Neuartige Diffusionsschichten zum Oxidationsschutz ferritisch-martensitischer Stähle in wasserdampfhaltigen Atmosphären

Ferritisch-martensitische Stähle eignen sich besser als Dampferzeugerwerkstoffe als austenitische Stähle oder Nickelbasislegierungen. Der Nachteil der 9-12% Chrom enthaltenden Werkstoffe ist die verminderte Oxidationsbeständigkeit in wasserdampfhaltigen Hochtemperaturatmosphären. Zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit wurde eine Erhöhung der Chromkonzentration im Randbereich untersucht, um die Zeitspanne bis zum Beginn der „breakaway“-Oxidation zu erhöhen. Zum anderen soll die Bildung eines Chrom-Mangan-Spinells auf der Oberfläche die Verdampfung der flüchtigen Chromspezies mindern, sodass eine Anreicherung mit Chrom und Mangan über ein großtechnisch umsetzbares Diffusionsverfahren, die Pulverpackbeschichtung erfolgte. Die gemeinsame Anreicherung mit Chrom und Mangan konnte durch verschiedene Prozessführungen erreicht werden. Die dabei gebildete Mangan-reiche Zone auf der Oberfläche und die Tatsache, dass sich der Chrom-Mangan-Spinell erst bei Temperaturen ab 700°C in signifikanten Mengen bildete, führten zur Entstehung eines reinen Manganoxids bzw. eines Mangan-Eisen-Mischoxids während der Oxidation bei 650°C. Da somit in der äußeren Oxidschicht kein Chrom vorlag, wurde die Chromverdampfung stark vermindert. Das Pulverpackverfahren mit Chrom führte zu einer tief mit Chrom angereicherten Zone mit einem reinen Chromkarbid auf der Oberfläche. Dieses hohe Chromreservoir und die Chromkarbidschicht auf der Oberfläche führten in allen Atmosphären zu einem ausgezeichneten Oxidationsverhalten. Ein Durchbruch der Schicht ist erst deutlich jenseits der maximal untersuchten Prüfdauer von 4000 h zu erwarten. Damit verlängerte sich die Standzeit eines beschichteten Bauteils um Größenordnungen, was die Beschichtung für Kraftwerksanwendungen oder Chemieanlagen interessant macht.