Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Susceptibility of 304 Stainless Steel to Crevice Corrosion in Electrochemically Active Fluids
(2020)
The susceptibility of Type 304 stainless steel (SS) to crevice corrosion upon contacting with electrochemically active fluids was investigated using exposure tests and stepwise potentiostatic polarization. Crevice materials made of 304 SS and polyether ether ketone (PEEK) were focused on in this study. The combined influence of oxidant and chloride concentration on crevice corrosion was examined in detail in the two types of crevice combinations (304 SS-to-PEEK and 304 SS-to-304 SS). The 304 SS specimens were strongly susceptible to crevice corrosion when coupled with 304 SS. Even at a low concentration of 5 mg/L free chlorine and 150 mg/L chloride, which is below nominal dilutions in beverage industries, the examined specimens underwent crevice corrosion in both crevices. The effect of water composition on crevice corrosion was also studied, indicating high susceptibility of 304 SS to crevice corrosion in low pH (pH ≤ 5) solutions. The corroded surface morphology was analyzed using scanning electron microscope, energy dispersive x-ray, and confocal.
Die Korrosion in ihren zahlreichen Erscheinungsformen beschäftigt Fachleute und Laien. Um-so wichtiger ist es, die einzelnen Phänomene korrekt und eindeutig zu benennen. Nur so kann man eine saubere Beschreibung der Korrosionsvorgänge erreichen und damit in der wörtlichen und schriftlichen Kommunikation richtig verstanden werden. An zahlreichen Beispielen wird der richtige und normgemäße Sprachgebrauch beschrieben.
Die Korrosion in ihren zahlreichen Erscheinungsformen beschäftigt Fachleute und Laien. Um-so wichtiger ist es, die einzelnen Phänomene korrekt und eindeutig zu benennen. Nur so kann man eine saubere Beschreibung der Korrosionsvorgänge erreichen und damit in der wörtlichen und schriftlichen Kommunikation richtig verstanden werden. An zahlreichen Beispielen wird der richtige und normgemäße Sprachgebrauch beschrieben.
Risiko der Wasserstoffentwicklung an martensitischen Schraubankern unter baupraktischen Bedingungen
(2020)
Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung ob unter praxisrelevanten Bedingungen die Entstehung von Wasserstoff an vollmartensitischen Schraubankern möglich ist. Im Gegensatz zu austenitischen Werkstoffen besteht bei martensitischen Werkstoffen bei Gegenwart von Wasserstoff stets die Möglichkeit einer wasser-stoffinduzierten Versprödung des Materials. Hierfür wurde ein in der Praxis häufig anzutreffendes Szenario gewählt, das ein galvanisches Element, bestehend aus nichtrostenden Schraubankern (in diesem Fall martensitischen) und einer verzinkten Ankerplatte an einem Betonkörper, umfasst. Zum Nachweis einer Wasserstoffentwicklung wird der Elementstrom zwischen den Bauteilen sowie das Korrosionspotential erfasst. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass über eine zeitlich begrenzte Dauer eine starke kathodische Polarisation der martensitischen Schraubanker durch die korrosive Auflösung des Zinks erfolgt. Als Folge kommt es zur Wasserzersetzung im Phasengrenzbereich der Schraubanker und zur Entstehung von atomarem Wasserstoff. Das berechnete Gasvolumen des entstandenen Wasserstoffs an den Stahlankern wurde bestimmt und lag im Mittel bei 11,14 ± 1,94 ml. Eine Diffusion des an der Stahloberfläche adsorbierten Wasserstoffs in den martensitischen Werkstoff ist somit theoretisch möglich und impliziert eine mögliche Gefährdung durch wasserstoffinduzierte Rissbildung und spontanem Versagen unter Belastung.
Das 1988 erstmalig erschienene und bewährte Fachbuch wurde auf den neuesten Stand gebracht und im Rahmen der „Kontakt & Studium“‐Serie der Technischen Akademie Esslingen als Band 243 neu aufgelegt.
In 12 Kapiteln bieten die 12 erfahrenen Autoren einen Überblick über die gebräuchlichsten Formen zerstörungsfreier Prüfverfahren als Grundlage für die Dokumentation der Produktqualität während des gesamten Herstellungsprozesses und deren elementare Bedeutung für die Produkthaftung.
Dieses Lehrbuch dient nicht nur Universitäts‐Studierenden, sondern bietet auch jedem interessierten Leser einen Überblick der gebräuchlichen Verfahren.
Schlosserei‐, Metall‐ und Stahlbaubetriebe müssen seit Juli 2012 für tragende Bauteile aus Stahl und Aluminium, die als Bauprodukte in Verkehr gebracht werden sollen, einen Konformitätsnachweis nach DIN EN 1090‐1 erbringen.
Mit der sechsten Auflage des Normen‐Handbuches „Schweißen im Stahlbau“ setzen das Deutsche Institut für Normung e.V. (DIN) und der Deutsche Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) ihre bewährte Strategie fort, die dieses Thema betreffenden aktuellen Normen und Regelwerke durch J. W. Mußmann in gut aufbereiteter Form kompakt zusammenzustellen.
Polymere sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Häufig haben wir mit Plexiglas, Dichtmassen, Klebestreifen und vielen Verpackungsmaterialien zu tun. Aber auch Spezialanwendungen (z.B. in der Pharmazie) bilden Einsatzbereiche dieser Werkstoffe.
Der Vermittlung der Grundlagen polymerer Werkstoffe in den Studienfächern Chemie, Materialwissenschaften und der Ingenieur‐ und Lebenswissenschaften haben sich die Autoren verschrieben, wobei sie zur verständlichen Anschauung bewusst auf das Beispiel Styrol als „Versuchskaninchen“ zurückgreifen.
Dieses Lehrbuch wird seinem Anspruch gerecht, einen leichten Einstieg in die Polymerwissenschaften zu ermöglichen. Es liefert eine Übersicht über die Polymerklassen Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere mit ihren Eigenschaften und zeigt, welche Synthesestrategie zu dem Produkt mit den gewünschten Eigenschaften führt. Anhand von Beispielen aus dem Alltag werden gängige Vertreter verständlich vorgestellt.
Die Werkstoffklasse der Nichteisenmetalle gewinnt wegen ihrer unzähligen Anwendungsmöglichkeiten nicht nur im Maschinen‐ und Anlagenbau eine immer größere technische und wirtschaftliche Bedeutung, sodass es unabdingbar ist, insbesondere Studierenden der Material‐ und Werkstoffwissenschaften und des Maschinenbaus, den aktuellen Wissensstand auf diesem Gebiet zu vermitteln. Mit dieser Neuerscheinung veröffentlicht der Wiley‐VCH‐Verlag ein solches Lehrbuch. Kompakt und übersichtlich machen die beiden Autoren den Leser in 10 Kapiteln auf verständliche Art mit dieser Thematik vertraut. Dabei kommt ihnen ihre durch langjährige Lehrtätigkeit erworbene didaktische Erfahrung sehr zugute.
Alles in allem bietet dieses Lehrbuch durch seinen von den Natur‐, über Material‐ zu Ingenieurwissenschaften weitgespannten Bogen einen interessanten und übersichtlichen Einstieg in die Welt der am häufigsten verwendeten Nichteisenmetalle, wobei es keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt.
Rezension: Kurzlehrbuch Physikalische Chemie: für natur‐ und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge
(2020)
Wem das Standardwerk der Physikalischen Chemie „Der Atkins“ zunächst zu überwältigend erscheint, dem gelingt mit diesem, nunmehr in der fünften Auflage erschienenen, Kurzlehrbuch sicherlich der Einstig in die Thematik. Studierenden im Bachelor‐ und Mastergang bietet es ein sehr hilfreiches Nachschlagewerk während des Studiums und zur Prüfungsvorbereitung. Die vielfältigen Übungen und Anwendungen am Ende jedes Kapitels, besser gesagt von jedem Fokus, tragen entscheidend zum Verständnis und Überprüfen des Gelernten bei. Sogenannte „Toolkits“ wiederholen an den entsprechenden Stellen inprägnanter Form mathematische Herangehensweisen und Techniken, die das Textverständnis unterstützen. Bei der Überarbeitung der vorherigen Ausgabe flossen nicht nur Anmerkungen von Lehrenden, sondern auch wertvolle Einblicke aus der Sicht der Lernenden, ein, was sich im Aufbau des Buches widerspiegelt.
Dieses didaktisch und inhaltlich sehr gut aufgebaute Lehrbuch erfüllt auf jeden Fall seine Intension und weckt die Neugierde auf das im Frühjahr 2020 erscheinende dazugehörige Arbeitsbuch.
Die von Stephan W. Koch herausgegebene Übersetzung der erweiterten zehnten Auflage von ,,Fundamentals of Physics“ liefert ein Schwergewicht geballten Physikwissens und Übungsmaterial. Die Bücher bieten nicht nur Studierenden hilfreiches Lernmaterial, sondern sind auch für allgemein Physik‐Interessierte ein wertvolles Nachschlagewerk. Wer sich bereits mit dem umfassenderen „großen Bruder“ vertraut gemacht hat und diesen nutzt, findet im Lehrbuch nichts Neues. Jedoch liefert das Übungsbuch im Vergleich zum Arbeitsbuch von 2018 neue und übersichtlichere Übungsbeispiele.
Die neue Auflage wurde didaktisch komplett neu strukturiert und einige Kapitel vollständig überarbeitet. Ein Novum stellt dabei die modulare Organisation dar, bei der jeder Abschnitt mit Lernzielen und Schlüsselideen beginnt. Kontrollfragen im Text tragen entscheidend zum Rekapitulieren des Gelesenen bei. Jedes Kapitel endet mit einer Zusammenfassung und Fragen zum vermittelten Stoff. Als Ergänzung dient das ausführliche Übungsbuch mit Aufgaben und Lösungen zu den jeweiligen Kapiteln des Lehrbuches.
Die 37 Kapitel machen verständlich mit den einzelnen Gebieten der Physik vertraut.
Often 3D‐printing and additive manufacturing are mentioned as the 3rd industrial revolution. In this conjunction this book provides a brief overview on additively manufactured metal pieces.
This book fulfills its intension to serve as an educational guide, providing a holistic picture encompassing science, technology and applications for the real‐life use of Metal Additive Manufacturing.
This book grew out of a course on polymer coatings held by the author at the university. It shall serve as an introduction to the wide field of polymer coatings. It is not intended to cover completely all facts on polymer coatings.
All chapters are well structured. Selected figures and formulas illustrate the content and contribute to a good understandability. At the end of each chapter some hints for further reading are provided.
Finally, the book fulfills its intention to introduce into the topic by providing basics on science and technology of polymer coatings, suitable for chemists in industry, materials scientists, polymer chemists and physical chemists.
Since nanoscience has a tremendous impact on the development of electrochemistry, Wiley‐VCH paid attention to that by publishing thisbook as volume 17 within the series “Advances in Electrochemical Science and Engineering”.
This collection of “nanoaspects”on electrodes provides a helpful overview on principles and current findings to readers interested in such applications. It fulfills its intention of being “a valuable resource for researchers working in such fields as electrochemistry, materials science, spectroscopy, analytical and medicinal chemistry”.
Since data processing has now also found its way into materials science, there has been a great demand from users for a corresponding textbook. This book provides a guide to the latest advances of materials informatics and data mining for materials science. 46 authors introduce readers to methods, present tools and case studies to illustrate the power of materials informatics within this new field of application.
This concise reference book,consisting of 2 volumes, provides “key scientific and technical properties and data” for “materials scientists, metallurgists, engineers,chemists, and physicists as well as academic staff, technicians, and students” dealing with such kind of materials.
Within its 3rd edition the previous work was extended by a chapter on occupational health and safety issues of materials, beside of the update of whole content. Within 22 chapters materials properties and data are summarized in many tables. Some facts are illustrated by drawings and diagrams for better understandability. Each chapter ends with a part on further reading arranged accordingly.
The first edition of this book, published within the series “Materials Science – Metals and Alloys”, provides broad knowledge of this interesting and widely applied metal from manufacturing and production to finishing and application in 13 chapters, written by 29 contributors. Each chapter is separately concluded and ends with references used.
This book fulfills its intention of conveying comprehensive and cutting‐edge knowledge of magnesium alloys. It is useful for practicing engineers, researchers and students searching for an instructional and reference source.
Currently, storage of electric energy is becoming more and more interesting in terms of applicability and efficiency. One way is the electrochemical storage by already well‐developed battery‐systems. This textbook provides an introduction into physical and chemical processes necessary for battery application.
This book fulfills its intension to serve graduate students of electrical engineering as an introduction into the field of batteries. Even students and interested readers of other faculties might find an introduction in physical and chemical background of batteries.
This book introduces to aspects to be considered when dealing with coatings and linings. Philip A. Schweitzer covers and compares a variety of specific coatings and their applications. In 18 chapters he divided the content into two main parts: linings and coatings.
All professionals involved in design and maintenance processes get by this book a compact survey of necessary considerations which needs to be done when applying surface protection measures. The literature references at the end of some chapters support the readers finding additional information about the special topic, mainly written by the author himself. Since this newly issued paperback edition is a 1:1 re‐print of the 2001 hardcover version, neither current publications are referenced, nor revisions were made.
This paperback issue of the 2007 hardcover version within the “Corrosion Engineering Handbook” series presents various materials and methods for controlling and protecting against corrosion instead of using expensive alloys to construct a tank or processing vessel.
This book is a very comprehensive collection of the current knowledge about applied linings and coatings. So, it fulfills its intension, “that regardless of what is being built, … information for … whoever is responsible for the selection of material of construction will be found in this book to enable them to avoid unnecessary loss of material through corrosion”, to a very large extent.
This edition, published as first issue within the series “Corrosion Atlas”, provides 181 corrosion case studies, collected from 29 contributors.
