Materialforschung

Eine glühende Probe aus Edelstahl wird im Laborofen bei 1050 °C für über 100 Stunden in einem Quarzglasrohr von einer Atmosphäre durchströmt, wie sie bei der Verbrennung von Erdgas entsteht. Foto: OWI

Metallische Bauteile in Industrieöfen, Raumheizungen und mobilen Heizsystemen sind sehr hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, die zu Korrosion und Verformung führen können. Auch die Wärmedämmung von Thermoprozessanlagen ist hohen Belastungen etwa durch erodierende Strömungen und chemische Prozesse ausgesetzt. Kostenintensive Wartungen und Stillstandzeiten sind die Folge. Um Wartungszyklen zu verlängern und den Austausch von Bauteilen hinauszuzögern, werden von den Herstellern spezielle Metalllegierungen zum Komponentenbau eingesetzt. Doch welche Werkstoffe sind für welche Bauteile am besten geeignet? Und mit welchen Verfahren kann das ermittelt werden? Wie können Materialbeständigkeiten prognostiziert und kostenintensive Wartungsintervalle verlängert werden?

In verschiedenen Forschungsvorhaben wird am OWI die Korrosionsbeständigkeit von metallischen Werkstoffen und Beschichtungen in Anlagen, Brennern und Reformern sowie in Laboröfen bei nachgestellten Betriebsbedingungen untersucht.

An Prüfständen mit Laboröfen können am OWI Temperaturen von bis zu 1200 °C und verschiedenste Atmosphären vorgegeben werden. Es ist möglich, diese Atmosphären während der Experimente kontinuierlich und sprunghaft zu ändern. Verschiedene zeitliche Temperaturprofile mit hohen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten sind realisierbar, um zum Beispiel die Temperaturwechselbeständigkeit und die Haftungseigenschaften natürlich aufwachsender Oxidschichten oder von Beschichtungen zu untersuchen. In Zusammenarbeit mit kooperierenden Instituten können Verfahren zur Werkstoffanalyse durchgeführt werden, wie zum Beispiel Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenstrahlmikrosondenanalyse, Röntgenbeugung und Glimmentladungsspektroskopie. In mehreren abgeschlossenen Forschungsprojekten wurde ein fundiertes Wissen über die Oxidationsbeständigkeit von Eisen- und Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen erarbeitet.

Ein Ziel der Werkstoffforschung am OWI ist die Entwicklung von rechnergestützten Verfahren zur Bewertung der Lebensdauer von Bauteilen im Hochtemperatureinsatz (Projekt HT Life plus). Dazu werden geeignete Modelle für die Hochtemperaturkorrosion und das Kriechen sowie als Basis experimentelle Daten zum zeitabhängigen Verhalten der Werkstoffe benötigt. Mit den Verfahren sollen unter Berücksichtigung der Abmessung des Bauteils, der Betriebstemperatur und der zeitlichen thermischen Belastung die zu erwartenden Formänderungen und die Lebensdauer prognostizierbar werden.