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Magenesium - ein beliebter Werkstoff [„Magnesium-products“. Firetwister. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons ]

Magenesium – ein beliebter Werkstoff [„Magnesium-products“. Firetwister. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons ]

Magnesium ist mit einer Dichte von etwa 1,74 g/cm3 das Leichtgewicht unter den metallischen Werkstoffen. Es ist rund ein Drittel leichter als Aluminium und deshalb als Konstruktionswerkstoff im Leichtbau sehr gefragt. Besonders in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo stete Verbesserungen bei Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen, bieten sich viele Einsatzmöglichkeiten. Magnesium ist allerdings nicht nur das leichteste, sondern auch das chemisch reaktivste Konstruktionsmetall. Damit ist sein Einsatz stark eingeschränkt, denn die Oberfläche muss durch geeignete Technologien vor Korrosion geschützt werden. Das verursacht zusätzlichen Aufwand und Kosten, die den Gewichtsvorteil wieder zunichtemachen.

Wissenschaftler des DECHEMA-Forschungsinstituts entwickeln deshalb gemeinsam mit Kollegen von der Universität Paderborn eine neuartige, kosteneffiziente und umweltverträgliche Oberflächentechnologie für den Korrosionsschutz von Magnesium-Legierungen. Dabei wird mit Hilfe von Hochleistungsultraschall auf der Magnesiumoberfläche eine schützende Oxidschicht mit selbstheilenden Eigenschaften erzeugt. Der Ultraschall verursacht Kavitationsblasen, die beim Bersten lokale Drücke von mehreren hundert bar und Temperaturen von einigen tausend Kelvin hervorrufen. Dadurch bildet sich auf der Magnesiumoberfläche eine poröse schwammartige Struktur, die fest mit dem Grundmaterial verbunden ist. Wenn es gelingt, bestimmte Porengrößen zu erzeugen, können darin mit Inhibitoren beladene Nanopartikel eingebaut werden. Alternativ können auch anorganische Inhibitoren, beispielsweise Seltenerdmetalle, direkt in die wachsende Oxidschicht eingebaut werden. Bei Beschädigung der Schicht werden an den betroffenen Stellen die Inhibitoren auf kontrollierte Weise freigesetzt und verhindern den Korrosionsprozess, indem sie eine neue schützende Deckschicht bilden.

Mehr zum IGF-Projekt 18267 N Korrosionsschutz für Magnesiumknetlegierungen durch ultraschallgestütztes Wachstum von selbstheilenden Oxidschichten

 

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Entwicklung eines umweltfreundlichen und kostengünstigen in situ Aluminisierungsverfahrens zum Korrosionsschutz metallischer Bauteile in aggressiven Hochtemperaturumgebungen – IGF-Nr. 17471 N

In der Prozesstechnik laufen vielen Anwendungen oberhalb von 600°C ab – eine große Herausforderung für die Konstrukteure der Anlagen. Denn bei diesen Temperaturen lassen sich Reaktionen zwischen den Prozessgasen und dem Anlagenmaterial nicht vermeiden. Besonders aggressive Verbrennungsatmosphären von 1.000 °C und höher herrschen vor allem bei der Müllverbrennung, der Zementherstellung oder bei Prozessen, in denen Ersatzbrennstoffe verwendet werden. Diese Ersatzbrennstoffe oder Sekundärbrennstoffe werden beispielsweise aus Kunststoffabfällen gewonnen. Ihr Anteil wächst kontinuierlich. Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit wird der Restmüll, der nicht durch Recycling verwertet werden kann, zunehmend als Energieträger in speziellen Verbrennungsanlagen genutzt. Kritisch wird es immer dann, wenn ein hoher Gehalt an Chlorverbindungen bzw. anderen Halogenen vorliegt oder Alkali- und Schwefelverbindungen anwesend sind. Sie bilden bei hohen Temperaturen leicht flüchtige Halogenverbindungen und schmelzflüssige Salze, die das Material der Anlage massiv angreifen.
Die Brennräume dieser Anlagen sind mit feuerfestem Material ausgekleidet, das mit metallischen Ankern an den Wänden befestigt ist. Da das Auskleidungsmaterial porös ist, diffundieren die Prozessgase hindurch. Dadurch sind die Metallanker starken korrosiven Angriffen ausgesetzt. Wenn sie versagen, können auch Mauerteile der Ofenkonstruktion mit abplatzen. Das ist eine sehr kostspielige Angelegenheit. Es müssen dann nicht nur die Befestigungsanker der Brennkammer ersetzt werden, sondern auch die Außenhülle des Ofens muss repariert werden. Dadurch verlängern sich die Stillstandzeiten der Anlage, was betriebswirtschaftlich ungünstig ist. Um eine möglichst lange Betriebsdauer zu erreichen, werden deshalb bisher Anker aus hochlegierten austenitischen Stählen oder Nickelbasislegierungen eingesetzt. Durch ihren hohen Anteil an Chrom und Molybdän, halten sie bei hohen Temperaturen länger. Dies sind sehr teurer Materialien.
Wissenschaftler am DECHEMA-Forschungsinstitut entwickeln deshalb im Rahmen eines Forschungsprojektes Strategien, wie das Ankermaterial künftig durch kostengünstige Werkstoffe ersetzt werden kann. Die Idee dabei ist, dass die Anker eine schützende Schicht mit einem hohen Anteil an Aluminium bekommen. Dafür werden Schichtsysteme mit unterschiedlichem Aluminium-Gehalt entwickelt, die direkt durch Diffusion auf die eingebauten Anker aufgetragen werden können. Dieser Prozess soll während des normalen Betriebs der Anlage erfolgen, so dass es nicht notwendig ist, eine Schutzgasatmosphäre zu verwenden.
Mehr zum Projekt

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