Additive Fertigung von Bauteilen für kohlenstoffreiche Hochtemperaturumgebungen unter Verwendung von Coking und Metal Dusting unterdrückenden, katalytisch inhibierenden Grundwerkstoffen.

 

Die Zerstörung von Materialien durch Korrosion kostet jährlich nach Schätzungen weltweit 3,3 Billionen US$ [1]. Eine der aggressivsten Korrosionsformen ist dabei das Metall Dusting. Bei dieser wird der Werkstoff aufgrund einer kohlenstoffreichhaltigen heißen Gasumgebung in reines Metallpulver zersetzt. Bei den bisweilen konventionell eingesetzten Werkstoffkonzepten, welche den Angriff durch eine Chromoxidschicht verhindern sollen, ist der Schutz aufgrund der niedrigen Sauerstoffpartialdrücke des Gasmediums nur von temporären Dauer, sodass ein schlagartiger Ausfall rasant stattfinden kann. Neue Konzepte, wie beispielsweise die Nickel-Kupferlegierung, scheinen dabei eine Lösung für diese knifflige Herausforderung zu sein. So besitzt zum Beispiel das Legierungselement Kupfer eine inhibierende Eigenschaft. Die Folge ist, dass Kohlenstoff sich nicht mehr aus der Gasatmosphäre in den Werkstoff abscheiden kann, sodass die Diffusion und Ablagerung von Graphit verhindert wird. Ein Versagen des Bauteils wäre dadurch ausgeschlossen (Siehe Abbildung 1)

  Abbildung 1 Urheberrecht: © [2] / IEHK

Die additive Fertigung ist für die Entwicklung und Forschung von zentraler Bedeutung, da das neue Werkstoffkonzept noch einige ungeklärte Fragen aufweist. So kann das Laser Powder Bed Fusion-Verfahren genutzt werden, um zum einen den eventuellen Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur, den Prozessparametern und der Korrosionsbeständigkeit der Nickel-Kupferwerkstoffe aufzuzeigen. Zum anderen bietet die additive Fertigung die Möglichkeit einen gegebenenfalls vorliegenden Einfluss weitere Legierungselemente ( z.B.Mangan und Aluminium) innerhalb der Nickel-Kupferlegierungen in kürzester Zeit nachzuweisen, da die Anpassungsdauer von der Herstellung des Ausgangsmaterials bis zur Proben sehr kurz ist.

[1] https://dechema.de/%C3%9Cber+DECHEMA/Presse/Pressemitteilungen/Archiv/2011/19_2011+Weltkorrosionstag+2011-p-123972.html [Stand 24.03.2021]

[2] NISHIYAMA, Y, K MORIGUCHI, N OTSUKA und T KUDO. Improving metal dusting resistance of transition-metals and Ni-Cu alloys. Materials and Corrosion. 2005. No. 11, p. 806–813. DOI 10.1002/maco.200503883.