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Michael Schütze:

Die Korrosionsschutzwirkung oxidischer Deckschichten unter thermisch-chemisch-mechanischer Werkstoffbeanspruchung

Hrsg.: Günter Petzow; Franz Jeglitsch

1991. 208 Seiten, 107 Abbildungen, 12 Tabellen, 15x21cm, 410 g
Language: Deutsch

(Materialkundlich-Technische Reihe, Band 10)

ISBN 978-3-443-23011-1, brosch., price: 35.00 €

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Keywords

WerkstoffKorrosionsschutzMetallOxidschicht

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz eines metallischen Werkstoffs bei hohen Temperaturen ist dessen Oxidations- bzw. Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit. Diese ist gegeben, wenn sich auf der Werkstoffoberfläche schützende oxidische Deckschichten ausbilden. Oxidschichten entstehen entweder unter Einsatzbedingungen durch die Reaktion von Elementen des Werkstoffs mit Sauerstoff der Umgebung oder können durch gezielte Voroxidation in sauerstoffhaltigen Atmosphären bei geeigneten Temperaturen erzeugt werden. Die Schutzwirkung dieser Oxidschichten beruht auf ihrer Eigenschaft, als Diffusionsbarriere zwischen dem metallischen Werkstoff und der korrosiven Umgebung die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktion herabzusetzen. Oxidschichten besitzen somit eine Schlüsselfunktion für die Werkstoffanwendung in der Hochtemperaturtechnologie. Letztere ist ohne die Deckschichten nicht denkbar, und auch in der zukünftigen Entwicklung auf diesem Technologiesektor werden schützende oxidische Deckschichten eine entscheidende Rolle spielen.

Auch hinsichtlich des Werkstoffverhaltens unter thermisch-chemisch-mechanischer Beanspruchung liegt der Schlüssel im Verhalten der schützenden oxidischen Deckschichten. Die Diffusionsbarriere, die einen verstärkten chemischen Angriff verhindert, kann in diesem Fall durch die mechanische Beanspruchung beeinträchtigt werden. Für eine sichere Beurteilung des Werkstoffverhaltens ist somit eine möglichst auch quantitative Kenntnis des Deckschichtverhaltens unter diesen Bedingungen erforderlich.

Ziel der vorliegenden Arbeit, die am Dechema-Institut, Frankfurt am Main entstand, ist es, nach einer kurzen Übersicht über die grundlegenden Voraussetzungen für die Schutzwirkung von Oxidschichten unter thermisch-chemischer Beanspruchung den Wissensstand über das Verhalten schützender Deckschichten bei zusätzlicher mechanischer Beanspruchung darzustellen.

Interessenten: Metallographen‚ Werkstoffkundler in Praxis, Industrie und Forschung; Studierende, Fachhochschulen und Universitäten dieser Fachrichtung; Berufsschulen; wissenschaftliche Fachbibliotheken.

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einleitung 1
2 Grundvoraussetzungen für die Schutzwirkung von Oxidschichten 3
a) Thermodynamische Stabilität des Oxids in der korrosiven Umgebung 3
b) Niedriger Dampfdruck der Oxide 6
c) Geringe Selbstdiffusion in Oxidschichten 6
d) Beständigkeit gegen Verunreinigungen 9
e) Undurchlässigkeit gegen aggressive Komponenten der Umgebung 10
3 Aufbau von Oxidschichtsystemen in der Hochtemperaturtechnologie 11
a) Oxidschichten auf Stählen 11
b) Oxidschichten auf Hochtemperatur-Superlegierungen 14
c) Korrosionsschutzüberzüge 16
4 Mechanische Spannungen in Deckschichten und ihre Ursachen 19
a) Spannungen als Folge des Oxidwachstums 19
b) Durch Temperaturänderungen induzierte Spannungen 27
c) Oxidspannungen als Folge der Substratverformung 34
d) Rolle der Geometrie des Verbundsystems für die Entstehung
von Spannungen in der Deckschicht 36
e) Spannungen an Deckschichtfehlern 42
5 Verformungsverhalten und Verformungsmechanismen in Oxiden 50
a) Elastische Verformung 50
b) Plastische Verformung ohne Mitwirkung von Diffusionsprozessen
("Niedertemperaturplastizität") 58
c) Kriechverformung (Hochtemperaturplastizität) 61
d) Einflußgrößen auf die stationäre Kriechverformung von Oxiden 67
e) Besonderheiten bezüglich der Verformungsmechanismen in
Oxidschichten auf metallischen Substraten 78
6 Deckschichtschädigung als Folge mechanischer Spannungen 84
a) Allgemeine Betrachtungen zur Rißbildung 84
b) Durchtrennung der Deckschicht bzw. der Teilschichten 86
c) Mikrorisse in der Oxidschicht 102
d) Ablösung des Oxids parallel zur Grenzfläche Metall/Oxid 110
e) Einfluß der Substratgeometrie auf die Deckschichtschädigung 116
f) Deckschichtschädigung unter Zug-Druck-Wechselbeanspruchung 119
9) Meßmethoden zur Charakterisierung des Schädigungsverhaltens
der Deckschichten 123
7 Ausheilen von Deckschichtschäden 137
a) Erscheinungsform der DeckschichtriBheilung 137
b) Abschätzung der Ausheildauer für Deckschichtrisse 143
c) Abschätzung der kritischen Dehngeschwindigkeit für
Deckschichtrißheilung 144
d) Rechnersimulation der DeckschichtriBbildungs- und -ausheilvorgänge 148
8 Randzonenverarmung an schutzschichtbildenden Legierungselementen
durch Oxidation und DeckschichtriBheilung 156
a) Untersuchungen zur Randzonenverarmung 156
b) Modellvorstellungen zur Randzonenverarmung 161
c) Quantifizierung der Randzonenverarmung als Folge wiederholter
Deckschichtschädigung 165
9 Oxidschichtversagensdiagramme (OSD) 172
10 Schlußbemerkung 183
Literatur 185
Verwendete Symbole 201