Metallische Werkstoffe

Im Bereich metallische Werkstoffe werden Forschungsprojekte zu Korrosion und Korrosionsschutz von unbeschichteten, metallischen Werkstoffen bearbeitet. Thematisch stehen dabei die Metalle Eisen, Aluminium, Magnesium und Kupfer sowie deren Legierungen im Mittelpunkt, wenngleich auch alle weiteren technischen Metalle Teil des Arbeitsgebiets sind.

Aktuelle und vergangene Forschungsprojekte befassen sich mit Themenstellungen zu den Einflüssen von Korrosion und korrosiven Medien auf Werkstoffeigenschaften. Neben Grundlagenuntersuchungen zum Korrosionsverhalten neuer metallischer Werkstoffe wird insbesondere der Einfluss von Fügeverfahren wie beispielsweise Schweißen und Löten artgleicher und artfremder Werkstoffpaarungen auf die Korrosionsarten Spannungsrisskorrosion und Schwingungsrisskorrosion untersucht. Daneben sind weiterhin Arbeiten zum Einfluss von Korrosion und mechanischen Vorbehandlungsverfahren auf die mechanischen Werkstoffeigenschaften von großem Interesse. Zukünftig wird dafür die gleichzeitige mechanische und mediale Werkstoffbelastung eine immer wichtigere Rolle spielen.

Forschungsthemenliste

Hinzugefügt:

Elektrochemie

Die Forschung im Bereich Elektrochemie dient der Untersuchung von Korrosionsmechanismen und der Ermittlung von Kennwerten zur Beschreibung des Korrosionsverhaltens metallischer Werkstoffe sowie der Nutzbarmachung gesteuerter Korrosion für technische Anwendungen.

Damit einher geht die Entwicklung und Modifizierung von Messmethoden, -zellen und -anordnungen.

Im Zusammenhang mit Forschungsarbeiten in Modell- und Laboranlagen werden elektrochemische Methoden zur Überwachung des Korrosionsfortschritts oder zur Steuerung der Korrosion genutzt.

Die elektrochemische Instrumentierung in der mechanisch-medialen Werkstoffprüfung ist ebenfalls ein Aspekt für die Forschung, speziell bei der Untersuchung von Fügeverbindungen oder Oberflächeneffekten.

Forschungsthemenliste

Temporärer Korrosionsschutz (VCI)

Auf der Basis jahrelanger Erfahrung bei der Prüfung vor allem von VCI-Materialien hat sich das IKS auch die Kompetenz zur Forschung auf dem Gebiet des temporären Korrosionsschutzes erarbeitet. Diese erstreckt und erstreckte sich vor allem auf folgende Arbeitsschwerpunkte:

• Beeinflussung des VCI-Korrosionsschutzes durch Oberflächenverunreinigungen auf den zu schützenden Bauteilen, vor allem durch
  Restfette/-öle und salzartige Rückstände aus Bearbeitungsprozessen (Kühlschmierstoffe etc.) und Entfettungs- und Spüllösungen
• Quantitativer Nachweis von Korrosionsprodukten auf mit VCI geschützten Nichteisenmetallen wie Aluminium oder Kupfer
  (Nachweis der Leistungsfähigkeit von VCI-Materialien)
• Temporärer Korrosionsschutz von Nichteisenmetallen.

Die Forschung auf diesem Gebiet umfasste zum Teil auch die Entwicklung neuer VCI-Korrosionsschutzsysteme.

Beschichtungen

In der Abteilung Beschichtungen werden auf Basis langjähriger Erfahrungen Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit von Korrosionsschutzbeschichtungen auf Metallsubstraten wie Stahl und verzinktem Stahl für die Bereiche atmosphärische Korrosion, Stahlwasserbau und Offshore durchgeführt.

Basis für die Belastung und Prüfung von Beschichtungssystemen, die sowohl im Rahmen von Forschungsprojekten als auch direkt für Industriepartner durchgeführt werden, sind genormte, von der DAkkS akkreditierte Verfahren. Geräte zur Durchführung von Kondenswasser- und Salzsprühnebelbelastung, Klimatests und Bewitterungsprüfungen stehen zur Verfügung und können kontinuierlich oder in zyklischer Arbeitsweise betrieben werden. Zur Charakterisierung der Eigenschaften von Beschichtungsstoffen und Beschichtungen sind die klassischen Verfahren der Beschichtungsprüfung eingeführt.

