Flüssigmetalle stellen eine zunehmend wichtiger werdende Gruppe von Wärmeträgern bzw. Reaktionsmedien in der Energietechnik dar. Aufgrund hervorragender thermischer Eigenschaften, bieten sie sich besonders dann an, wenn große Wärmemengen möglichst schnell abgeführt werden sollen. Für das Verhalten metallischer Werkstoffe gegenüber Flüssigmetallen können im Flüssigmetall gelöste Nichtmetalle, insbesondere Sauerstoff, von Bedeutung sein.
Folgende Untersuchungen zur Kompatibilität von Stählen mit Flüssigmetallen werden aktuell durchgeführt:
- Mechanismen und Kinetik der Korrosion von Stählen in strömendem sauerstoffhaltigen Blei-Bismut-Eutektikum (Pb45Bi) und Erstellung von Korrosionsmodellen,
- Zeitstand in ruhendem sauerstoffhaltigen Blei,
- Methoden und Instrumente zur Kontrolle des in flüssigen Bleilegierungen gelösten Sauerstoffs.
Flüssigmetallkreislauf CORRIDA
(Corrosion in Dynamic Lead Alloys)
Der CORRIDA-Loop ermöglicht Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Materialproben (Stählen) in strömendem Pb45Bi bei einer Temperatur im Bereich von 350 °C bis 550 °C. In Abhängigkeit von den Abmessungen der ausgelagerten Proben, ist eine Strömungsgeschwindigkeit an der Probenoberfläche von 2 m/s erreichbar. Der Sauerstoffgehalt der Bleilegierung wird über Austauschreaktionen mit einem sauerstoffhaltigen Gas eingestellt. CORRIDA ist für den Langzeitbetrieb ausgelegt, wobei Auslagerungen einzelner Proben von 20.000 h bereits realisiert worden sind. Die Gestaltung und Kapazität der Teststrecken erlaubt simultane Auslagerungen einer Reihe von Proben, z.B. bis zu 36 Stück bei der derzeitig verwendeten Probenlänge von 30 mm.
Kriechversuchsstand CRISLA
(Creep-to-Rupture in Stagnant Lead Alloys)
Der CRISLA-Versuchsstand besteht aus acht Lastrahmen mit integrierter Prüfkapsel für Untersuchungen zum Kriechverhalten metallischer Werkstoffe bei verschiedenen Lasten. Fünf Kapseln sind für Untersuchung in ruhendem Flüssigmetall (z.B. Blei oder Pb45Bi) bei Temperaturen bis 650 °C ausgerüstet. Der Sauerstoffgehalt des Flüssigmetalls wird über sauerstoffliefernde bzw. -absorbierende Gasgemische eingestellt. Zur Kontrolle des Sauerstoffgehaltes in diesen Prüfkapseln ist ein modulares Mess- und Regelsystem entwickelt worden. Die drei weiteren Prüfkapseln stehen für Referenzexperimente in ruhender Luft zur Verfügung.
Sauerstoffsensoren für den Einsatz in flüssigen Metallen
Zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in flüssigen Bleilegierungen werden nach dem Prinzip der Lambda-Sonde arbeitende Sauerstoffsensoren weiterentwickelt. Zwischen der Referenzelektrode des Sensors und dem Flüssigmetall stellt sich eine elektrische Spannung ein, die Auskunft über den Sauerstoffgehalt der Schmelze gibt. Als Feststoffelektrolyt kommt mit Yttrium stabilisiertes kubisches Zirconiumoxid zum Einsatz. Sämtliche Versuchsanlagen der Arbeitsgruppe sind mit solchen elektrochemischen Sensoren ausgerüstet.
Fragen zu diesen Themen richten Sie bitte an Dr. Carsten Schroer.
