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- 6.3 Strukturanalytik (2)
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- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (2)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (1)
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and cross-sectional transmission electron microscopy (XTEM) were used to study the formation of AlN films by N+2 ion implantation of aluminium at energies of 3 keV and 100 keV. In both cases, a two-stage mechanism was found, comprising first the oriented precipitation of small particles of the hexagonal AlN-phase, followed by growth and coalescence finally forming a continuous AlN-layer while increasing the implantation dose from 1×1017 cm-2 to 2×1017 cm-2. The results of both methods are in excellent agreement and furthermore provide complementary information concerning chemical composition and binding energies as well as microstructural details.
Technically relevant P92 steel (9% Cr) was coated with a micron-thick porous alumina layer prepared by sol-gel technique and treated with flue gas (60 CO2-30 H2O-2 O2-1 SO2-7 N2 (mole fraction in %)) at 650 ° to mimic an oxyfuelcombustion process. Local defects in the coating were marked using focused ion beam (FIB) technique and were inspected after exposition to hot flue gas atmosphere at 300, 800, and 1300 h, respectively. Local defects like agglomerated alumina sol particles tend to spall off from the coating uncovering the underlying dense chromia scale. Re-coating was found to restore the protection ability from oxidation when repeatedly treated with hot flue gas. Cracks and voids did not promote the local oxidation due to the formation of crystalline Mn/S/O species within and on top of the coating. The protective character of the steel-coating system is a result of (i) the fast formation of a dense chromia scale at the surface of sol-gel alumina-coated P92 steel bars in combination with (ii) the porous alumina coating acting as diffusion barrier, but also as diffusion partner in addition with (iii) fast Mn outward diffusion capturing the S species from flue gas.
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.
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.