TY - THES

T1 - Untersuchung des Oxidationsverhaltens von Aluminiumlegierungsschmelzen unter verschiedenen Atmosphären

AU - Doppermann, Simon

N1 - gesperrt bis 14-05-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Im Rahmen des Green Deal fordert die EU-Kommission die Klimaneutralität für die gesamte europäische Union bis zum Jahr 2050. Eine Möglichkeit, um dieses Ziel in Aluminiumgießereien zu erreichen, ist der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff anstelle von Erdgas. Die Umstellung von fossilen Energiequellen auf H2 in den Schmelz- und Gießaggregaten wäre mit einer deutlichen Verringerung des CO2-Fußabdruckes verbunden. Bei der Verfeuerung von Wasserstoff kommt es gegenläufig jedoch zu einem deutlichen Anstieg der Wasserdampfkonzentration in der Ofenatmosphäre. Bisher ist unerforscht, wie sich eine solche Veränderung auf die Krätzebildung auswirkt. In dieser Arbeit findet daher eine Untersuchung des Oxidationsverhaltens verschiedener Aluminiumlegierungsschmelzen unter verschiedenen simulierten Brenneratmosphären mit Wasserdampfkonzentrationen zwischen 13 Vol.-% und 89 Vol.-% statt. Zu diesem Zweck erfolgt das Schmelzen und Halten von Proben mit einer Masse von rund 60 g in einem elektrisch beheizten Kipptiegelofen bei 850 °C unter verschiedenen Versuchsatmosphären, welche sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung an industriellen Öfen orientieren. Im Wesentlichen findet ein Vergleich zwischen den Abgasatmosphären der Verbrennungsreaktionen Erdgas + Luft, Wasserstoff + Luft und Wasserstoff + Sauerstoff statt. Die Charakterisierung erfolgt mittels gravimetrischer Auswertungen, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Die Ergebnisse bestätigen einen Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Ofenatmosphäre und dem Oxidationsverhalten von Al-Legierungen. Tendenziell kommt es zu einer Verringerung der Oxidation mit steigendem H2O-Gehalt. Die durchgeführten REM-Analysen lassen vermuten, dass erhöhte Wasserdampfkonzentrationen in der Versuchsatmosphäre zu einer Stabilisierung der ersten gebildeten MgO-Schicht führen. In weiterer Folge schützt diese die Schmelze vor weiterer Oxidation. Darüber hinaus zeigt sich kein weitere oxidationshemmende Wirkung unter Anwesenheit von Kohlenstoffdioxid. Es kann daher vermutet werden, dass bei industriellem Einsatz von H2 anstelle von CH4 als Brennstoff nicht mit erhöhter Krätzebildung in den Öfen zu rechnen ist.

AB - Im Rahmen des Green Deal fordert die EU-Kommission die Klimaneutralität für die gesamte europäische Union bis zum Jahr 2050. Eine Möglichkeit, um dieses Ziel in Aluminiumgießereien zu erreichen, ist der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff anstelle von Erdgas. Die Umstellung von fossilen Energiequellen auf H2 in den Schmelz- und Gießaggregaten wäre mit einer deutlichen Verringerung des CO2-Fußabdruckes verbunden. Bei der Verfeuerung von Wasserstoff kommt es gegenläufig jedoch zu einem deutlichen Anstieg der Wasserdampfkonzentration in der Ofenatmosphäre. Bisher ist unerforscht, wie sich eine solche Veränderung auf die Krätzebildung auswirkt. In dieser Arbeit findet daher eine Untersuchung des Oxidationsverhaltens verschiedener Aluminiumlegierungsschmelzen unter verschiedenen simulierten Brenneratmosphären mit Wasserdampfkonzentrationen zwischen 13 Vol.-% und 89 Vol.-% statt. Zu diesem Zweck erfolgt das Schmelzen und Halten von Proben mit einer Masse von rund 60 g in einem elektrisch beheizten Kipptiegelofen bei 850 °C unter verschiedenen Versuchsatmosphären, welche sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung an industriellen Öfen orientieren. Im Wesentlichen findet ein Vergleich zwischen den Abgasatmosphären der Verbrennungsreaktionen Erdgas + Luft, Wasserstoff + Luft und Wasserstoff + Sauerstoff statt. Die Charakterisierung erfolgt mittels gravimetrischer Auswertungen, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Die Ergebnisse bestätigen einen Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Ofenatmosphäre und dem Oxidationsverhalten von Al-Legierungen. Tendenziell kommt es zu einer Verringerung der Oxidation mit steigendem H2O-Gehalt. Die durchgeführten REM-Analysen lassen vermuten, dass erhöhte Wasserdampfkonzentrationen in der Versuchsatmosphäre zu einer Stabilisierung der ersten gebildeten MgO-Schicht führen. In weiterer Folge schützt diese die Schmelze vor weiterer Oxidation. Darüber hinaus zeigt sich kein weitere oxidationshemmende Wirkung unter Anwesenheit von Kohlenstoffdioxid. Es kann daher vermutet werden, dass bei industriellem Einsatz von H2 anstelle von CH4 als Brennstoff nicht mit erhöhter Krätzebildung in den Öfen zu rechnen ist.

KW - Aluminum

KW - Oxidation

KW - Hydrogen

KW - Decarbonization

KW - Aluminium

KW - Oxidation

KW - Wasserstoff

KW - Dekarbonisierung

M3 - Masterarbeit

ER -