Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3583
Die ODS-Legierungen auf Cr-Basis weisen in allen betrachteten
simulierten Betriebsgasen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit
im Vergleich zu konventionellen Cr-Oxidbildenden Legierungen auf. In Luft
und Ar-20%O2 zeigen die Legierungen nach einer relativ schnellen
Anfangsoxidation im weiteren Verlauf der Auslagerung sehr geringe
Oxidationsraten. Nach sehr langen Zeiten kommt es durch
Oxidabplatzen und Oxidverdampfen zu geringen Massenverlusten.
Diese Massenverluste betragen nach 3000h etwa 1mg/cm2. Eine
konservative lineare Extrapolation auf die vorgesehene
SOFC-Betriebszeit von 40.000h liefert somit geringe Werte von
etwa 10mg/cm2. Die Oxidwachstumsraten sind relativ unabhängig
von dem Dispersionsgehalt (0,2-1,0%) und dem Dispersionstyp
(Y2O3 und La2O3) der Legierung.
Ein deutlich anderes Verhalten wurde in den simulierten Anodengasen
beobachtet. Hier wurde eine deutliche Abhängigkeit der
Korrosionsbeständigkeit vom
Legierungsherstellungsprozeß festgestellt. Die Wachstumsraten, der in in
diesen Gasen entstandenen Oxidschichten waren bei den durch elementares
Mischen hergestellten Legierungen wesentlich höher als bei den mechanisch
legierten Werkstoffen. Dieses ist auf die unterschiedliche
Dispersionsverteilung durch die Herstellungsprozesse zurückgeführen.
Unabhängig vom Herstellungsprozeß zeigten alle untersuchten
ODS-Legierungen im Anodengas eine hervorragende Oxidhaftung.
Eine Extrapolation auf 40.000h ergab für die Temperatur von 1000°C
Oxidschichtdicken von etwa 30µm für die mechanisch legierten
Varianten und 160µm für die gemischten Varianten. Dabei hatte
die Variation des Dispersionsgehaltes zwischen 0,2 und 1,0% kaum
einen Einfluß auf die Oxidationsrate.
Die Langzeitextrapolationen der Oxidationsdaten machen deutlich, daß trotz
der hervorragenden Oxidationsbeständigkeit der mechanisch legierten
Werkstoffe, die Oxiddeckschichten nach 40.000h SOFC-Betriebszeit zu
Problemen, besonders im Hinblick auf hohe Kontaktwiderstände an den
Grenzflächen mit den Elektroden, führen können. Es wurden daher
Oberflächenmodifizierungsverfahren aufgezeigt, mit denen die
Oxidwachstumsrate zu Beginn der Oxidation herabgesetzt werden kann.
Aus den gewonnenen Ergebnissen wurden Richtlinien für eine
zuverlässige Legierungsauswahl bzw. -optimierung existierender
Werkstoffe abgeleitet.
Hänsel, Michael
Korrosions- und Kompatibilitätsstudien an Cr-Basislegierungen für den metallischen Inerkonnektor der Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC)
135 S., 1998
In der vorliegenden Arbeit wurde das Korrosionsverhalten von ODS-Legierungen
auf der Basis von Cr5Fe in simulierten Betriebsgasen einer SOFC bei
Temperaturen zwischen 950 und 1000°C untersucht. Dabei wurde durch
Korrelation von Grundlagenversuchen mit Ergebnissen von
Langzeitauslagerungen die Beständigkeit der Cr-ODS-Legierungen unter
SOFC-Bedingungen abgeschätzt. Es wurde insbesondere der Einfluß des
Dispersionsgehaltes und des Dispersionstyps sowie des
Legierungsherstellungsverfahrens auf die Korrosionseigenschaften der
Cr-Legierungen untersucht.
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