These Corrosion Atlas Case Studies provide a helpful tool required for engineers in their daily life to quickly determine and solve their equipment's corrosion problems by compact theoretical background and vivid examples. It fulfills the intension of the editors to be “the first centralized collection of case studies containing challenges paired directly with solutions together in one location”.
In 2019 CRC Press published the “Concrete Repair to EN 1504” as paperback. This issue does not differ in terms of content from the hardback publication of 2014. Like the previous version, the book covers both detailed background information on repair procedures of reinforced concrete structures and provides a reference work for technicians and people who are involved with the maintenance of these structures, according to EN 1504.
The book presents a high number of figures and tables, i.e., approximately one illustration per page.
For readers who prefer a more comfortable to handle paperback, the book is recommended; however, the hardback from 2014 is still up‐to‐date.
his fully updated examination of sustainable processes for gaseous and liquid biofuels production, published for the second time within the series “Biomass, Biofuels, Biochemicals”, provides 33 contributions made by 120 authors. They present a holistic view of biofuels in research, operation, scale‐up and application. Comparing to the first edition, all chapters have been updated and new chapters covering topics of current interest, including sustainability and biohydrogen have been added.
By its wide overview on existing technologies, this book provides state‐of‐the‐art information and knowledge to the desired readership, like post‐graduates, researchers in the area of biofuels, wastewater treatment, alternate energy sources, renewable energy from biomass, chemical and biochemical engineers, microbiologists, biotechnologists working in academic and research institutes as well as in industry and governmental agencies.
This book by Scrivener Publishing contains 14 chapters written by 82 leading scientists, experienced in the field of coatings. They demonstrate mechanisms, usage and manipulation of cutting‐edge coating methods. Each chapter is well structured and ends with a conclusion, highlighting the content. The book is divided into 3 parts: “Materials and Methods”, “Coating Materials Nanotechnology” and “Advanced Coating Technology and Applications”.
Finally, this book provides a comprehensive insight into innovative research in advanced coating materials and state‐of‐the‐art technologies, without being a real textbook. It fulfills its intension of being beneficial both for technicians and scientists.
Polyaniline/Silicon Dioxide Composite-Based Coating for Corrosion Protection in Geothermal Systems
(2020)
Geothermal energy is one of the cleanest renewable alternatives to reduce the dependency on fossil fuel [1, 2]. Despite its promising future, its implementation faces various challenges, one of them being corrosion processes. To implement this energy, hot fluids are pumped from a geothermal well. These hot fluids originate from deep within the earth, so consist of different ionic species and gases in a wide range of temperatures, which lead to their corrosive nature. In terms of geothermal energy resources, Indonesia is at the forefront, with the highest preserved geothermal energy in the world of about 29 GWe and 312 potential geothermal locations [3]. Geothermal wells in Sibayak (North Sumatera), Indonesia, belong to young stratovolcanoes and have operating temperatures varying from 36 °C at the near ground surface to 310 °C at the bottom of the well, which is liquid-dominated with acidic and saline properties [4, 5]. Therefore, this geothermal fluid creates an aggressive environment that is conducive to corrosion of the powerplant infrastructure.
Parts of the geothermal powerplant infrastructure, such as pipelines and heat exchangers, are commonly made of metals, e.g. carbon steel and stainless steel. Consequently, they may undergo corrosion and scaling when exposed to the geothermal fluid, especially for carbon steel. To ensure the safety and longevity of a geothermal powerplant, the infrastructure is constructed of expensive corrosion resistant alloys [6–10], e.g., titanium and Ni-Cr based alloys, or carbon steel which needs to be protected by coatings or inhibitors.
To address the corrosion of carbon steel in the geothermal environment, artificial geothermal water was used to simulate a geothermal well in Sibayak, Indonesia, with pH 4 and a saline composition of 1,500 mg/l Cl-, 20 mg/l SO42-, 15 mg/l HCO3-, 200 mg/l Ca2+, 250 mg/l K+, and 600 mg/l Na+. Carbon steel underwent the most severe corrosion at 150°C in an oxygen-containing solution with a corrosion rate of 0.34 mm/year, which is approximately ten times higher than that in the absence of dissolved oxygen. In all conditions, pitting corrosion was observed, which necessitate a protection strategy on carbon steel. In order to promote a cost effective and locally available option, this work focused on an easily applicable coating which utilized local resources.
