Einfluss von Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram auf die Hochtemperaturchlorbeständigkeit NiAl-basierter Werkstoffe und Beschichtungen

Chlorhaltige Prozessumgebungen führen an den meisten Werkstoffen bei hohen Temperaturen sehr schnell zu schweren Korrosionsschäden. Während in sauerstoffreichen Hochtemperaturprozessen die Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe üblicherweise durch die Bildung dichter oxidischer Deckschichten erreicht werden kann, wird das Wachstum dieser Schichten bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chlor durch das Abdampfen flüchtiger Metallchloride bzw. -oxychloride gestört.

Aufgrund der bekannt langsamen Korrosionskinetik verschiedener Refraktärmetalle (Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram) wurde in Korrosionsversuchen deren Auswirkung auf die Hochtemperaturchlorbeständigkeit von NiAl bzw. von Nickelbasislegierungen untersucht. Dabei zeigte sich, dass bereits geringste Refraktärmetallkonzentrationen (< 1at%) in NiAl die Korrosionsgeschwindigkeit in einer Luftatmosphäre mit 10% Chlorgehalt bei 1000°C um ein Vielfaches herabzusetzen vermögen. Die Refraktärelemente förderten die Bildung einer oberflächlichen Aluminiumoxidschicht, die das weitere Abdampfen von flüchtigen Korrosionsprodukten stark verlangsamte.

Basierend auf den Versuchen sowie auf einer Sammlung von Literaturdaten wird in dieser Arbeit ein Modell vorgestellt, das die kinetischen Vorgänge an der Metalloberfläche beschreibt. Damit kann die Abhängigkeit des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes in der Hochtemperaturchlorkorrosion von Metallen und Legierungen beschrieben werden. In Kombination mit den vorgestellten Versuchsergebnissen werden so neue Erkenntnisse über die bei der Hochtemperaturchlorkorrosion verschiedener Materialien ablaufenden Prozesse gewonnen.