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Organisationseinheit der BAM
Future coal power plants will in case of oxyfuel combustion be operated with altered atmospheres. Hence, corrosion attack might become more severe and steels have to be protected. An alumina-sol was used to coat X20CrMoV12-1 (X20) with alumina to test the protection. Testing was performed at 600 °C in flowing H2O–CO2–O2 and static laboratory air for 1000 h. Oxidation under air is minor compared to exposure in oxyfuel atmosphere. In both cases a multilayered oxide (hematite, magnetite, spinel) was formed on uncoated steels. Carburization appeared on uncoated X20 in H2O–CO2–O2. The coating demonstrates a high protection.
Modified Yoldas sols can be used to prepare crack-free well adherent layers on different substrate materials such as sodalime glass, corundum and metal (IN-718). These layers having thicknesses of 0.6 µm are strain tolerant and withstand thermal cycling between 810 °C and room temperature. Introducing alpha-Al2O3 filler particles into modified Yoldas sols allows the preparation of thicker layers of 1.6 µm, which as well can be thermally cycled without noticeable delaminations. Chemical bonding seems to be the predominant layer bonding mechanism.
Alumina coatings with differing phase compositions were deposited on Inconel-718 (IN-718) Ni-base
superalloy substrates using solgel processing. Mass gain measurements served for studying the oxidation
behavior of coated metal surfaces if exposed to 800°C and 900°C for up to 4000 h in static air. Itwas found, that
alumina coatings significantly reduce the oxidation related mass gain of IN-718 even after heating to 900°C
for 4000 h. Transmission electron microscopy (TEM) studies revealed diffusion of elements from the metal
substrate (IN-718) into the alumina coatings and to a much lower degree from the coating into the
substrate. These diffusion processes are greatly influenced by the phase composition of the coatings, especially
by the presence of alpha-alumina.
Alumosols in combination with well dispersed corundum were successfully used to form up to 2.5 ìm thick coatings on the Ni-base alloy SC16. These coatings withstood heat treatments at 700 °C in a water vapour containing atmosphere. The heat treatment caused formation of delta-alumina in the coating and diffusion of chromium and titanium into the coating.
Diffusion of Cr, Fe, and Ti ions from Ni-base alloy inconel-718 into a transition alumina coating
(2012)
Heat treating metals at high temperatures trigger diffusion processes which may lead to the formation of oxide layers. In this work the diffusion of Cr, Fe and Ti into an alumina coating applied to Inconel-718 is being investigated. Mass gain measurements, UV–vis spectroscopy and transmission electron microscopy were applied in order to study the evolution of the diffusion process. It was found that mainly Cr as well as minor amounts of Fe and Ti are being incorporated into the alumina coating upon prolonged heat treatment at 700 °C. It could be shown that alumina coatings being void of Cr have the same oxidation related mass gain as uncoated samples. However, incorporation of Cr into the alumina coating decreased their mass gain below that of uncoated substrates forming a Cr oxide scale only.
In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
Inconel 718 was spin coated twice and fourfold with a sol to obtain 200- and 400-nm-thick transition alumina films on the surface. Bare and solgel alumina-coated Inconel 718 samples were exposed to NaCl solution to study their corrosion behavior by means of electrochemical impedance spectroscopy. In combination with scanning electron microscopy, it was shown that bare Inconel 718 is after initial passivation prone to pitting corrosion. For the coated Inconel 718 samples, an improvement in the protective effect of the coatings with time was observed. This observation is in contradiction to the results of other authors who observed degradation of alumina coatings exposed to NaCl solution with time. Transmission electron microscopy revealed a formation of (1) a compacted region at the coating surface as well as (2) a chromium-rich region at the interface between coating and alloy during the contact with a NaCl solution. The last one mainly contributes to the observed chronological sequence of electrochemical characteristics of the samples.
Though Ni-base superalloys show a high oxidation and corrosion resistance, coatings could still improve these properties, especially if used at temperatures up to 1000 °C. Here, a coating was prepared by applying a boehmite-sol via dip-coating and a subsequent heat treatment at 600 °C for 30 minutes. To evaluate the coating, the oxidation behavior of bare and alumina coated Ni-base alloy Inconel 625 in air at 900 °C was studied for up to 2000 h. Electron microscopic studies of sample surfaces and cross-sections showed that (i) in the 3.5 µm – 6.3 mm thick scale formed on the bare alloy, Fe and Ni are located as fine precipitates at the grain boundaries of the chromia-rich scale, (ii) Ni and Ti are concentrated to a minor degree at the grain boundaries of the scale, too; and for the coated sample: (iii) the only 1.8 µm thick sol-gel alumina coating slows down the formation of chromia on the alloy surface and reduces the outward diffusion of the alloy constituents. The protective effect of the coating was evidenced by (i) diminished chromium diffusion at grain boundaries resulting in less pronounced string-like protrusions at the outer surface of the coated IN 625, (ii) formation of a Cr-enriched zone above the alloy surface which was thinner than the scale on the uncoated sample, (iii) no detectable Cr-depleted zone at the alloy surface, and (iv) a narrower zone of formation of Kirkendall pores.