TY - THES

T1 - Hochtemperaturoxidation von Stahl unter wasserdampfhaltigen Atmosphären

AU - Stelzer, Lukas

N1 - gesperrt bis 01-03-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Der Einfluss von wasserdampfhaltigen Atmosphären auf die Hochtemperaturoxidation im Temperaturbereich von 900 °C bis 1200 °C von Reineisen und Fe-Si Legierungen mit bis zu 3,2 % Silizium wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Entsprechend den Erkenntnissen aus der Literatur beeinflusst Wasserdampf die Diffusionsvorgänge und das plastische Verhalten der sich bildenden Oxidschicht. Um gezielte experimentelle Untersuchungen der Hochtemperaturoxidation unter Laborbedingungen durchzuführen, wurden drei neue Laborgeräte in Betrieb genommen: ein Wasserdampfgenerator zur Gasbefeuchtung, ein geeigneter Ofen für die Simultane-Thermische-Analyse und ein Massenspektrometer zur Gasanalyse. Mehr als 40 thermogravimetrische (TG) Untersuchungen zwischen 900 und 1200 °C unter trockener synthetischer Luft und unter wasserdampfhaltigen N2-O2-H2O bzw. N2-H2O Gasmischungen wurden durchgeführt. Metallografische Untersuchungen zeigten, dass sich eine unter trockenen Atmosphären auftretende Abhebung der Oxidschicht im Versuch unter Wasserdampfatmosphären mit steigendem H2O-Gehalt stark verringert. Aufgrund des besseren Kontakts an der Metall-Oxid-Grenzfläche und des höheren Stofftransportes resultiert daraus eine erhöhte Gesamtoxidation von Reineisen. Auf die Hochtemperaturoxidation von Fe-3,2%Si Legierungen zeigte eine Wasserdampfbeladung von synthetischer Luft keinen wesentlichen Einfluss. Aus den Ergebnissen der TG-Untersuchungen wurden die relevanten Oxidationsparameter bestimmt und in einem kinetischen Gesetz zusammengefasst. Dieses bietet die Möglichkeit die Massenänderungen und Oxidschichtdicken von vergleichbaren Oxidationsversuchen zu berechnen. Diese Formeln funktionieren zuverlässig für Reineisen unter trockener und wasserdampfbeladener synthetischer Luft. Abschätzungen für Eisen-Silizium-Legierungen sind grundsätzlich möglich, zur Erhöhung der Genauigkeit sind weitere experimentelle Ergebnisse notwendig.

AB - Der Einfluss von wasserdampfhaltigen Atmosphären auf die Hochtemperaturoxidation im Temperaturbereich von 900 °C bis 1200 °C von Reineisen und Fe-Si Legierungen mit bis zu 3,2 % Silizium wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Entsprechend den Erkenntnissen aus der Literatur beeinflusst Wasserdampf die Diffusionsvorgänge und das plastische Verhalten der sich bildenden Oxidschicht. Um gezielte experimentelle Untersuchungen der Hochtemperaturoxidation unter Laborbedingungen durchzuführen, wurden drei neue Laborgeräte in Betrieb genommen: ein Wasserdampfgenerator zur Gasbefeuchtung, ein geeigneter Ofen für die Simultane-Thermische-Analyse und ein Massenspektrometer zur Gasanalyse. Mehr als 40 thermogravimetrische (TG) Untersuchungen zwischen 900 und 1200 °C unter trockener synthetischer Luft und unter wasserdampfhaltigen N2-O2-H2O bzw. N2-H2O Gasmischungen wurden durchgeführt. Metallografische Untersuchungen zeigten, dass sich eine unter trockenen Atmosphären auftretende Abhebung der Oxidschicht im Versuch unter Wasserdampfatmosphären mit steigendem H2O-Gehalt stark verringert. Aufgrund des besseren Kontakts an der Metall-Oxid-Grenzfläche und des höheren Stofftransportes resultiert daraus eine erhöhte Gesamtoxidation von Reineisen. Auf die Hochtemperaturoxidation von Fe-3,2%Si Legierungen zeigte eine Wasserdampfbeladung von synthetischer Luft keinen wesentlichen Einfluss. Aus den Ergebnissen der TG-Untersuchungen wurden die relevanten Oxidationsparameter bestimmt und in einem kinetischen Gesetz zusammengefasst. Dieses bietet die Möglichkeit die Massenänderungen und Oxidschichtdicken von vergleichbaren Oxidationsversuchen zu berechnen. Diese Formeln funktionieren zuverlässig für Reineisen unter trockener und wasserdampfbeladener synthetischer Luft. Abschätzungen für Eisen-Silizium-Legierungen sind grundsätzlich möglich, zur Erhöhung der Genauigkeit sind weitere experimentelle Ergebnisse notwendig.

KW - Oxidation

KW - Wasserdampf

KW - Thermogravimetrie

KW - Kinetik

KW - Silizium

KW - Reineisen

KW - oxidation

KW - water vapor

KW - thermogravimetry

KW - kinetics

KW - silicon

KW - pure iron

M3 - Masterarbeit

ER -