Fachgruppe Mineralogie/Geochemie

Degradation- und Schutzphänomene von technischen Materialien

Das Verständnis von Prozessen der Korrosion und des Korrosionsschutzes tragen maßgeblich zu mehr Ressourceneffizienz in vielen technischen Prozessen bei. Hervorgerufen durch eine Vielzahl von physiko-chemischen Prozessen zwischen Festkörpern und der jeweiligen Umgebung bilden sich unterschiedliche Reaktionsprodukte am und im Material aus. Zum Verständnis dieser Phasenbildungsprozesse nutzt die Arbeitsgruppe die mineralogische Phasenlehre und die systematische Analyse von thermodynamischen und kinetischen Randbedingungen. Die durch Korrosion induzierten Modifikationen verändern die Eigenschaften der technischen Materialien und damit die Lebensdauer des Bauteils nachhaltig. Unsere Forschungsansätze fokussieren sich auf folgende Aspekte:

Die Beschreibung und das Verständnis von Oberflächen- und Grenzflächenreaktionen zwischen Festkörpern und reaktiven Medien.
Echtzeitanalytik von Oberflächenänderungen im initialen Stadium der Reaktionen.
Komplementäre Phasenanalytik zum Aufzeigen reaktiver Transportvorgänge während der Nukleations- und Wachstumsprozesse sekundär gebildeter Phasen an der Oberfläche und an inneren Grenzflächen.

Abbildung: Fe-9Cr Legierung nach Reaktion bei 650°C für 24h in einer Gasatmosphäre aus und [1]

Die Studien fokussieren auf Prozesse der Materialschädigung bei hohen Temperaturen zum Beispiel für Energieerzeugung und Wandlung mit konventionellen (Biomasse, Kohle) und alternativen Brennstoffen, sowie im Einsatz bei Technologien zur Nutzung des tiefengeologischen Untergrundes (Geothermie, Endlagerung, Gasspeicher).

Es werden realitätsnahe Versuche in Öfen und Autoklaven, sowie zielgerichtet Echtzeitversuche und Experimente in realer Umgebung entwickelt, in denen z.B. klassische Oxidationsversuche mit Röntgenmethoden kombiniert werden. Der Nachweis und die thermodynamischen, kinetischen und strukturellen Randbedingungen für die Änderungen der Materialeigenschaften erfolgen anschließend mittels mineralogischer Analytik (z.B. Elektronenstrahlanalytik, Mikroskopie, Röntgenbeugung). Diese Informationen werden unter anderem dafür genutzt, die Entwicklung neuartiger, innovativer Werkstoffe hinsichtlich ihre Langzeitstabilität zu optimieren.

[1] Christiane Stephan-Scherb, Juho Lehmusto, Florian Falk, Oded Sobol, Bruce A. Pint,

Comprehensive insights into competitive oxidation/sulfidation reactions on binary ferritic alloys at high temperatures, Corrosion Science, Volume 203, 2022, 110236 https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110236