Werkstoffe

 Folgendes wird in diesem Artikel behandelt:

1.1 Einteilung der Werkstoffe

1.2 Werkstoffarten
1.3 Eigenschaften

1.3.1 Physikalische Eigenschaften
1.3.2 Mechanische Eigenschaften
1.3.3 Korrosionsbeständigkeit

2.1 Werkstoffe in der Umwelttechnik

2.2 Thermische Verfahren
2.3 Biologische Verfahren

1.2 Werkstoffarten

1. Metalle
   • Eisen, Kupfer
2. Keramik
   • Glas, Baustoffe
3. Polymere
   • Polyethylen, Epoxidharz
4. Halbleiter
   • Silizium, Germanium
5. Verbunde
   • Stahlbeton

1.3 Einteilung nach Eigenschaften

-> Einteilung der Werkstoffe nach:

1. Chemischer Zusammensetzung
2. Physikalischen Eigenschaften
   • Wärmeleitfähigkeit
   • Ausdehnung
3. Mechanischen Eigenschaften
   • Bestimmt durch mechanische Prüfverfahren
4. Korrosionsbeständigkeit
5. Bearbeitbarkeit 
6. Anwendungsgebieten

1.3.2 Einteilung nach physikalischen Eigenschaften:

-> Wärmeleitfähigkeit:

-> Ausdehnungskoeffizient:

1.3.3 Mechanische Eigenschaften

-> Bestimmung der mechanischen Eigenschaften durch mechanisch-technologische Prüfverfahren

• Zugversuch 
• Druckversuch 
• Biegeversuch 
• Torsionsversuch

-> Es gibt jedoch auch zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen:

• Prüfung mit Ultraschall 
• Prüfung mit fluoreszierender Farbe 
• Messung der elektrischen Leitfähigkeit

1.3.4 Korrosionsbeständigkeit

-> Alle Gebrauchsmetalle sind gegenüber einem Korrosionsangriff instabil! 
-> Gebrauchsmetalle sind z. B. Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel, Zink.

-> verschiedene Korrosionsarten:

Flächige Korrosion, Selektive Korrosion, Lochfraß

-> Was hat Einfluss auf die Korrosion?

1. die Temperatur -> hohe Temp – schnelle Korrosion
2. der Werkstoff    (Zusammensetzung, Gefügezustand, Oberflächenbeschaffenheit)
3. das angreifende Medium    (chem. Zusammens., Strömungsfluss, Verunreinigung) -> starke Säuren zersetzen das Material schneller
4. die Belastung   (Eigenbelastung, Betriebsbelastung)

-> Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien 

Die “edelen” Stoffe haben das grösste Potential gegenüber H2/2H+! -> Daher praktisch keine Korrosion.

Gold rostet folglich kaum/gar nicht, Aluminium dagegen sehr schnell. 
Wasserstoff steht bei der Grafik logischerweise in der Mitte. Dieses reagiert, aufgrund unterschiedlichen Potentialdifferenzen der Werkstoffe, unterschiedlich heftig.  

NACHWEIS: Korrosion in wässriger Lösung wird durch die “Galvanische Zelle” nachgewiesen.

2.1 Werkstoffe in der Umwelttechnik

2.2 Thermische Verfahrenstechnik

Maßnahmen gegen Korrosion und Erosion an einer Müllverbrennungsanlage (MVA):

Im Rost/ und Feuerraum:

• Wechsel von Sauerstoffmangel und -überschuss 
• Verschiedenste Entgasungs-und Vergasungsprodukte 
• Temperatur: 100 °C –1000 °C

-> Lösung: Rostelemente aus gekühltem, hochfesten Stahl

Im Verdampfer / Überhitzer:

• Lokal hohe Geschwindigkeiten des Rauchgases 
• Rauchgastemperatur: 200 °C –800 °C

-> Lösung: Beschichtung der Wärmetauscherflächen mittels: 

• Auftragsschweißen 
• Thermischem Spritzen 
• Galvanischen Überzügen

Thermisches Spritzen:

2.3 Biologische Verfahrenstechnik

Prozessführung in der biologischen Verfahrenstechnik: 

1. Batch-Verfahren 
2. Fed-Batch-Verfahren 
3. Kontinuierliche Verfahren

Als Beispiel dient ein Biogasreaktor - Erzeugung von Biogas in einem beheizbaren Beton-/ Stahlbeton- behälter unter Luftabschluss.

Auftretende Reaktion:

Wie schützt man den Reaktor vor dem aufsteigenden Kohlenstoffdioxid und Methan?
Hier eine Übersicht der besonders beanspruchten Bereiche:

Lösungen zum Schutz eines Bioreaktors vor Korrosion:

Ursache: -> mikrobiologische Bildung von Schwefelsäure an der Phasengrenze flüssig / gasförmig
Folge: -> Korrosion des Stahls
Lösung:    

• Verwendung anderer Materialien
• seperate Entschwefelung des Biogases z. B.  mittels des BioSulfex®-Verfahrens 

Korrosion in der Abwassertechnik

Ursache: Bildung vonSchwefelsäure an der Phasengrenze 
flüssig / gasförmig

Folge: Korrosion des Betons

Lösung:  

• Verwendung anderer Betonmischungen
• Beschichtung des Betons an der Phasengrenze, z. B. mit Kunststoffen oder Gummi

Von was ist Korrosion im Biogasreaktor abhängig?

• abhängig von der Biofilmbildung / Stoffwechselprodukte der Mirkoorganismen 
• pH-Wert 
• Temperatur 
• Sauerstoffkonzentration 
• Art der Mikroorganismen 
• Nährstoffe für die Mikroorganismen (z. B. C als CO2, Carbonat) 
• Strömungsgeschwindigkeit

Biogasreaktor – Zusammenfassung:

• Korrosion an metallischen Werkstoffen 
• Deutliche Korrosionserscheinungen an Edelstählen 
• Beschichtung mit Kunststoffen 
  • Polyamid (PA), Polyethylen (PE) 
• Beschichtung mit metallischen Werkstoffen 
  • Alloy625, Titan

• Korrosion an Beton 
• Geeignete säureresistente Betonzusammensetzung 
• Sorgfältige Verarbeitung der Betonmischung 
• Auskleiden mit Matten 
• Aufbringen von Überzügen 
  • Polyamid (PA), Polyethylen (PE)

ÜBER DEN AUTOR

Roman

Hey, willkommen auf meinem Blog! Ich bin 24 Jahre alt und studiere Fahrzeug und Flugzeugtechnik an der FH München. In meiner Freizeit betreibe ich diesen Blog und gehe gerne fotografieren. Um mehr über mich und diese Seite zu erfahren, oder Kontakt mit mir aufzunehmen, habe ich die "About-Seite" eingerichtet. Viele Grüße