Hochtemperaturkorrosion


Hochtemperaturkorrosion

Hochtemperaturkorrosion ist ein chemischer Vorgang, der zu einer Minderung der Haltbarkeit von Werkstoffen führen kann. Im Gegensatz zur elektrochemischen Korrosion, die meist in wässrigen Elektrolyten abläuft, kommt es hier bei hohen Temperaturen zu Reaktionen zwischen dem Umgebungsmedium (heiße Gase) und dem Werkstoff, die zu einer Schädigung führen können.

Zu berücksichtigen sind die weiteren Umgebungsbedingungen, die Zusammensetzung, Geschwindigkeit und Dichte des Mediums, Partikelanzahl und ~größe und ähnliches. Das Schadensbild ähnelt dem der Nasskorrosion. Es können grundsätzlich alle möglichen Formen der Korrosion, wie gleichmäßige Flächenkorrosion, Lochkorrosion, Kontaktkorrosion etc. auftreten. Auch die Gefahr von Wasserstoffversprödung besteht.

Die Geschwindigkeit des ablaufenden Prozesses lässt sich durch Deckschichtbildung verlangsamen. So kann die Verzunderung (Oxidation durch Sauerstoff) durch Legieren des Werkstoffs mit Aluminium, Silizium und vor allem Chrom stark vermindert werden. Diese Legierungselemente bilden sehr dichte Oxidschichten, die den diffusionsgesteuerten Vorgang der Verzunderung effektiv behindern. Alternativ kann eine Beschichtung der Oberfläche mit extrem stabilen Oxiden oder Oxidbildnern, wie z.B. Yttriumoxid eine gute hochtemperaturkorrosionsfestigkeit erreichen.[1]

Weitere Atmosphärenbestandteile, die neben Sauerstoff von Bedeutung bei der Hochtemperaturkorrosion sind:

  • Schwefel: SO2-haltige Atmosphären (z. B. Rauchgase eines Kohlekraftwerkes) können sehr schadhafte Auswirkungen auf den Grundwerkstoff haben. Schwefeldioxid setzt sich mit Sauerstoff und Wasser zu Schwefelsäure um und bildet dann bei Unterschreitung des Taupunktes (Schwefelsäure kondensiert bei ca. 200 °C) auf dem Werkstoff ein Schwefelsäurekondensat, welches ihn sehr stark angreift.
  • Halogenide: Chlorid-, Fluorid- und Bromidhaltige Salze können flüchtige Halogenide bilden, welche sich negativ auf die Bildung einer schützenden Oxidschicht auswirken. Häufig führt dies in Müllverbrennungsanlagen zu Problemen.
  • Kohlenstoff: Sind z. B. Kohlenmonoxid, Methan oder andere kohlenstoffhaltige Bestandteile im Gasgemisch vorhanden, kann es bei niedrigen Sauerstoffgehalten zur Aufkohlung der Werkstoffs kommen. Die Bildung von Carbiden ist dabei noch relativ harmlos. Schlimmere Auswirkungen kann das sogenannte 'metall dusting' an Wärmetauschern in der petrochemischen Industrie haben; dabei kommt es zu einer Art Lochbildung unter lokaler Abscheidung von Kohlenstoff am Werkstoff.
  • Stickstoff: N2 kann in den Werkstoff eindiffundieren und dort Nitride bilden, die sich nachhaltig schlecht auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils auswirken können.
  • Natrium: Natrium kann zusammen mit dem Grundwerkstoff ein niedrigschmelzendes eutektisches System bilden. Dieser Vorgang führt zur schnellen Zerstörung des Bauteils.

Allerdings können auch im Wasser gelöste Salze, die bei hohen Wassertemperaturen auf der inneren Oberfläche von Heizrohren Beläge bilden, zu örtlichen Überhitzungen und damit zu Schäden führen. Durch Reaktionen mit den oxidischen Deckschichten kann diese Schadensursache noch verstärkt werden. Derartige Schäden traten besonders früher vor der Erzeugung weitgehend entsalzter Speisewässer mit dem Ionenaustausch in Hochdruckkesseln auf. Diese Vorgänge werden mit Hide-Out-Effekt bezeichnet.

Einzelnachweis

  1. Thomas Cosack: Schutzschichten auf Turbinenschaufeln im Flugtriebwerk

Literatur

Kieffer, Jangg, Ettmayer: Sondermetalle. Metallurgie, Herstellung, Anwendung; Wien; Springer, (1971)