Toward developing such protective coating based on the locally available resources in Indonesia which can yield good corrosion resistance and thermal stability in geothermal environment, two additional components, i.e. polyaniline (PANI) and silicon dioxide, were used to modify an alkyd-based commercial coating. The selection of the alkyd-based coating as a matrix focused on the industrial convenience basis, where the coating application procedure should be simple and easy to apply within reasonable costs. The alkyd-based coating underwent severe blistering when exposed to the artificial geothermal water at 70 and 150°C due to the reaction between CaCO3 (as one of its components) and the artificial geothermal water, as well as a possible alkyd hydrolysis in the initial stage of exposure. In the oxygen-free solution, the degradation was controlled by chemical and thermal reactions, whereas in the aerated condition, oxidization at the coating surface further accelerated polymer degradation.
PANI was chosen as one of the anticorrosion pigments which was widely developed over the past decades. To investigate the interaction between PANI and the artificial geothermal water, PANI film was electrochemically deposited on the carbon steel surface and exposed to the artificial geothermal water. Electrochemically synthesized oxalate-doped PANI was protective against corrosion of carbon steel in artificial geothermal water at room temperature. The mechanism involved an exchange of electroactive species within the coating layer, as confirmed by electrochemical impedance spectra. Interaction of ionic species, such as Cl-, Na+, Ca2+ from the artificial geothermal water, with the outer layer of PANI is suggested both at 25°C and 150°C, based on the EDX spectra of the coating surface after exposure to the artificial geothermal water. Thus, the protection mechanism of PANI is not solely based on the physical barrier layer properties, but rather associated with the redox mediated properties of PANI, which selectively allow ionic species intrusion from the electrolyte into the PANI layer. Although PANI is a promising candidate as an anticorrosion coating, its morphological characterization reveals that electrochemically deposited PANI is not stable for an application at 150°C. Therefore, another approach was used to promote better protective behavior of PANI by dispersing chemically synthesized PANI in the alkyd-based coating.
To enhance the thermal stability of the coating, silicon dioxide (SiO2) was added, which was able to prolong the sustainability of coated metals until 28 days compared to the unmodified alkyd-based coating, which underwent a change in color to brown/orange only within 7 days of exposure. This improvement might be associated with the role of SiO2 to proportionate the thermal expansion coefficient of the coating system to be compatible with that of carbon steel. Although the coating is thermally enhanced, the electrolyte might still intrude through the coating resulting in the change of coating color after 28 days of exposure in the artificial geothermal water. When PANI was added, the coating system provided an active corrosion protection on the carbon steel surface. The chemical and morphological characterization of the PANI-alkyd and SiO2-alkyd coating system showed that coatings were improved, and no blisters were observed, albeit the degradation continued. Based on the results of exposure tests, the combined coating system was further investigated.
The combinational coating of PANI/SiO2-alkyd was used with 2 wt% of PANI and 15 wt% of SiO2. Electrochemical tests indicated cathodic protection at 150°C, as the Ecorr of PANI/SiO2 remained approximately 400 mV lower than the carbon steel potential. The impedance spectra of the combinational coating of PANI/SiO2 showed a continuous decrease in the absolute impedance value over time. A significant decrease was observed within one day of exposure, followed by a slow gradual decrease, which might be associated with water absorption in the coating. FTIR spectra revealed that several peaks associated with the organic portion of the coatings were reduced after the specimens were exposed for 6 months. However, the absorption peaks related to the inorganic portion of the coatings remained stable until 6 months. Morphological characterization of the combinational coating of PANI/SiO2 showed that there were no blisters or significant discoloration of coatings after long-term exposure for 6 months in artificial geothermal water at 150°C, indicating that the chemical degradation does not significantly affect the functionality of the coating. This clearly shows the durability of PANI/SiO2 coating in the geothermal condition, suggesting that this coating can be used for such geothermal application. However, further testing of this coating should be conducted in a real geothermal environment on-site to ensure safety and viability.
Der Vortrag stellt eine Ergebniszusammenfassung des WIPANO-Vorhabens GELELEK im Hinblick auf eine Normung dar. Dafür wird das Projekt zunächst kurz vorgestellt, um anschließend auf normungsrelevante Parameter einzugehen. Dazu gehören insbesondere die Umgebungs- und Messbedingungen, die Herstellungsparameter der Gelpads, das Messverfahren selbst sowie die messbaren Proben. Ein erster Ausblick auf den Normvorschlag wird gegeben.
Die Korrosionsbeständigkeit und die Dauerhaftigkeit von Zink und Zinküberzügen an der Atmosphäre sind direkt mit der Bildungs- und Auflösungskinetik von schützenden Deckschichten aus festhaftenden Korrosionsprodukten verknüpft. Bei einem optimalen Zusammenwirken und einer günstigen Abfolge von atmosphärischen Einflussfaktoren bilden sich gut schützende, bei Feuchtigkeitszutritt nahezu unlösliche Deckschichten aus. Art und Eigenschaften der gebildeten Deckschichten hängen dabei insbesondere von den Luftinhaltsstoffen der Einsatzumgebung sowie von spezifischen Temperatur-Feuchte-Zyklen ab. Dabei besteht das Problem, dass sich die klimatischen Bedingungen und infolge auch die Deckschichtbildungsreaktionen bei Zink an der Atmosphäre im Laufe der letzten Jahrzehnte stark geändert haben.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die systematische Untersuchung und Beschreibung von Korrosions- und Deckschichtbildungsvorgängen bei Reinzink unter den aktuell in der Bundesrepublik Deutschland vorherrschenden klimatischen Bedingungen. Die Untersuchungen zielen in ihrer Gesamtheit auf das Hinterfragen aktueller und die Etablierung neuer Betrachtungsweisen zur Deckschichtbildung bei Reinzink unter atmosphärischen Korrosionsbedingungen ab und sollen damit einen wesentlichen Beitrag für das Verständnis des Korrosionsschutzes durch Zink und Zinküberzüge liefern. Dabei wurde der Fokus insbesondere auf das Anfangsstadium der Deckschichtbildung gelegt. Eine systematische Untersuchung dieses Zeitraums, der von sehr reaktiven Deckschichten geprägt ist, wurde erst durch den gezielten Einsatz gelartiger Elektrolyte ermöglicht.
Die Untersuchungen und Ausführungen im Vortrag belegen, dass verfügbare Modellvorstellungen zur Beschreibung der Deckschichtbildung und Korrosion von Zink unter aktuellen atmosphärischen Bedingungen in Europa nicht mehr gültig sind und neu bewertet werden müssen. So können beispielsweise bisher verfügbare Prognosemodelle den Korrosionsfortschritt nicht mehr ausreichend beschreiben, da durch die Verringerung des Schwefeldioxidgehaltes der Luft veränderte Mechanismen vorliegen.
The aim of the work presented was the evaluation of corrosion resistance
of various materials in geothermal Waters as a base to create a catalogue of suitable materials for applications in (not only) German geothermal power plants.
Users shall be enabled to have a basis for designing such facilities. High alloyed corrosion resistant alloys are suitable and do not cause copper or lead deposition. They shall be chosen for future design of the piping system, either in massive or in cladded form, if crevices formation with non-metallic materials can be prevented!
In der aktuellen RL-SIB wie auch im Gelbdruck der Instandhaltungsrichtlinie ist bei Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. Verfahren 8.3 der Erfolg der Maßnahme durch Einbau und Messung von Korrosionsstrom-Mess-Einrichtungen nachzuweisen. Auch wird bei der Instandsetzung von chloridbelasteten Rissen bei Stahlbetonbauteilen durch Verpressen der Risse bzw. Aufbringen einer Rissbandage ein Korrosionsmonitoring empfohlen. Anerkannte Regelwerke oder Normen über Art und Aufbau des Monitoring-Systems sowie Kriterien zur Bewertung der Messergebnisse im Hinblick auf den Erfolg der Instandsetzungsmaßnahme gibt es derzeit nicht. Auch sind keine Untersuchungen zur Qualität der Messergebnisse veröffentlicht. Ziel des Vorhabens ist die Ausarbeitung eines Regelwerks-Entwurfes für die Art und den Aufbau von Korrosionsmonitoring-Systemen sowie für Kriterien zur zuverlässigen Bewertung der Messergebnisse, mit denen der Erfolg bei folgenden Instandsetzungskonzepten überprüft werden kann.
The corrosion resistance of aluminium surfaces is closely linked to the surfacecstate after a grinding process. For years, iron‐containing abrasive materials were suspected to lead to increased corrosion susceptibility after processing of aluminium surfaces. To prove a possible correlation between the iron content of an abrasive and the corrosion behaviour of aluminium components, scientific investigations and experimentally practical corrosion tests are necessary.
For the current investigation, specimens of a technical Al‐Si alloy from the same batch were used. The test specimens were mechanically ground with various resin‐bonded model abrasives containing different iron contents. The performed corrosion tests did not reveal a negative influence of the different iron‐containing abrasives on the corrosion behaviour of the Al–Si alloy.
However, the most sensitive measuring method (electrochemical noise)
showed differences in the surface activity depending on the type of abrasive.
Indonesien gilt aufgrund seiner vielen Vulkane als einer der Hotspots für Geothermie. Doch Salz und Hitze setzen den Geothermie‐Anlagen zu und gefährden ihre Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Ein Team an der BAM hat günstigen, lokal verfügbaren Baustahl jetzt so beschichtet, dass ein nachhaltiger und sicherer Betrieb der Geothermie‐Kraftwerke möglich ist ‐ auch unter Extrembedingungen.
