Metal Dusting an Ni-Cu-Legierungen: Abhängigkeit des Hochtemperaturangriffs von Kristallorientierung und geringer Mengen von thermodynamisch stabilen Oxidbildnern

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Anke Silvia Ulrich
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531328306

Um die Effizienz von Hochtemperaturprozessen weiter zu steigern, werden die Bedingungen immer aggressiver, wodurch immer höhere Anforderungen an die metallischen Strukturwerkstoffe gestellt werden. Mit dem Aufkommen der vermehrten H2-Produktion bekommen Hochtemperaturprozesse mit reduzierenden, Kohlenstoff-reichen Atmosphären, wie sie bisher hauptsächlich aus der chemischen und petrochemischen Industrie bekannt sind, eine gesteigerte Relevanz. In diesen Prozessen kommt es zur Materialdegradation durch die aggressive Hochtemperaturkorrosionsform Metal Dusting. Der Angriffsmechanismus des Metal Dustings von Ni-Cu-Legierungen und seine Kinetik werden in diesem Projekt in Abhängigkeit von der Oberflächenorientierung, der Legierungszusammensetzung und von der Variation der Prozessatmosphäre herausgearbeitet. Legieren mit Cu verringert nachweislich den Metal-Dusting-Angriff, der zugrunde liegende Mechanismus und insbesondere seine Einflussfaktoren sind allerdings noch unklar. Um bestehende Theorien zu bestätigen, zu widerlegen oder zu erweitern, wird der Einfluss des Cu-Gehalts und der von 2 Gew.-% Mn, Fe, Ti, Nb, Mo, Si oder Cr und 4 Gew.-% Al - Elemente, die alle thermodynamisch stabile Oxide bilden - auf die Metal-Dusting-Beständigkeit der Legierungen untersucht. Hierfür werden einkristalline Modelllegierungen mit binärer, ternärer und quaternärer Zusammensetzung hergestellt. Die Resistenz der Legierungen wird in zwei verschiedenen Atmosphären (mit und ohne Alkoholen) getestet und mit thermodynamischen Stabilitäten der Gaszusammensetzungen verknüpft. Thermogravimetrische Analyse ermöglicht außerdem den Vergleich zwischen quaternären Al-haltigen Legierungen, die schützende Oxidschichten bilden, und ihrem ternären Pendant, welches nur Cu als schützendes Legierungselement enthält. Diese fundamentalen Untersuchungen dienen der gezielten Entwicklung von Metal-Dusting-resistenten Werkstoffen für etablierte wie auch neue Anwendungen mit z. B. erhöhten Anteilen von Alkoholen im Prozessgas.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen