Additive Fertigung von Bauteilen für kohlenstoffreiche Hochtemperaturumgebungen unter Verwendung von Coking und Metal Dusting unterdrückenden, katalytisch inhibierenden Grundwerkstoffen

20904 N

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit: 01.11.2019 - 30.04.2022
Partner: RWTH Aachen, Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK)
Geldgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über AiF
Bearbeiter: Dr.-Ing. Anke Silvia Ulrich
Arbeitsgruppe: Hochtemperaturwerkstoffe

Metal Dusting, eine extrem aggressive Hochtemperaturkorrosionsform, tritt bei Temperaturen zwischen 450 und 800°C in aufkohlender und reduzierender Atmosphäre auf. Dieser Materialangriff ist in konventionellen Prozessen der Energietechnik, der chemischen Technik und der Petrochemie weit verbreitet und bekannt, allerdings sind die zugrunde liegenden Mechanismen und Ursachen noch nicht vollständig aufgeklärt. Durch die Energiewende werden Prozesse, die einen chemischen Umsatz von CO2 und H2 erlauben, immer wichtiger, wodurch die Relevanz des Verständnisses und der Vermeidung von Metal Dusting weiter steigt. Gleichzeitig steigen auch die Anforderungen an die Effizienz und damit auch an die Prozessbedingungen, die zum Beispiel durch immer höhere Drücke und Bedingungen fernab des chemischen Gleichgewichts gekennzeichnet sind. Dadurch kommt es zu immer mehr Schäden, die meist nur kleine Bauteile umfassen und schwer vorhersagbar sind und dennoch zu Ausfällen führen.

Ein Ansatz zum Schutz vor Metal Dusting ist die Zugabe von Kupfer als Legierungselement, wodurch die Kohlenstoffabscheidung katalytisch unterdrückt wird. In diesem Projekt wird daher die Monel® Alloy 400 Legierung mit 33% Kupfer mit Cu-reichen Ni-Basislegierungen (HR-235TM und Alloy 696) verglichen. Der Fokus am DECHEMA-Forschungsinstitut liegt dabei auf der Untersuchung des katalytischen Effekts und dem Einfluss der Fertigungsart der Monel® Alloy 400 Legierung, additiv oder konventionell. Hierfür werden Auslagerungen unter Druck in aufkohlenden Atmosphären bei Temperaturen um 620°C durchgeführt. Zeitgleich werden die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Kriechen und Ermüdung am Institut für Eisenhüttenforschung (IEHK) der Universität Aachen bei Raum- und Anwendungstemperatur untersucht.

In diesem Forschungsprojekt sollen die Möglichkeiten ausgelotet und erforscht werden, gegen Metal Dusting resistente Bauteile und Komponenten mittels additiver Fertigung gezielt herzustellen. Solche Komponenten erlauben im Schadensfall eine schnelle und direkt an die geometrischen Erfordernisse angepasste Lösung. Die Schwerpunkte sind dabei einerseits das Verständnis der Inhibierung durch Kupfer und andererseits der Einfluss der Materialherstellung.

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Das IGF-Vorhaben Nr. 20904 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt:

Dr.-Ing. Anke Silvia Ulrich

Tel.: 069 / 7564-606

E-Mail: silvia.ulrich

 

Publikationen

K. Jahns, A.S. Ulrich, C. Schlereth, L. Reiff, U. Krupp, M.C. Galetz, Oxidation of Metals (2021)

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