5 Werkstofftechnik
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- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (30)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (27)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (21)
- 5.6 Glas (19)
- 7 Bauwerkssicherheit (18)
- 5.5 Materialmodellierung (14)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (14)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (12)
Eingeladener Vortrag
- nein (73)
This work examined the factors that influence the droplet corrosion of CO2 pipeline steels caused by oxyfuel flue gases in dense phase CO2 at 278 K, simulating the underground transport conditions. The wetting properties were studied by contact angle measurement, revealing pH and time dependency on the reactive wetting behaviors of carbon steel X70. Exposure tests with CO2 saturated water droplet on steel surface showed that the impurities (220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2) diffused into the droplet and then reacted with metal surfaces in dense phase condition, forming the corrosion products. The corrosion rate was confirmed strongly depending on the droplet volume as well as the SO2 concentration. Condensation experiments carried out on freshly polished coupons in CO2 with 200 ppmv H2O, 220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2, showed that the formation and aggregation of droplets is time and temperature dependent. At 278 K, condensation happened stronger and the corrosion products, mainly consisted of dense hydrated FeSO3/FeSO4. While at 288 K, more fluffy corrosion products consisting of iron oxide/hydroxide and hydrated FeSO3/FeSO4 were found. Further exposure tests on carbon steel coupons with different surface roughness did not reveal the difference in weight loss/gain and therefore the corrosion rate.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for carbon capture, utilization and storage (CCUS) applications. Basing on results gathered in 2 German long-term projects (COORAL and CLUSTER) suitable materials are introduced as well as dominating impurities of the CO2-stream and corrosion mechanisms. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide material recommendations for certain parts.
Characterization of early crystallization stages in surface-crystallized diopside glass-ceramics
(2019)
Structure formation in glass-ceramics by means of surface crystallization is a challenging open question and remains elusive to definite answers. In several glass-ceramic systems, oriented crystal layers have been observed at the immediate surface, including diopside and some fresnoite systems. However, it is still open to debate, whether oriented surface crystallization is the result of oriented nucleation or growth selection effects. In the same vein, there is still discussion whether surface nucleation is governed by surface chemistry effects or by defects serving as active nucleation sites.
In order to help answer these questions, annealing experiments at 850°C have been performed on a MgO·CaO·2SiO2 glass, leading to the crystallization of diopside at the surface. Different annealing durations and surface treatment protocols (i.a. lapping with diamond slurries between 16 µm and 1 µm grain size) have been applied. Particular focus has been put on earliest crystallization stages, with crystal sizes down to about 200 nm. The resultant microstructure has been analyzed by electron backscatter diffraction (EBSD) and two different kinds of textures have been observed, with the a- or b-axis being perpendicular to the sample surface and the c-axis lying in the sample plane. Even at shortest annealing durations, a clear texture was present in the samples. Additionally, selected samples have been investigated with energy-dispersive x-ray spectroscopy in the scanning transmission electron microscope (STEM-EDX). The diopside crystals have been found to exhibit distinguished submicron structure variations and the glass around the crystals was shown to be depleted of Mg.
Crack healing in glass ceramic solid oxide fuel cell (SOFC) sealants is of utmost importance as cracks caused by thermal cycling remain a bottleneck in developing durable SOFC. Whereas no or low crystal volume fraction seems most favorable for viscous crack healing, it does not for load bearing and undesired diffusion. On the other hand, crystals or filler particles can make the sealant less prone to these disadvantages but it could increase the effective composite viscosity and retard crack healing.
Against this background, the influence of crystal volume fraction, phi, on viscous crack healing in glass matrix composites prepared from soda lime silicate glass and zirconia filler particles was studied. Vickers indention induced radial cracks were healed isothermally during interrupted annealing steps and monitored with optical microscopy. Due to the slow crystallization of the glass under study, phi could be kept constant during crack healing.
For bulk glass samples (phi = =), the decrease in radial crack length was retarded by an initial increase in crack width due to crack rounding. Up to phi = 0.15 the increase in effective viscosity retarded this crack broadening thereby yielding faster crack healing. For phi > 0.15, crack broadening was progressively suppressed but the same was true for crack healing, which was fully prevented above phi = 0.3. Results indicate that optimum micro structures can prevent crack broadening limited by the global effective composite viscosity and this way promote crack healing limited by local glass viscosity.
Nachdem im Verbundprojekt COORAL das Hauptaugenmerk auf überkritisches CO2 gelegt wurde, d. h. Transport über kurze Strecken bei erhöhter Temperatur, wurde in CLUSTER ein größeres lokales Transport-Netzwerk betrachtet, bei dem CO2 bei geringeren Temperaturen, also vorwiegend im flüssigen Zustand transportiert wird. Wurden in COORAL die CO2-Ströme von Kohlekraftwerken untersucht, ging es in CLUSTER zusätzlich um die Emissionen von relevanten Industrien, deren CO2-Emissionen nicht ohne Weiteres vermieden werden können.
Aufgrund der Erfahrungen in COORAL konnte eine Auswahl von kommerziellen Werkstoffen getroffen werden, die für einen konkreten Einsatz für CCS zur Verfügung stünden. Die gemischten und fluktuierenden CO2-Zusammensetzungen sind bei geeigneten Begrenzungen der Begleit¬stoffe im CO2 bezüglich Korrosionsvorgänge beherrschbar. Die Machbarkeit eines lokalen CCS-Clusters erscheint daher gegeben, soweit dies die Anlagen für Kompression, Transport und Injektion betrifft.
Der vorliegende Vortrag gibt einen Überblick über Probenpräparationen mit der Focused Ion Beam (FIB) für AFM-basierte Untersuchungsverfahren. Anhand zweier Beispiele wird gezeigt, wie ionenstrahlpolierte Lamellen aus Halbleiter-Schichtsystemen elektrisch leitfähig auf Substrate platziert werden, so dass in-situ und in-operando Messungen mit Scanning Microwave Microscope (SMM) bzw. Spectroscopic infrared scanning near-field optical microscope (IR-SNOM) durchgeführt werden können.
Within the perspective of increasing reliability of AM processes, real-time monitoring allows part inspection while it is built and simultaneous defect detection. Further developments of real-time monitoring can also bring to self-regulating process controls. Key points to reach such a goal are the extensive research and knowledge of correlations between sensor signals and their causes in the process.
Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen.