Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosiion, sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine, Turbine oder Verbrennungsanlage mit einem solchen Werkstück

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion durch schmelzende Phasen, z.B. tiefschmelzende Vanadatphasen, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Zweitakt-Grossdieselmotor, eine Verbrennungsanlage und eine Verwendung zum Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.

[0002] Schutzschichten gegen Hochtemperaturkorrosion, häufig auch einfach als Heisskorrosion oder Heissgaskorrosion bezeichnet, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Man versteht darunter zum Beispiel Oberflächenschutzschichten, die einen hohen Widerstand gegen Korrosion, insbesondere gegen Oxidation oder Sulfidation bei hohen Temperaturen und in chemisch aggressiven Umgebungen bieten. Sie werden beispielsweise durch thermisches Spritzen hergestellt, wobei MCrAIY-Schichten als Hochtemperaturkorrosionsschutz weit verbreitet sind. Das Metall M kann dabei z.B. Eisen, Kobalt oder Nickel oder eine Legierung dieser oder anderer Metalle sein. Auch Aluminium-Chrom-Schichten, die zum Beispiel durch Chromalitieren gebildet werden, zeigen in vielen Anwendungen eine mehr oder weniger gute Beständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion, insbesondere in sulfathaltigen Medien.

[0003] Das Phänomen der Hochtemperaturkorrosion kann dabei überall dort auftreten, wo relativ hohe Prozesstemperaturen von einigen 100°C bis weit über 1000°C herrschen, wobei häufig nicht nur die hohen Temperaturen als solches für das Auftreten korrosiver Effekte verantwortlich sind, sondern auch chemisch aggressive Umgebungsbedingungen anzutreffen sind, die zum Beispiel auf Verbrennungsprodukte oder andere chemische Reaktionsprodukte zurückzuführen sind oder auch von Beimischungen in Brennstoffen, Schmiermitteln usw. hervorgerufen werden können.

[0004] Somit sind besonders Werkstücke, Bauteile und Maschinenkomponenten, die in mehr oder weniger direktem Kontakt mit Verbrennungsvorgängen stehen, von Hochtemperaturkorrosion bedroht. Beispiele hierfür sind Kolbenoberflächen von Kolben in Brennkraftmaschinen, Zylinderwände, Zylinderdeckel, Einspritzdüsen, Gaswechselventile, aber auch die Komponenten der Abgassysteme von Brennkraftmaschinen, wie zum Beispiel Turbolader, insbesondere auch Turbinenteile und / oder die Abgas Zu- oder Abführung von Abgas- und Turbolader-Systemen. In der DE 102 04 812 werden als Korrosionsschutz Schichten aus Bornitrid und / oder Zikoniumoxid als Grundmaterial vorgeschlagen, die aufgrund der sie bildenden Materialien teuer sind und die Schichten zudem aufwendig herzustellen sind.

[0005] Weitere Beispiele sind die Komponenten von Verbrennungsanlagen, beispielsweise die Komponenten eines Brennraums einer Müllverbrennungsanlage, oder natürlich auch die Komponenten eines Brennraums einer land- oder luftgestützten Turbine, vor allem die Turbinenschaufeln, die Wände der Brennkammer, die Treibstoffeinspritzsysteme und die Abgassysteme von Turbinen. Darüber hinaus sind dem Fachmann selbstverständlich eine Vielzahl anderer Werkstücke bekannt, die als Komponenten verschiedenster Einrichtungen von Hochtemperaturkorrosion bedroht sind.

[0006] Exemplarisch sollen im folgenden kurz Probleme in Bezug auf Hochtemperaturkorrosion erläutert werden, wie sie beim Betrieb von Grossdieselmotoren, aber nicht nur bei diesen, seit langem bekannt sind und bisher nicht in befriedigender Weise gelöst werden konnten.

[0007] Ein wesentlicher Einfluss der in einer Verbrennungsmaschine, insbesondere in einem Grossdieselmotor zu beobachtenden Hochtemperaturkorrosion geht von schmelzflüssigen Phasen aus. Solche schmelzflüssigen Phasen können vor allem bei Verbrennung von Schweröl Vanadate enthalten, wie zum Beispiel Natriumvanadylvanadate, die unter anderem röntgenographisch nachweisbar sind.

[0008] Technische Hintergrundinformationen zu Vanadat induzierten Korrosionsprozessen findet man zum Beispiel in dem Artikel von M. Seierstein et al., "Sodium vanadate-induced corrosion of nickel and MCrAIY coatings on Inconel 600", in Material Science and Technology, July 1987, Vol. 3, S. 576.

[0009] Beim Betrieb eines Dieselmotors kann die Aufschmelzung, das heisst das Auftreten der schmelzflüssigen, z.B. Vanadium enthaltenen Phasen ab ca. 400°C beobachtet werden. Solche schmelzflüssigen Phasen sind unter anderem in der Lage, quasi natürlich auf einem Metall aufgewachsene schützende Oxidschichten chemisch aufzuschliessen, so dass das darunter liegende Metall schutzlos einem Angriff durch Hochtemperaturkorrosion ausgeliefert ist. In der Veröffentlichung "Protection Against High Temperature Corrosion with Laser Welded Claddings - Applied And Tested On Exhaust Valve Discs Of Large Diesel Engines Burning Heavy Fuel Oil" von Schlager et al. in Materials and Corrosion 53, 103 - 110 (2002) wird diese Problematik insbesondere mit Blick auf die korrodierende Wirkung auf Ventiltellern von Grossdieselmotoren eingehend untersucht.

[0010] Dabei ist es bekannt, dass die Bildung tief schmelzender Vanadatphasen durch Zugabe von bestimmten Legierungselementen verhinderbar ist, da die zuvor genannten Legierungselemente die Ausbildung hochschmelzender Vanadiumphasen ausbilden, die dann bei den im Verbrennungsraum im Betriebszustand herrschenden Temperaturen nicht aufschmelzen, also im wesentlichen nicht aufgeschmolzene Aschen bilden, wodurch der Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion entschieden verbessert ist.

[0011] Zur Zuführung der zuvor genannten bestimmten Legierungselemente zur Bildung der hoch schmelzenden Phasen, z.B. in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen vorgeschlagen, die notwendigen Legierungselemente zur Bildung der hoch schmelzenden Phasen entweder über das Schmierölsystem oder direkt über das Kraftstoffsystem der Verbrennung im Verbrennungsraum zuzuführen, um die Bildung tief schmelzender, Vanadium enthaltende Phasen zu verhindern. Die Zuführung von Additiven zur Bekämpfung von Korrosions- und Ablagerungserscheinungen ist auch aus anderen technischen Gebieten bekannt. So wird eine solche Massnahme z.B. in "Einsatz von schwerem Heizöl als Brennstoff für Gasturbinen" in ENERGIE, Jahrgang 28, Nr. 1 Januar 1976 für den Korrosionsschutz von Gasturbinen in Kraftwerken vorgeschlagen.

[0012] Diese aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten der Zumischung geeigneter Legierungselemente haben jedoch verschiedene erhebliche Nachteile, und haben in Bezug auf bestimmte Legierungen oder Legierungselemente, die zur Bildung der hoch schmelzenden Phase einem Verbrennungsprozess zugeführt werden müssen, lediglich theoretischen Charakter.

[0013] So müssen Einrichtungen vorgesehen werden, mit welchen gezielt einem Brennstoff, einem Treibstoff oder einem Schmiermittel geeignete Legierungselemente zugeführt werden können, da diese in den Schmierölen bzw. Brenn- und Treibstoffen nicht in der erforderlichen Menge und / oder Zusammensetzung vorhanden sind. Es versteht sich, dass das mit einem ganz erheblichen zusätzlichen apparativen Aufwand verbunden ist, der insbesondere beispielsweise auf Schiffen unter verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten, oder einfach aus Platzgründen kaum vernünftig realisierbar ist.

[0014] Zudem ist die Mitführung der notwendigen Legierungselemente mit dem Schmieröl und / oder dem Treibstoff oder Brennstoff nicht in allen Fällen ohne weiteres möglich, da die Legierungselemente z.B. mit dem Schmieröl und / oder dem Treibstoff oder Brennstoff physikalische und / oder chemische Reaktionen eingehen können, die dazu führen, dass das entsprechende Legierungselement dann nicht mehr zur Bildung z.B. der hoch schmelzenden Vanadate zur Verfügung steht. Auch ist es möglich, dass durch die zuvor erwähnten physikalischen und / oder chemischen Reaktionen bestimmte Eigenschaften, z.B. des Schmieröls, so stark verändert werden, dass das Schmieröl zum Beispiel seine schmierende Wirkung ganz oder teilweise verliert, was zu erheblichen Schäden an einer entsprechenden Maschine führen kann. Auch ist es möglich, dass sich durch die Zumischung der Legierungselemente zum Treibstoff und / oder zum Schmieröl physikalisch und / oder chemisch aggressive Stoffe bilden können, die bestimmte Maschinenelemente angreifen und massiv beschädigen können, bevor die Legierungselemente ihre Wirkung zur Bildung hoch schmelzender Vanadiumverbindungen entfalten können.

[0015] Auch wenn die zuvor exemplarisch beschriebenen Probleme mit den tief schmelzenden Vanadat Phasen nur ein Beispiel für einen Mechanismus ist, der zu Hochtemperaturkorrosion führt und dem Fachmann eine Vielzahl weiterer Mechanismen und Hochtemperaturkorrosionseffekte bekannt sind, die ebenfalls, und zwar nicht nur in Dieselmotoren, beobachtet werden, und zum Beispiel in den oben genannten Anlagen und / oder an den genannten Komponenten im Betrieb zu den bekannten Korrosionsschäden führen können, so ist das Problem mit den tief schmelzenden Phasen jedoch ein zentrales Problem, dem bisher kaum Beachtung geschenkt wurde und für dessen Lösung es bisher keine wirklich praktikablen Vorschläge gibt.

