Neuartige Diffusionsschichten auf Cr-Basis zum Korrosionsschutz ferritisch-martensitischer Stähle im Kontakt mit partiell festen und flüssigen Salzen
von Tobias Marc MeißnerFerritisch-martensitische Stähle sind aus mechanischer Sicht bis etwa 650°C als Werkstoffe in vielen Hochtemperaturanwendungen geeignet und erheblich kostengünstiger als hochlegierte austenitische Stähle und Ni-Basis-Legierungen. Allerdings ist ihre Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Umgebungen unzureichend. Eine vielversprechende, kosteneffiziente Lösung stellt die Kombination ferritisch-martensitischer Stähle mit korrosionsresistenten Beschichtungen dar.
Als aussichtsreiche Beschichtungslösung wurde in dieser Arbeit eine neuartige Diffusionsbeschichtung aus elektrochemischer Vernickelung mit anschließender Chromierung im Packzementierverfahren entwickelt. Sie besteht aus einer durchgehenden Carbid-Deckschicht, woran eine Cr-reiche, austenitische Diffusionszone folgt. Diese Beschichtung wurde in zwei zukunftsweisenden Anwendungen mit Kontakt zu korrosiven Salzen im Temperaturbereich zwischen 550°C und 650°C untersucht: Biomasse(-Mit)verbrennung und solarthermische Energieerzeugung mit Strahlungsbündelung (CSP). Auf Basis der mikrostrukturellen Charakterisierung ausgelagerter Werkstoffproben und der chemischen Analyse der verwendeten Salze bzw. Aschen konnten die Korrosionsmechanismen am Beschichtungssystem identifiziert und daraus Degradationsmodelle für jede Auslagerungsbedingung abgeleitet werden.
Unter Ausbildung Cr- und Ni-reicher Oxide zeigt die neu entwickelte Beschichtung in den ausgewählten Hochtemperaturumgebungen, d. h. im Kontakt mit reinen und chloridhaltigen Sulfatsalzen sowie mit Nitratschmelzen, eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit zu hochlegierten, teureren Referenzwerkstoffen. Damit bietet das Beschichtungskonzept das Potenzial, großtechnisch eingesetzt zur Wirtschaftlichkeitssteigerung von Kraftwerks- und Chemieanlagen beitragen zu können.