Das BAM‐Team will das Beschichtungssystem nun den Anwendern in Indonesien zur Verfügung stellen, damit es unter Realbedingungen in einem Geothermie‐Kraftwerk getestet werden kann. Der Schutz vor Korrosion ist mitentscheidend, weil sie die Lebensdauer dieser Kraftwerke bestimmt. Unsere Arbeit könnte die Effizienz der Energieproduktion mit Geothermie wesentlich verbessern.
Aufgrund der stark korrosiven Atmosphäre in Tunnelbauwerken kommt es aufgrund von Reinigungs- und Sanierungsmaßnahmen an Ein- und Anbauteilen aus nichtrostendem Stahl häufig zu wartungsbedingten Verkehrsbeeinflussungen und Tunnelsperrungen. Bislang ist nur eine kleine Gruppe rostfreier Edelstähle für die Verwendung in Tunnelbauwerken zugelassen. Im Sinne einer mittel- bis langfristigen Reduktion von Wartungsarbeiten besteht jedoch großes Interesse, die Einsatzmöglichkeiten alternativer nichtrostender Stähle zu erhöhen. Ziel ist die Qualifizierung ferritischer-austenitischer Stähle.
Erste Untersuchungen nach 2 Jahren Auslagerung zeigten bisher vielversprechende Ergebnisse.
Im DGMK-Projekt 780 wurde eine forcierte Prüfmethode entwickelt zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten. Bei der Prüfmethode werden Proben des Werkstoffes in einem speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Die Prüfmedien decken für den FAME-Anteil einen Bereich von bis zu 20 % (V/V) ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit dem B20 erhaltenen Werkstoffbeständigkeiten gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis zu 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe aber nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäischen Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Im Vorhaben wurde eine forcierte Prüfmethode zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten, entwickelt. Bei der Prüfmethode werden Prüfkörper des jeweiligen Werkstoffes in speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Diese Prüfmedien erfassen die Effekte der Alterung des FAME, die zu erwarten sind, wenn der Brennstoff länger als 2 Jahre im Feld lagert. Sie decken den Bereich bis 20 % (V/V) FAME-Anteil ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Werkstoffe wurden auch in einem 1 Jahr gealterten B20 und einem 8 Jahre gealtertem B10 ausgelagert. Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit B20 erhaltenen Bewertungen gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe jedoch nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäische Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Early Stage of Corrosion Formation on Pipeline Steel X70 Under Oxyfuel Atmosphere at Low Temperature
(2020)
The early stage of corrosion formation on X70 pipeline steel under oxyfuel atmosphere was investigated by applying a simulated gas mixture (CO2 containing 6700 ppmv O2, 100 ppmv NO2, 70 ppmv SO2 and 50 ppmv H2O) for 15 h at 278 K and ambient pressure. Short-term tests (6 h) revealed that the corrosion starts as local spots related to grinding marks progressing by time and moisture until a closed layer was formed. Acid droplets (pH 1.5), generated in the gas atmosphere, containing a mixture of H2SO4 and HNO3, were identified as corrosion starters. After 15 h of exposure, corrosion products were mainly X-ray amorphous and only partially crystalline. In-situ energy-dispersive X-ray diffraction (EDXRD) results showed that the crystalline fractions consist primarily of water-bearing iron sulfates. Applying Raman spectroscopy, water-bearing iron nitrates were detected as subordinated phases. Supplementary long-term tests exhibited a significant increase in the crystalline fraction and formation of additional water-bearing iron sulfates. All phases of the corrosion layer were intergrown in a nanocrystalline network. In addition, numerous globular structures have been detected above the corrosion layer, which were identified as hydrated iron sulphate and hematite. As a type of corrosion, shallow pit formation was identified, and the corrosion rate was about 0.1 mma−1. In addition to in-situ EDXRD, SEM/EDS, TEM, Raman spectroscopy and interferometry were used to chemically and microstructurally analyze the corrosion products.
Since geothermal wells are a feasible energy source to replace fossil fuel supply, many technologies have been developed to take advantage of geothermal energy. Nevertheless, service conditions in geothermal facilities are in many cases extreme in terms of corrosion due to the chemical composition of hydrothermal fluids and temperatures. Therefore, materials selection based on preliminary material qualification is essential to guarantee a secure and reliable operation of the facilities. During operation of a geothermal research facility in Groß Schönebeck copper and lead effects have been found downhole. Occurring mechanisms and measures to prevent precipitation or scaling needed to be investigated as well as potential influences of such precipitates on corrosion resistance of metallic materials used for equipment.
This contribution deals with the evaluation of the corrosion behavior of carbon steel and corrosion resistant alloys in copper and/or lead containing artificial geothermal water, simulating the conditions in the Northern German Basin.
