauervorhersage sowie der Einsatz oberflächenanalytischer Verfahren in der Korrosionsforschung eine zentrale Rolle. Die Forschungsthemen orientieren sich an einer Vielzahl von praktischen Anwendungen, wie z.B. Werkstoffverhalten in fossil befeuerten Dampfkraftwerken und Gasturbinen, in Anlagen der chemischen Industrie und in oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen.

Das Hauptziel der Forschungsaktivitäten ist die Entwicklung neuer metallischer Konstruktionswerkstoffe und Schichtsysteme, sowie die Qualifizierung deren Korrosionsverhaltens bei isothermer und thermozyklischer Belastung in simulierten Betriebsatmosphären, wie z.B. Sauerstoff, Wasserdampf, Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Schwefeldioxid.

Werkstoffgruppen, welche zurzeit untersucht werden, sind martensitische / ferritische / austenitische Stähle und Nickelbasislegierungen für Anwendungen in Energieumwandlungsanlagen, sowie verschiedene Arten metallischer und keramischer Schichtsysteme. Untersuchungen an Legierungen vom Typ FeCrAl zielen auf Anwendungen in Heizelementen und Katalysatorträgern.

Die Forschungsprojekte befassen sich sowohl mit Grundlagenuntersuchungen (u.a. durch Einsatz von stabilen Tracern) zur Aufklärung von Korrosionsmechanismen, als auch mit Langzeitversuchen zur Ermittlung auslegungsrelevanter Daten.

Für eine quantitative Ermittlung des Korrosionsangriffs werden Ergebnisse aus thermogravimetrischen Messungen mit Daten aus umfangreichen mikrostrukturelen Charakterisierungen der Legierungen / Beschichtungen und der Korrosionsprodukte kombiniert. Hierfür steht eine Vielzahl an konventionellen Analysenmethoden, wie optische Lichtmikroskopie, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie (REM, TEM) und Röntgenfeinstrukturanalyse (XRD = x-ray diffraction), sowie eine Reihe von speziellen oberflächenanalytischen Verfahren, wie z.B. Sputtered Neutrals Mass Spectrometry (SNMS), Laser Raman-Spectroscopy (LRS) und Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES) zur Verfügung.

Die Arbeiten zur Modellierung von Korrosionsprozessen umfassen die Beschreibung der Wachstumsmechanismen von Deckschichten auf der Basis von Chrom- und Aluminiumoxid, oxidationsinduzierte Diffusionsprozesse und die Bildung bzw. Auflösung von Ausscheidungen in metallischen Substraten, sowie die Vorhersage der Lebensdauer von (dünnwandigen) Komponenten und Schichtsystemen.


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Thermozyklierung von Wärmedämmschichten

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