Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Metal Dusting Beständigkeit hochlegierter Werkstoffe und deren Schweißverbindungen mit und ohne Onsite-Aluminisierung

Im Projekt sollen hochlegierten Werkstoffen und deren Schweißverbindungen in aggressiven Metal Dusting Atmosphären untersucht und verbessert werden. Metal Dusting ist eine Form der Hochtemperaturkorrosion, welche innerhalb kürzester Zeit zum Versagen eines Bauteils führen kann. Hochtemperaturlegierungen, welche neben der chemischen Beständigkeit auch hohe mechanische Belastbarkeit aufweisen müssen, sind sehr teuer. Im Schadensfall werden die Kosten für den Austausch von Bauteilen durch die Standzeiten der Anlage extrem erhöht. Für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage ist die Beständigkeit der Werkstoffe sowie eine Reparatur durch Schweißen maßgeblich. Solche Reparaturen werden vornehmlich durch KMU durchgeführt. Schweißverbindungen weisen verglichen mit reinen Legierungen veränderte Werkstoffeigenschaften auf. Insbesondere in Metal Dusting gefährdeten Bereichen wird bisher durch das schwer einschätzbare Risiko auf Schweißverbindungen verzichtet. Im Projekt sollen hochlegierten Werkstoffen und deren Schweißverbindungen unter Metal Dusting Atmosphären bei hohem Druck getestet werden. Dadurch werden die kritischen Parameter klarer, was auch Sicherheit von Industrieanlagen verbessert.

Im beantragten Projekt soll zudem die Onsite-Aluminisierung als Schutzschichten gegen Metal Dusting angewandt werden. Dabei wird die Werkstoffoberfläche mit einem Al-haltigen Schlicker behandelt und durch eine Wärmebehandlung gezielt mit Aluminium angereichert. Die Beständigkeit der Werkstoffe sowie der Schweißverbindungen gegen Metal Dusting wird durch die hohe Al-Konzentration im Randbereich deutlich verbessert. Von den Ergebnissen können Anlagenbauer und -betreiber, Industriemontagefirmen, Beschichtungsfirmen sowie werkstofftechnische Beraterfirmen direkt profitieren. Zahlreiche Firmen die in diesen Bereichen arbeiten zählen zu KMUs und könnten die Forschungsergebnisse direkt für Ihre Anwendungsfälle verwenden.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben wurde die Beständigkeit von kommerziellen Legierungen und ihren Schweißnähten in aggressiven Metal Dusting Bedingungen untersucht.

Der erste Schwerpunkt lag auf der Entwicklung einer effizienten Prüfmethodik. Mit dieser kann die Metal Dusting Beständigkeit von Legierungen innerhalb von relativ kurzer Zeit (1000 h) verglichen werden. Das Wissen um die Beständigkeit kann direkt in die Werkstoffauswahl im Anlagenbau einfließen. In Zukunft kann die effiziente Prüfmethodik genutzt werden, um weitere Werkstoffe oder Beschichtungen hinsichtlich ihrer Metal Dusting Beständigkeit zu untersuchen. Weiterhin konnte die rechnerische Einschätzung des Metal Dusting Risikos verbessert werden. Diese ist besonders in der Entwicklung von neuen Prozessen wichtig, da hier noch keine Erfahrungswerte vorliegen und somit neben Laborversuchen die theoretische Abschätzung kritisch ist. Außerdem wurden die Hypothesen zum Materialversagen in Metal Dusting Bedingungen weiterentwickelt. Damit wurde der Wissenstand zu der Korrosionsform erweitert, sodass die Entwicklung von Schutzstrategien gegen den Angriff basierend auf dem Mechanismus verbessert werden kann.

Der zweite Schwerpunkt des Projekts lag auf der Untersuchung von Schweißnähten, diese werden häufig bevorzugt angegriffen. Hierbei wurde die Metal Dusting Beständigkeit von Schweißnähten verglichen, die mit verschiedenen industriellen Oberflächenverfahren behandelt wurden. Die höchste Beständigkeit wurde an geschliffenen Schweißnähten beobachtet. Dieses Wissen kann direkt im Bau und der Reparatur von Anlagenteilen umgesetzt werden. Außerdem wurde demonstriert, dass Schweißnähte durch eine zusätzliche Onsite-Aluminisierung erfolgreich gegen den Metal Dusting Angriff geschützt werden können. Diese Beschichtung wird bereits von KMU angeboten, diese können damit ihr Angebot erweitern.