Untersuchungen zum Einfluss von selbstheilenden, organisch-anorganischen Sol-Gel-Schichten auf die Korrosionsbeständigkeit und Ermüdung von Stahl im VHCF-Bereich

• Antragsteller: Dr.-Ing. Marek Smaga
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465237729

Das Ziel des Projekts ist eine Analyse und Erklärung der Schutz- und Degradationsmechanismen von Stahlsubstraten, die mit selbstheilenden organisch-anorganischen Sol-Gel-Schichten beschichtet sind, die korrosiven und Ermüdungsbelastungen ausgesetzt sind.Im Projekt wird die Sol-Gel-Methode zur Präparation und Modifikation von Schutzoxidschichten gewählt. Die Syntheserouten werden optimiert, um aktive, homogene und kontinuierliche Beschichtungen zu erhalten, die sich durch unterschiedliche Härten auf 904L und P265GH Stahlsubstraten auszeichnen. Geeignete Protokolle werden entwickelt, um stabile dünne Schichten zu erhalten, die mit Ce(IV)-Nanopartikeln dotiert oder mit ZrO2 modifiziert sind. Die Modifizierung der grundlegenden organisch-anorganischen Matrixzusammensetzung durch Einführung zusätzlicher Komponenten (ZrO2, CeO2 und andere Ce(IV)-Verbindungen) oder durch Änderung des Katalysators (Menge und/oder Art) der Sol-Gel-Reaktion wird dazu beitragen, schützende, selbstheilende Beschichtungen mit erhöhter Beständigkeit gegen Degradation unter mechanischer Belastung zu erhalten. Die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften der beschichteten Proben unter statischer und dynamischer Belastung wird mit und ohne Einfluss einer korrosiven Einwirkung durchgeführt. Das kombinierte System FIB-SEM wird zur Charakterisierung des Anfangszustandes von SiO2+Stahl-Systemen sowie deren Veränderung durch Ermüdung eingesetzt. Die Modellierung des Schädigungsprozesses (Initiierung und Rissausbreitung) in SiO2+Stahl-Systemen wird mit fraktalen und beweglichen zellulären Automaten (MCA) Methoden entwickelt. Die Daten für die Modellierung werden aus den oben genannten Untersuchungen sowie aus der Grenzflächenfestigkeitsuntersuchung gewonnen, für die ein selbst entwickelter Messstand für dünne Schichten vorbereitet wird. Die MCA-Simulationen ermöglichen es, die heterogene Mikrostruktur der vorgeschlagenen Proben zu reproduzieren und die Wechselwirkungen der dünnen Oxidschicht mit dem Stahl zu modellieren. Die VHCF-Tests werden an den Proben mit einem Ultraschall-Ermüdungsprüfsystem durchgeführt, das mit einer Belastungsfrequenz von 20 kHz im Puls/Pause-Modus arbeitet. Die Forschung sollte es ermöglichen, Informationen über die Verbesserung der "wahren Dauerfestigkeit" des kohlenstoffarmen Stahls P256GH und des austenitischen rostfreien Stahls AISI 904L durch dünne Beschichtungen zu erhalten. Es werden Korrosions-Ermüdungs-VHCF-Tests durchgeführt. Bei Vorhandensein von angelegten Spannungen können so in Medien, die ohne mechanische Spannungen inert sind, aufgrund von Korrosions-Verformungs-Wechselwirkungen spezifische umweltbedingte Schäden auftreten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartnerin: Dr.-Ing. Justyna Krzak