Entwicklung von Methoden zur In-situ- und Echtzeitmessung von durch Kavitation induzierten Oberflächenschäden unter Verwendung elektrochemischer Techniken

• Antragsteller: Dr.-Ing. Morteza Abedini, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529857700

Mechanischer Verschleiß und elektrochemische Korrosion wirken häufig gleichzeitig an technischen Oberflächen; die Kombination wird Tribokorrosion genannt. Es treten komplexe Wechselwirkungen und häufig ein synergistisches Verhalten auf. Diverse Komponenten sind betroffen, z.B. in der Biomedizin, im Bergbau, im Offshorebereich, u.a.. Tribokorrosionssysteme umfassen verschiedene Arten, darunter solche unter Gleitverschleiß (Kontakt zweier sich bewegender Körper), unter Erosion durch Aufprall harter Partikel und unter Kavitation (Kollaps von Blasen). Letztere ist das Hauptthema dieses Projekts.Unter Kavitation versteht man die Bildung und das Kollabieren von Blasen in einer Flüssigkeit aufgrund lokaler Druckänderungen. Wenn Blasen nahe einer festen Oberfläche kollabieren, bilden sich ein Hochgeschwindigkeits-Wasserjet und Stoßwellen. Dies kann bei wiederholtem Auftreten schwere Kavitationserosion verursachen. Da es sich bei kavitierenden Flüssigkeiten oft um korrosive Lösungen handelt, kommt es häufig zu Tribokorrosion. Elektrochemische Methoden sind der einzige verfügbare Ansatz für die In-situ-Untersuchung von Tribokorrosion. Es werden verschiedene Techniken eingesetzt, um die Rolle der Korrosion zu untersuchen, davon hat jede ihre eigenen Grenzen. Zum Beispiel tritt der Schaden in einigen Fällen (wie bei Kavitationserosion) mit einer hohen Geschwindigkeit auf, und es ist nicht möglich, Details mit konventionellen Methoden wie Polarisation oder elektrochemischer Impedanzspektroskopie zu untersuchen. Schnelle Techniken wie die Chronoamperometrie sind geeignet und liefern große Datenmengen, wurden aber noch nicht in umfänglich angewandt. In diesem Projekt werden Zusammenhänge von Erosion und Korrosion technischer Legierungen unter Einzelblasenkavitation und Ultraschallkavitation auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen mit verschiedenen elektrochemischen Methoden untersucht. Mit Hochgeschwindigkeitskameras werden Details des Blasenkollapses aufgezeichnet und mit zeitlich hochauflösenden elektrochemischen Messungen mittels Chronoamperometrie korreliert. Die Messung des Ruhepotenzials und das Anlegen anodischer und kathodischer Potenziale werden den Einfluss der Repassivierungskinetik, der Art der Passivschichten und anderer Auswirkungen des elektrochemischen Verhaltens auf die Schädigungsentwicklung aufzeigen. Es wird eine Korrelation hergestellt zwischen der Schädigung durch den Kollaps von Einzelblasen und durch Ultraschallkavitation, die normalerweise zur Untersuchung des Materialverhaltens verwendet wird. Die Auswirkung der galvanischen Kopplung zwischen beschädigten und unbeschädigten Bereichen auf der Oberfläche der Proben wird durch Veränderung der Probengröße aufgeklärt. Dieses Projekt soll das Verständnis der Synergieeffekte von Korrosion und Erosion bei Kavitationsschäden an verschiedenen passiven Legierungen vervollständigen und damit eine Grundlage für die Entwicklung neuer (elektro-/chemischer) Schutzmaßnahmen in der Zukunft schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen