Materialdegradationsphänomene von Hochtemperaturlegierungen durch geschmolzene Salze (MaDMoS)

• Antragsteller: Dr. Thomas Bauer, seit 3/2024; Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp; Dr. Srinivasan Swaminathan, seit 3/2023
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455432503

Die gesellschaftliche Herausforderung einer verstärkten Nutzung alternativer Energiequellen hat die Entwicklung von konzentrierenden Solarkraftwerken (CSP) vorangetrieben. CSP-Kraftwerke bieten eine inhärente Kompatibilität mit thermischen Speichern und ihre Integration ermöglicht die Erzeugung von planbarem Strom. Zwei-Tank-Speichersysteme für thermische Energie auf der Basis von geschmolzenem Solarsalz, einer Mischung aus 60 % NaNO3 und 40 % KNO3, arbeiten bei Temperaturen bis zu 560 °C und haben sich in Bezug auf Betriebstemperatur, Strömungsdynamik und Kosten als vorteilhaft erwiesen. In direkter Speicherkonfiguration wirkt das geschmolzene Salz als Wärmeübertragungsflüssigkeit und Speichermedium. Anforderungen an Strukturmaterialien im Receiver sind:- Die Legierung muss zu dünnwandigen Rohren verarbeitet werden, denn je dünner die Wand, desto höher die Übertragungsfläche und desto höher der Wärmefluss. - Mechanische Leistung und Korrosionsbeständigkeit als Ergebnis der Herstellung in einer Umgebung mit geschmolzenem Salz.Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, Salzchemie und rostfreie Stähle in einer wissensbasierten Rückkopplungsschleife weiter zu entwickeln und die Lebensdauer durch einen kombinierten experimentellen und halb-quantitativen Lebensdauervorhersageansatz zu bewerten. Obwohl die Korrosionsraten für viele Werkstoffe bekannt sind, mangelt es teilweise am mechanistischen Verständnis der Prozesse, die Korrosion fördern oder hemmen können. Die Analyse von Struktur und Chemie an den Grenzflächen ist daher der Schlüssel zum Verständnis dieser Prozesse. Frühere Studien benutzten primär die klassische metallographische und mikroskopische Analyse, um die Korrosionsprozesse in Angriff zu nehmen. Die Beziehungen zwischen Grenzflächenstruktur, -chemie und -transporteigenschaften wurden bisher nicht untersucht. Sie werden in dem vorgeschlagenen Projekt betrachtet, indem anspruchsvolle Analysetechniken wie die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) im Vergleich zur metallographischen und mikroskopischen Analyse angewendet werden. Das Projekt strebt ein umfassendes Verständnis der Degradationsmechanismen an, die im Salz und auf der Legierungsseite ablaufen und durch Grenzflächen-Diffusionsreaktionsmechanismen angetrieben werden, und konzentriert sich auf die folgenden Ziele:A) Aufklärung der Bildung von Korrosionsprodukten.B) Identifizierung von Schlüsselparametern für den Salz- und Materialabbau.C) Aufklärung der Materialdegradation unter Mehrfachbelastung.Entscheidend für die Erfüllung dieser Ziele ist die Konzeption und Auswertung einer Analyseroutine für den Materialabbau durch überlagerte mechanisch-thermische und chemische Belastung (RWTH). Dazu werden verschiedene Unterthemen angegangen, wobei die Analyse der Abbauprozesse innerhalb des Salzes (DLR/BAM) und insbesondere an den Grenzflächen zwischen dem Material und dem Salz (BAM) behandelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerinnen / Ehemalige Antragsteller: Dr. Alexander Bonk, bis 3/2024; Dr. Axel Kranzmann, von 10/2021 bis 3/2023; Professorin Dr. Christiane Stephan-Scherb, bis 9/2021