Dem Lochfraß keine Chance

Simulation liefert Strategie für den Korrosionsschutz

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07.07.2015 Korrosion ist ein allgegenwärtiges Problem, das jährlich Schäden in Milliardenhöhe verursacht. Die Grundlagenforschung über Korrosion am Naval Research Laboratory ermöglicht Wissenschaftlern die Entwicklung von Materialien, die per se bereits Korrosion verhindern.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Lochfraßkorrosion in Metallen tritt dann auf, wenn elektrochemische Reaktionen und Massentransport in einer umgebenden elektrolytischen Lösung zu einem lokalen Materialverlust führen.
  • Um die Mikrostruktur von Stahl 316 in einem multiphysikalischen Modell der Lochkorrosion in der Comsol-Simaltionsumgebung zu berücksichtigen, wurde eine integrierte Methode herangezogen.
  • Die Erkenntnisse aus den Simulationen haben bereits den Anstoß für die Entwicklung einer neuen experimentellen Methode gegeben, mit der die Korrosion im Mikrometerbereich validiert werden kann.

Die Korrosion ist ein komplexes multiphysikalisches Problem und derzeit Forschungsschwerpunkt von Maschinenbauingenieur Siddiq Qidwai und Kollegen am Naval Research Laboratory (NRL) in Washington, D.C. „Langfristig werden unsere Forschungsergebnisse Korrelationen von Mikrostruktur und Korrosion aufzeigen, anhand derer Werkstoffdesigner bestimmte Eigenschaften in der Entwicklung neuer korrosionsresistenter Materialien gezielt ein- oder ausschließen können“, erläutert Qidwai. Laut einem 2011 erschienenen Bericht der National Academy of Sciences des National Research Councils in den USA besteht ein „fundamentaler Wissensmangel über Korrosion und die Berücksichtigung von Korrosionseigenschaften in der Praxis, der sich direkt in den hohen durch Korrosion verursachten Kosten für die Gesellschaft widerspiegelt.“ Die Zahlen aus Dezember 2010 belegen, dass jährlich an die 600 Mrd. Dollar oder 2 bis 4 % des US-amerikanischen Bruttosozialproduktes für Reparaturen von Korrosionsschäden oder für Korrosionsschutz ausgegeben werden.

Von der Korrosion besonders betroffen ist der Transportsektor, wo die Wartungskosten zur Erhaltung der Passagiersicherheit sowie der Langlebigkeit von Fahrzeugen extrem hoch sind. „Gerade für die Marine stellt Korrosion mit Abstand das größte Wartungsproblem dar“, stellt Qidwai fest.

Kleine Körner mit großer Wirkung
Lochfraßkorrosion in Metallen tritt dann auf, wenn elektrochemische Reaktionen und Massentransport in einer umgebenden elektrolytischen Lösung zu einem lokalen Materialverlust führen (Bild 1). „Die Korrosionsnarbe wird immer tiefer, was dazu führen kann, dass das Material oder das Bauteil unter Last versagt“, beschreibt Qidwai den Effekt, den Korrosion auf die Festigkeit oder Integrität eines Materials haben kann.

Um Lochkorrosion besser zu verstehen, haben Qidwai und seine Kollegen einen umfassenden Ansatz entwickelt. „Wir modellieren die Korrosionsbildung im Metall in einer Umgebung aus Meerwasser. Da die bisherigen Arbeiten die Mikrostruktur des Metalls unberücksichtigt lassen, hat man die Herausforderungen, die sich aus dem ungleichmäßigen Korrosionswachstum aufgrund der Mikrostruktur ergeben, ebenfalls vernachlässigt. Unser Ziel ist die vollständig gekoppelte multiphysikalische Modellierung des Lochwachstums unter mechanischer Belastung und unter Berücksichtigung der Materialmikrostruktur, um so den übergreifenden Effekt auf die strukturelle Integrität quantifizieren zu können“, erklärt Qidwai.

Heftausgabe: Juli 2015
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Über den Autor

Jennifer Segui, Senior Technical Marketing Engineer, Comsol
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