Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Projekt 7: Hochtemperaturstabilität unter harschen Bedingungen – Heißgaskorrosion von Refraktärmetall-Siliziden

Industrielle Hochtemperatur-Umgebungen zeichnen sich meist durch eine Mischung verschiedener reaktiver Spezies aus, was zu sehr komplexen Korrosionsangriffen führen kann. Zu einem besonders starken Korrosionsangriff kann es bei der Ablagerung von Salzen auf Bauteilen kommen. Diese Ablagerungen bilden sich in der Regel bei Verbrennungsprozessen aus Verunreinigungen in der Luft und des Brennstoffes. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die Elemente Sauerstoff, Schwefel, Calcium und Natrium, welche zur Bildung von Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid sowie Sulfaten führen können. Die Ablagerung von Salzen wie Sulfaten führt zu einem Korrosionsprozess, welcher als Heißgaskorrosion bezeichnet wird. Abhängig von dem Temperaturbereich und der Art der auftretenden Schädigung wird hierbei zwischen Typ I (Hochtemperatur-Heißgaskorrosion) und Typ II (Niedertemperatur-Heißgaskorrosion) unterschieden. Diese Mechanismen sind an Silica-Bildnern bisher kaum untersucht worden. Allgemein wurde angenommen, dass SiO2-Schichten das darunterliegende Material vor einem Heißgaskorrosions-Angriff schützen. Im Gegensatz dazu steht der experimentelle Fund, dass schützende auf SiC gebildete Oxidschichten in Gegenwart von Natriumsulfat zu großen Mengen nicht schützendem SiO2 sowie Natriumsilikat reagieren.

In Teilprojekt 7 soll die Korrosion von Mo-Si-Ti-(B) systematisch untersucht werden, um ein tiefergehendes Verständnis für die zugrundeliegenden Mechanismen zu entwickeln. Dazu werden refraktäre Grundmaterialien mit und ohne Salzablagerungen in kontrollierten SO2-haltigen Atmosphären ausgelagert. Als Salzablagerungen werden dafür Na2SO4 und CaSO4/CaO verwendet. Aufbauend darauf werden Schutzschichtkonzepte wie das Aufbringen von polymerabgeleiteten keramischen Nanokompositen (engl.: polymer-derived ceramic nanocomposites (PDC-NCs)) als EBCs (Environmental Barrier Coatings) untersucht. Mit den neu gewonnenen Erkenntnissen soll es möglich sein, das Korrosionsverhalten der Systeme durch geeignete Beschichtungen zu verbessern.

Dies geschieht in Kooperation mit anderen Teilprojekten; die Grundmaterialien werden von den Projekten 2 (PDC-NCs) und 8 (Legierungen) zur Verfügung gestellt. Die aus den Korrosionsexperimenten erhaltenen Ergebnisse sollen wiederum zur weiteren Verbesserung der Materialien genutzt werden. Die entstehenden Korrosionsangriffe sollen in Zusammenarbeit mit Projekt 3 mikrostrukturell (mittels TEM und APT) charakterisiert werden. Die Ergebnisse der Heißgaskorrosion vervollständigen die in Projekt 5 durchgeführten Experimente in rein oxidierender Umgebung. Um ein umfassendes Verständnis für die ablaufenden Prozesse zu entwickeln, werden die Experimente von thermodynamischen Berechnungen aus Projekt 11 ergänzt.