Die Probenherstellung kann intern erfolgen, hierfür stehen mechanische Oberflächenvorbereitungsverfahren und Ausrüstungen für die Applikation von Beschichtungsstoffen durch pneumatisches und Airless-Spritzen sowie Pulverbeschichten zur Verfügung.

Neben der Tätigkeit im akkreditierten Bereich mit der Ausstellung entsprechender Prüfberichte werden technische Stellungnahmen zu unterschiedlichsten Praxisproblemen oder Gutachten im Schadensfall erstellt.

Forschungsseitig beschäftigt sich die Abteilung mit den Korrosionsschutzmechanismen sowie der Beeinflussung der Korrosionsschutzwirkung von Beschichtungssystemen durch das Substrat, die Oberflächenvorbereitung/-behandlung und das Beschichtungssystem selbst. Haftfestigkeit von Beschichtungen auf Verzinkung, korrodiertem Stahl und nichtrostendem Stahl sowie Korrosionsprobleme von Leichtmetallen wie Filiformkorrosion oder Bimetallkorrosion sind Spezialgebiete.

Aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigen sich derzeit mit dem Einsatz von Pulverbeschichtungen für hohe Korrosionsbelastungen sowie mechanischen Prüfverfahren.

Forschungs- und Arbeitsschwerpunkte

• Belastung und Prüfung von Korrosionsschutzbeschichtungen auf unterschiedlichen Metallsubstraten nach akkreditierten Normen und Regelwerken
• Prüfung von Beschichtungsstoffen nach TL/TP-KOR-Stahlbauten
• Untersuchungen zur Schutzwirkung und Schutzmechanismen von Beschichtungen auf Stahl, verzinktem Stahl, Aluminium und Magnesium (Verhalten an Verletzungen, Nasshaftfestigkeit)
• Untersuchungen zum Haftverbund von bewitterten EP- und 2K-PUR-Zwischenbeschichtungen mit 2K-PUR-Deckbeschichtungen
• Untersuchungen an Duplexsystemen basierend auf Normal- und Hochtemperaturverzinkung und Beschichtungen
• Untersuchungen zum Korrosionsschutz von Pulverbeschichtungen im schweren Korrosionsschutz (Oberflächenvorbereitung, zinkstaubhaltige Pulverbeschichtungen, Offshorebereich)
• Mechanische Beanspruchung von Korrosionsschutzbeschichtungen
• Grundlagenuntersuchungen zur Filiformkorrosion von beschichtetem Aluminium, Magnesium und verschiedenen Stählen (Werkstoffeinfluss, Einfluss von Oberflächenvorbehandlung, -vorbereitung, Schutzmechanismus, Zinkstaubbeschichtungen)
• Fremdüberwachung von Beschichtungsstoffherstellern
• Schadensfallbegutachtung und -aufklärung
• Technische Stellungnahmen, Beratung zu Korrosionsschutzbeschichtungen

Duplexsysteme

Duplexsysteme stellen ein Bindeglied zwischen metallischen Überzügen und organischen Beschichtungen dar und vereinen zum Teil auch die Forschungsansätze beider Gebiete am IKS. Wichtige Forschungsschwerpunkte sind und waren hier z.B.:

• Fragen der Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Überzug und damit einhergehend Probleme der Oberflächenvorbehandlung/-vorbereitung des Überzuges, z.B. durch Phosphatierung oder Sweepen von Feuerzinküberzügen bis hin zum direkten Beschichten von Überzügen ohne vorherige Maßnahmen
• Blasenbildung in der Beschichtung beim Vernetzen von Pulverbeschichtungen auf Zinküberzügen
• Entwicklung spezieller Beschichtungsstoffe für normaltemperatur- und hochtemperaturverzinkte Bauteile
• Untersuchungen zum Verhalten von Duplexsystemen an Verletzungen in der Beschichtung, zur Korrosion und Delamination an Verletzungen.