The behavior of these materials in an artificial geothermal water obtained by electrochemical measurements and exposure tests are presented. While carbon steel exhibits precipitation and deposition, higher alloyed material shows different response to such species and a higher resistance in saline geothermal water.
Basing on these results the suitability of the investigated corrosion resistant alloy is given for use in such conditions, whereas carbon steel creates difficulties due to its susceptibility to Cu- and Pb-precipitation.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for 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 the following recommendations for certain parts. Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv).
Corrosion rates increase with increasing water content (0.2 – 20 mm/a).
Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents.
A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content.
Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications.
Low alloyed steels showed better corrosion behavior (predictable uniform corrosion).
For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) is a promising technology to reach the target for reduction of CO2 emissions. Crucial points for a sustainable and future-proof CCUS system are reliability and cost efficiency of the whole process chain, including separation of CO2 from the source, compression of CO2, its subsequent transportation to the injection site and injection into geological formations, e.g. aquifers. Recent studies have shown that even at a very low concentration of impurities, condensation of sulfuric and nitric acids in dense phase CO2 are possible and observable. Thus, impact of impure CO2 stream toward corrosion susceptibility of materials to be used in CCUS system need to be considered. In this talk, basing on results achieved from two German long-term projects (COORAL and CLUSTER), the dominating impurities of the CO2 stream and corrosion mechanisms are addressed. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide a material recommendation for certain parts.
Chloride contents at the steel–mortar interface that initiate steel corrosion were determined for carbon steel in alkali‐activated fly ash mortar for three different exposure conditions: exposure to 1 M NaCl solution; leaching in deionized water and then exposure to 1 M NaCl solution; and leaching in deionized water, aging in air at 20°C and natural CO2 concentration, and then exposure to 1 M NaCl solution. For comparison, a Portland cement mortar, exposed to 1 M NaCl solution, was studied. The median values of the corrosion‐initiating chloride contents (average over the full length of the rebar) in the alkali‐activated fly ash mortar varied between 0.35 and 1.05 wt% Cl with respect to binder, consistently lower than what was obtained for the Portland cement mortar, but with no clear trend regarding the exposure conditions. For most of the alkali‐activated fly ash mortar specimens, preferential corrosion at the connection between the working electrode and the external measurement setup was observed, while preferential corrosion did not occur for the Portland cement mortar. Scanning electron microscopy and auxiliary experiments in synthetic solutions indicated that this behavior was caused by inhomogeneities at the steel–mortar interface in the alkali‐activated mortar, likely due to its peculiar rheological properties in the fresh state.
Für Bauteile (Komponenten) von Versorgungsanlagen für flüssige Brenn- und Kraftstoffe muss die Beständigkeit der metallenen Werkstoffe und Polymere nachgewiesen werden. Im Anwendungsfall von Heizöl mit 20 % biogenen Anteilen in Form von Rapsölfettsäuremethylester (FAME, Biodiesel) ist es für eine konservative Beurteilung des Korrosionssystems Werkstoff/Medium/Umgebung wichtig, die Alterungseffekte des Mediums einzubeziehen.
Entwicklung eines Prüfverfahrens für die Untersuchung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen und Polymeren in Heizöl und Heizöl-Biodiesel-Blends, das für eine Vorauswahl der Werkstoffe und zum Nachweis der Beständigkeit im Hinblick auf die bauaufsichtlichen Zulassungsverfahren geeignet ist. Ein Schwerpunkt wird bei den metallenen Werkstoffen auf der Erprobung von Messmethoden liegen, mit denen sich in kurzer Versuchszeit ein Korrosionsangriff detektieren lässt.
Der Vortrag stellt ein neuartiges Korrosionsprüfverfahren für Zinküberzüge auf Basis gelartiger Elektrolyte vor und führt die Vorteile gegenüber konventionellen Prüfverfahren auf. Basierend auf den Ergebnissen wird die Idee für einen IGF-Projektantrag in Kooperation mit dem Fraunhofer IKTS vorgestellt.
Der Vortrag berichtet über die Auslagerung von Standardproben nach DIN EN ISO 9223 bis 9226 aus Zink, Stahl, Kupfer und Aluminium auf den verschiedenen atmosphärischen Bewitterungsständen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Vortrag werden die Masseverluste, Korrosionsgeschwindigkeiten und Korrosivitätskategorien der Standardproben im freibewitterten und überdachten Bereich nach einem Jahr vorgestellt und Unterschiede hinsichtlich der Atmosphärenbedingungen aufgezeigt. Freibewitterte Proben zeigen dabei deutliche Unterschiede hinsichtlich ihres Korrosionsverhaltens im Vergleich zu überdachten Proben. Die ermittelten Korrosivitätskategorien sind sowohl standort- als auch materialspezifisch.