Einfluss plasmadiffusionsbasierter Oberflächenmodifika-tionen auf das Korrosionsverhalten und den Kontakt-widerstand rost- und säurebeständiger Stähle – KoKorost
Influence of plasma diffusion-based surface modifications on the corrosion behaviour and contact resistance of stainless and acid-resistant steels – KoKorost
Förderinstitution: DFG
Projektnummer: HO 3315/23-1
Projektstart: 01.04.2022
Kurzdarstellung
Für die klimaneutrale Gewinnung von Wasserstoff sowie dessen Nutzung als Energieträger in Brennstoffzellen finden insbesondere austenitische rost- und säurebeständige (RS-) Stähle zunehmende Beachtung, da sie ein enormes Potenzial zur Volumeneinsparung und der Erhöhung der Effizienz im Vergleich zu graphitbasierten Bipolarplatten bieten. Dem gegenüber steht allerdings ein hoher Grenzflächenkontaktwiderstand (Interfacial Contact Resistance – ICR) aufgrund der Passivschichtbildung des im RS-Stahl gelösten Chroms mit dem Luftsauerstoff, welche die hohe Korrosionsbeständigkeit der RS-Stähle bewirkt. Die Reduzierung des ICR erfordert daher geeignete Randschichtbehandlungen der RS-Stähle. Empirische Forschungsarbeiten zeigen für plasmanitrierte RS-Stähle im Vergleich zu den unbehandelten Varianten eine signifikante Verringerung des elektrischen Oberflächenwiderstandes und weisen dabei vergleichbare oder sogar bessere Korrosionsbeständigkeiten auf. Daraus ist zu schließen, dass für nitrierte RS-Stähle andere Mechanismen des Korrosionsschutzes gelten, als es bei der korrosionsschützenden, elektrisch isolierenden Passivschicht bei den unbehandelten Stählen der Fall ist.
Da die bereits seit langem etablierte Plasmanitrierung austenitischer RS-Stähle primär auf eine Verbesserung des Verschleißverhaltens bei Erhalt der positiven Korrosionseigenschaften abzielte, existieren heute keine mechanismenbasierten Erkenntnisse oder Modellvorstellungen, welche die für die Leitfähigkeit nitrierter RS-Stähle zum Tragen kommenden physikochemischen Wirkmechanismen beschreiben.
Der sich daraus ergebende Forschungsbedarf wird im beantragten Projekt aufgegriffen, indem der Einfluss chemischer, mikrostruktureller und atomarer Eigenschaften der durch Plasmanitrieren randschichtmodifizierten austenitischen RS-Stähle auf die resultierenden elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften auf Basis werkstoffanalytischer und rechnerischer Verfahren analysiert und mechanismenbasiert beschrieben wird.
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt mit der Kurzbezeichnung „KoKorost“ wird durch die Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Der vorgenannten Einrichtung sei für die Betreuung und Förderung an dieser Stelle sehr herzlich gedankt.