Überzüge

Die aktuellen und zurückliegenden Forschungsprojekte zu dieser Thematik umfassen vor allem die Bereiche Stück- und Bandverzinkung sowie Duplexsysteme (Feuerverzinkung + organische Beschichtung). Hier wurden und werden u.a. folgende Forschungsschwerpunkte bearbeitet:

• Aufklärung des Schichtbildungsmechanismus beim Stückverzinken in Abhängigkeit von der Stahlzusammensetzung (Si, P, Al…)
  und technologischen Parametern
• Verzinken aluminiumberuhigter Stähle
• Hochtemperaturverzinkung: Rissbildung und Haftfestigkeit der Überzüge
• Flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion (Schmelzezusammensetzung) und wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion (HCl-Beize, Flussmittel, H-Aufnahme)
• Einfluss der Vorbehandlungs- und Verzinkungsbedingungen auf die Zinküberzüge/Duplexsysteme
• Al- und Mg-haltige Zinküberzüge
• Einfluss bleihaltiger und bleifreier, bismuthaltiger Zinkschmelzen auf die Kesselstandzeiten beim Stückverzinken.

Neben der Feuerverzinkung wurde und wird vor allem auch das Korrosionsverhalten galvanisch abgeschiedener Multisubstratüberzüge
(z.B. Cu/Ni/Cr) erforscht.

Wasserführende Anlagen

Die aktuellen und zurückliegenden Forschungsprojekte zu dieser Thematik umfassen vor allem den Bereich der Trinkwasserinstallationen. An insgesamt 7 Anlagen an drei verschiedenen Standorten mit deutlich unterschiedlichen Trinkwasserqualitäten wurden und werden die Schwermetallabgabe (Migration) aus diversen Rohr- und Armaturwerkstoffen in das Trinkwasser und die Art und Intensität des korrosiven Angriffs auf die Installationen untersucht. Dies erfolgt zum einen im Kaltwasserbereich, zum anderen unter Warmwasserbedingungen. Typische Werkstoffe sind hierbei Kupfer (auch verzinnt) und Kupferlegierungen, Messing, Rotguss und nichtrostender Stahl.

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Oberflächenvorbehandlung/ -vorbereitung

Die Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der chemischen Oberflächenvorbehandlung gliedert sich in abtragende (z. B. Beizen) und schichtbildende (z. B. Phosphatierung) Verfahren. Im Fokus der Entwicklungstätigkeit stehen die Wirksamkeit von Reinigungssubstanzen in Bezug auf deren Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit sowie dem Einfluss von nasschemischen Reinigungsschritten auf nachfolgende Korrosionsschutzmaßnahmen.

Das Druckluftstrahlen und das Schleuderradstrahlen sind die Hauptverfahren der mechanischen Oberflächenvorbereitung (abtragende Verfahren). Als Sonderverfahren kann das manuelle und maschinelle Sweepstrahlen (sanftes Strahlen) von Feuerzinküberzügen betrachtet werden. Spezielle Forschungsprojekte beschäftigen sich nicht nur mit der mechanischen Reinigungswirkung von neuartigen Strahlmitteln, sondern auch mit den Schichtbildungsprozessen beim Strahlen (z. B. Zinkaufstrahlen). Die Qualifikation neuer Strahlmittel für unterschiedlichste Anwendungen rundet dieses Forschungsgebiet ab.

Korrosionsschutz beim Fügen

Je nach Einsatzfeld sind Fügeverbindungen den unterschiedlichsten Belastungsbedingungen unterworfen. In der Praxis treten häufig kombinierte mechanisch-mediale Belastungen von Fügeverbindungen auf. Für Nietverbindungen wurde ein Konzept hierfür entwickelt und in Zusammenarbeit mit anderen Instituten umgesetzt. Diese Forschungsrichtung wird weiterhin verfolgt und auf andere Bereiche, z. B. Abdichtungen im Korrosionsschutz, übertragen.

Weiterhin beschäftigt sich die Abteilung Korrosionsschutz und Verfahrenstechnik mit dem Kleben auf Beschichtungen und dem Einfluss von Oberflächenvorbehandlung/-vorbereitung und korrosiver Belastung auf belastungsbedingte Veränderungen (z. B. Korrosion, Delamination) von Fügeverbindungen.