Metal Dusting

Oberflächeneinfluss metallischer Ofenbauwerkstoffe auf das Hochtemperaturkorrosionsverhalten – Weiterentwicklung von Sol-Gel-Schutzschichten

Kurzbeschreibung

Im Industrieofenbau werden unter anderem hitzebeständige metallische Werkstoffe verwendet. Dabei sind hitzebeständige Stähle auf Eisenbasis bezüglich Kosten, Verarbeitbarkeit und Verfügbarkeit allgemein anderen Werkstoffen, wie Keramiken oder Sonderlegierungen überlegen. In Industrieöfen mit aufkohlenden Atmosphären ist die Standzeit vieler metallischer Bauteile auf Grund von Metal-Dusting (MD) auf etwa 1,5 Jahre beschränkt. Unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit werden Lebensdauern von über 3 Jahren angestrebt.

Die Ergebnisse des abgeschlossenen AiF-Projektes 15169N zeigten, dass die Sol-Gel-ZrO2-beschichteten Werkstoffproben eine erhöhte Metal-Dusting-Beständigkeit aufweisen. Dies lässt erwarten, dass die Lebensdauer von Bauteilen mit der Beschichtung um wenigstens ein halbes Jahr erhöht werden kann. Dem stehen relativ geringe Beschichtungskosten gegenüber. Die Ergebnisse eröffnen auch das Potenzial einer Kosteneinsparung, indem teure Sonderlegierungen durch preiswerte Sol-Gel-beschichtete Stähle ersetzt werden. Einschränkend muss allerdings festgestellt werden, dass die dünnen Sol-Gel-Schichten allgemein keinen hohen Verschleißbeanspruchungen standhalten, so dass die Beschichtung nur in nicht oder nur gering abrasiv beanspruchten Bereichen erfolgreich eingesetzt werden kann.

Im AiF-Projekt 15169N wurden erstmals vergleichende MD-Tests typischer Ofenbauwerkstoffe unter realitätsnahen Bedingungen von Aufkohlungsöfen durchgeführt und der Angriff mittels unterschiedlicher Methoden vergleichend quantifiziert. Um praxisnahe Aussagen zu garantieren, wurden die Werkstoffe jeweils in ihren Lieferzuständen untersucht. Tests zeigten, dass die gemessene Kohlenstoffaufnahme deutlich mit der Oberflächenrauheit Ra korreliert und der Oberflächenzustand teilweise einen größeren Einfluss auf die MD-Beständigkeit hat, als die Legierungszusammensetzung.

Da der Oberflächeneinfluss also nicht vernachlässigbar ist, ergibt sich die Notwendigkeit zusätzlicher Untersuchungen. Für eine zuverlässige Beurteilung der MD-Beständigkeit ist es deshalb notwendig, auch den Einfluss verschiedener Oberflächenzustände (Lieferzustände: kalt-, warmgewalzt, gebeizt, geschliffen, etc.) auf die MD-Beständigkeit zu untersuchen. Dieser Fragestellung soll im hier beantragten Folgeprojekt systematisch und verfahrensorientiert nachgegangen werden. Außerdem sollten vor einer industriellen Nutzung des Sol-Gel-Verfahrens die Ergebnisse unter Berücksichtigung der Oberflächenzustände auf das MD-Verhalten weiter abgesichert und industrielle Feldtests mit realen Ofenbauteilen durchgeführt werden.

 

Arbeitsziele des Projekts

Folgende Forschungsziele und Ergebnisse werden in dem Nachfolgeprojekt angestrebt.

  • Lebensdauererhöhung und Kosteneinsparung durch Sol-Gel-Beschichtung
    Das Hauptziel des Fortsetzungsvorhabens besteht in der Erhöhung der MD-Beständigkeit von Bauteilen für den Industrieofenbau durch Sol-Gel-Beschichtung. Ein alternatives Ziel ist eine deutliche Kosteneinsparung durch den Einsatz Sol-Gel-ZrO2-beschichteter Stähle anstatt teurer Sonderlegierungen. Der Lebensdauererhöhung bzw. der Kosteneinsparung durch einen Werkstoffaustausch stehen dabei relativ geringe Beschichtungskosten gegenüber.
  • Empfehlungsliste unter Berücksichtigung der Oberflächenzustände
    Ein weiteres Ziel ist die Erstellung einer Werkstoffliste mit quantitativen Angaben zur MD-Beständigkeit der ausgewählten Hochtemperaturwerkstoffe, wobei nun auch unterschiedliche Oberflächenzustände (Lieferzustände) der Werkstoffe berücksichtigt werden.
  • Feldtests
    Mit Hilfe von industriellen Feldtests an realen Bauteilen, soll die industrielle Umsetzbarkeit der entwickelten Beschichtungen gezeigt und die Schutzwirkung unter realen Einsatzbedingungen überprüft werden.

 

Durchführende Forschungsstellen

  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath
  • Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Bremen

 

Projektförderung

AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V., Köln

Fördernummer 16475

 

Projektlaufzeit

April 2012 bis September 2014

 

Ansprechpartner

Dr. rer. nat. Helen Ackermann

Tel.: 02407/ 9518-140

E-Mail: H.Ackermann@owi-aachen.de