Untersuchung der Korrosionsmechanismen der Taupunktkorrosion in Aluminium Wärmetauschern

Projektziel

Brennwertkessel werden nicht nur im Wohnungsbau verwendet, sondern auch für kaskadierte Systeme in gewerblichen oder industriellen Gebäuden. Aus dem Abgas des Boilers wird dabei ein Kondensat gewonnen, um den thermischen Wirkungsgrad des Kessels zu erhöhen. Im Kondensatsammler fließen das Kondensat aus Wärmeaustauscher und Abgaskanal zusammen in Richtung eines Siphons.

Während der Erprobung derartiger Kesselsysteme kam es jedoch häufig innerhalb weniger Monate zur Kontamination und Verstopfung des Wärmetauschers und der Ableitungen mit Korrosionsprodukten und nachfolgendem Ausfall des Gerätes. Bestrebungen zu einer kompakteren Bauweise führen zu Wärmeaustauschern mit schmaleren Gaskanälen, die durch Korrosion noch leichter zugesetzt werden. Dies ist ein dringendes Problem in den neuen Kessel-Modellen, die den Markt in den nächsten Jahren erreichen werden.

Um die operative Leistung der Wärmeaustauscher zu verbessern und Wartungsfreiheit zu gewährleisten, werden zuverlässige Konstruktionsrichtlinien und Bedienphilosophien für diese Art von Systemen erforderlich. Zu diesem Zweck soll ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse, die zur Verschmutzung/Verstopfung von Wärmetauschern und Ableitungen führen, erzielt werden.

Erste Ergebnisse

Mit dem Ziel, die experimentell erlangten Erkenntnisse zu validieren und auszuweiten, welche Bosch TT bereits zur Verfügung stehen, wurden Immersions-Korrosionstests durchgeführt. Die Korrosionsbedingungen lassen sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Wärmetauschers in zwei Kategorien einteilen, nämlich milde und harsche Bedingungen. Die Mikrostruktur der ursprünglichen und der korrodierten Probenoberfläche wurde mittels Raster-Elektronen-Mikroskopie (REM), Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) und Elektronenstrahlmikroanalyse (EPMA) untersucht. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf den Korrosionsmechanismus zu: Die Korrosion setzt zuerst an der intermetallischen Phase ein, welche sich an den Korngrenzen zwischen der Al-reichen Phase und den Silizium-Plättchen befindet. Danach führt die Degradation der aluminiumreichen Phase zur Exposition der Si-Phase an der Oberfläche.

Zukünftige Arbeiten

Eine Versuchsanlage zur Simulation der Taupunkt-Korrosion wurde konstruiert und in Betrieb genommen. Es wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, um geeignete Parameter zur Kontrolle der Versuchsanlage und für deren reibungslosen Betrieb zu finden. Die Mikrostruktur korrodierter Oberflächen wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) und Röntgendiffraktometrie (XRD) untersucht. Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) wurde eingesetzt, um das Korrosionsverhalten der Legierung AlSi12 in verdünnter, schwefelsaurer Lösung zu untersuchen.