Graduiertenkolleg MatCom – ComMat: Hochtemperaturstabilität unter harschen Bedingungen – Heißgaskorrosion von Refraktärmetall-Siliziden

GRK2561/1

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit: 01.04.2020 - 30.09.2024
Partner: Karlsruher Institut für Technologie, Technische Universität Darmstadt
Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Bearbeiter: Katharina Beck
Arbeitsgruppe: Hochtemperaturwerkstoffe

Das Graduiertenkolleg 2561 „Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und besteht aus 12 Doktoranden, verteilt auf 3 Forschungseinrichtungen: DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI), Technische Universität Darmstadt (TUD) und Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Das Graduiertenkolleg hat die Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung von neuartigen Verbundwerkstoffen für die Anwendung bei sehr hohen Betriebstemperaturen jenseits von 1300 °C zum Ziel. Dies soll eine Erhöhung der Betriebstemperatur in Verbrennungsmotoren ermöglichen, um eine Steigerung der Performance und Effizienz zu erreichen. Voraussetzung für eine höhere Betriebstemperatur sind Materialien, die den extremen Umgebungsbedingungen standhalten können. Grundidee ist, einen aus zwei Materialsystemen (Verbundwerkstoffe) bestehenden Werkstoffverbund zu entwickeln, wobei jedes Materialsystem seine jeweiligen intrinsischen Vorteile einbringt.

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. Diese Mechanismen sind an Silica-Bildnern bisher kaum untersucht worden.

Daher 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.

Die zu untersuchenden Grundmaterialien werden von anderen Teilprojekten des Graduiertenkollegs zur Verfügung gestellt. Die entstehenden Korrosionsangriffe sollen in Zusammenarbeit mit weiteren Doktoranden charakterisiert und thermodynamisch modelliert werden, um ein umfassendes Verständnis für die ablaufenden Prozesse zu entwickeln.

Weitere Informationen finden Sie auf der GRK-Homepage

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Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - GRK2561/1

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