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Die Bildung schützender Oxidschichten auf Fe- und Ni-Basis-Legierungen ist in vielen Hochtemperaturanwendungen entscheidend für die Resistenz der Bauteile gegen korrosiven Angriff. Die Morphologie und die schützende Wirkung der in situ gebildeten Oxidschicht ist abhängig von den Umgebungsbedingungen. Dieser Zusammenhang wurde in der vorliegenden Arbeit für die Oxidation in befeuchteter Luft und bei Metal Dusting-Bedingungen untersucht. Hierfür wurden kommerzielle Legierungen der jeweiligen Anwendungsfälle ausgelagert: Cr-haltige Stähle (T22, P91 und DMV 304 HCu) in befeuchteter Luft bei 400 – 650 °C sowie Cr- und Al-reiche Ni- und Fe-Basis-Legierungen (601, 602 CA, 690, 699 XA, HR-235 und APMT) bei Metal Dusting-Bedingungen bei 620 °C. In beiden Fällen wurde ein früheres Versagen der Oxidschicht bei erhöhtem Gasdruck (18 oder 20 bar absolut) im Vergleich mit atmosphärischem Druck (1 bar) beobachtet. In befeuchteter Luft äußert sich dies in der Bildung einer Fe-reichen statt einer Cr-reichen Oxid-schicht auf DMV 304 HCu bei 650 °C (Breakaway). Die Cr-Verarmung wird dabei auf die erhöhte Bildung von CrO2(OH)2 unter Druck zurückgeführt. Bei den Metal Dusting-Bedingungen versagt die Oxidschicht von 601 in Form der typischen Pitbildung. Auffällig ist, dass das frühere Versagen unter Druck nicht auf eine erhöhte C-Abscheidung auf Ni zurück-geführt werden kann. Ebenfalls durch höheren Druck verstärkt ist die Abscheidung von CrO2(OH)2 auf Fe2O3. Hier-für wird eine Reaktion des CrO2(OH)2 mit den Sauerstoffleerstellen des Fe2O3 vorgeschlagen. Über diesen Mechanismus kann Cr in Fe-reichen Oxiden angereichert werden, wenn im gleichen System eine Cr2O3-bildende Legierung vorliegt. Anhand der Fe2O3-Plättchen, die sich auf T22 in befeuchteter Luft gebildet haben, wurde der Einfluss der Umgebungsparameter auf die Oberflächendiffusion untersucht. Bei erhöhtem Druck ist die Oberflächendiffusion größer. Interessant ist, dass die Oberflächendiffusion ebenfalls von dem Rohrmaterial (Al2O3, Quarz und ET45) abhängt. Bei den Metal Dusting-Bedingungen wurden Auslagerungen in vier verschiedenen Gaszusammensetzungen aus CO, H2, CO2, H2O und Ar durchgeführt. Anhand von TEM, XPS und Raman-Spektroskopie an 601 wird ein Modell zum Oxidschichtaufbau aufgestellt. Dies zeigt unter anderem, dass im Wesentlichen ein Aspekt der Oxidschicht von der Gaszusammen-setzung abhängt: die C-Anreicherung. Proben mit mehr Kohlenstoff im Oxid zeigen ein früheres Versagen durch Pitbildung. Dabei bestimmt die Gaszusammensetzung die Triebkraft zur C-Abscheidung. Diese kann am besten über die Kohlenstoffaktivität des Gases im metastabilen thermodynamischen Gleichgewicht beschrieben werden. Über diesen Parameter kann somit das Metal Dusting-Risiko von Prozessbedingungen abgeschätzt werden.

This study investigated the corrosion behaviour of commercial and model Fe- and Ni-based alloys in solar salt at 600°C. The thermal decomposition of nitrate salts led to an increasing concentration of oxidizing agents in the salt melt and thus to a higher corrosion rate. For Fe-based alloys, the oxide scales contained a Na- and Fe-rich outer layer, followed by an inner Cr-rich layer and nitridation as well as Cr-depletion was observed at the scale/metal interface. Furthermore, higher extent of chloride impurities in solar salt, led to a significantly higher corrosion rate for ferritic-martensitic alloys. For Ni-based alloys, the formation of a duplex scale consisting of a NiO outer and Ni-Cr spinel layer showed protective character during isothermal exposure; however even for Ni-based alloys, Cr was detected in the salt melt, which showed evidence for its dissolution in the melt as toxic hexavalent Cr. Diffusion aluminide and electroless Ni-P coatings deposited on cost-efficient ferriticmartensitic alloys led to formation of protective oxide scales and hindered the Cr-dissolution into the salt melt. info:eu-repo/semantics/publishedVersion