[0016] Dabei soll nochmals ausdrücklich erwähnt werden, dass das Problem der tief schmelzenden Phasen nicht nur in Verbrennungsmaschinen, insbesondere in Zweitakt-Grossdieselmotoren und anderen kleineren Hubkolbenverbrennungsmaschinen auftritt, sondern auch aus vielen anderen technischen Bereichen bekannt ist, wie zum Beispiel bei Verbrennungsanlagen, insbesondere bei Müllverbrennungsanlagen, oder aber auch bei luft- oder landgestützten Turbinen aller Art.

[0017] Auch wenn, wie bereits eingangs erwähnt, aus dem Stand der Technik verschiedene Massnahmen bekannt sind, um das Auftreten von Hochtemperaturkorrosion zu minimieren, haben die aus dem Stand der Technik bekannten Massnahmen verschiedene Nachteile und sind insbesondere nicht geeignet, das Auftreten der tief schmelzenden Phasen zu verhindern.

[0018] Darüber hinaus sind die Materialien, aus denen zum Beispiel eine bekannte Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird, relativ teuer, da sie einerseits aus einer Vielzahl verhältnismässig teuerer Grundsubstanzen bestehen und andererseits die Herstellung, wie zum Beispiel im Fall von thermischem Spritzen, relativ aufwendig ist. Auch sind die bekannten Schutzschichten immer in Bezug auf bestimmte Korrosionsprozesse optimiert, so dass eine bestimmte Oberflächenschutzschicht letztlich immer einen Kompromiss darstellt, so dass die Hochtemperaturkorrosion zwar minimiert, aber letztlich nicht im notwendigen Umfang verhindert wird. Vor allem sind die bekannten Oberflächenschichten gegen tief schmelzende Phasen häufig nicht resistent und werden von diesen zum Beispiel aufgelöst oder abgelöst, oder weisen eine bestimmte Durchlässigkeit z.B. für die tief schmelzenden Vanadate auf, so dass diese ihre korrodierende Wirkung am Werkstück, z.B. an einem Kolben einer Brennkraftmaschine, trotz Oberflächenschutzschicht entfalten können.

[0019] Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes korrosionsgeschütztes Werkstück für hohe Temperaturen zur Verfügung zu stellen, wobei der Korrosionsschutz durch den Einsatz von einigen wenigen gut verfügbaren Materialien bereitgestellt wird, das korrosionsgeschützte Werkstück somit besonders wirtschaftlich herstellbar ist, und das Werkstück insbesondere gegen Schäden durch Hochtemperaturkorrosionsmechanismen basierend auf tiefschmelzenden Phasen wirksam geschützt ist.

[0020] Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet.

[0021] Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

[0022] Die Erfindung betrifft somit ein Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion durch tief schmelzende Vanadatphasen wobei das Werkstück an einer Oberfläche mindestens eine Randschicht aufweist, die eines der Elemente bestehend aus der Gruppe der Element Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst, so dass im Betriebszustand durch eine chemische Reaktion zwischen einem Element bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co und dem anwesenden Vanadium und / oder den anwesenden Vanadiumverbindungen und / oder einer tiefschmelzenden Vanadatphase, eine hochschmelzende Vanadatphase bildbar ist, so dass die Bildung einer tiefschmelzenden Vanadatphase verhinderbar ist.

[0023] Dabei kann die Randschicht eine Randschicht des Werkstücks selbst sein, in die die zuvor aufgezählten Elemente in der gewünschten Konzentration und Zusammensetzung eingebracht worden sind, oder die Randschicht kann auf einem Grundkörper gemäss einem der weiter unten beschriebenen Techniken aufgebracht werden, wobei der Grundkörper selbst aus einem anderen Material oder auch aus dem gleichen Material gebildet sein kann.

[0024] Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch Zugabe von geeigneten Legierungselementen zu den Basiswerkstoffen von durch Hochtemperaturkorrosion gefährdeten Komponenten, wie zum Beispiel zum Basiswerkstoff eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die schädlichen Wirkungen der z.B. bei der Schwerölverbrennung auftretenden, bei tiefen Temperaturen schmelzflüssigen Vanadat Phasen, dadurch verhinderbar sind, dass die derartig mit geeigneten Legierungselementen dotierten Komponenten die Bildung der tief schmelzenden Vanadate zumindest an der Oberfläche des Werkstücks verhinderbar ist, so dass entsprechende Korrosionsschäden durch tief schmelzende Vanadate gar nicht mehr auftreten können.

[0025] Wesentlich für die Erfindung ist somit, dass nicht durch die Ausbildung einer Oberflächenschicht primär der Kontakt der schädlichen tief schmelzenden Phasen mit der Oberfläche des Werkstücks verhindert wird. Sondern es wird bereits die Bildung der schädlichen Substanzen, die zur Hochtemperaturkorrosion führen, dadurch verhindert, dass eine Umwandlung z.B. von tiefschmelzenden Vanadatphasen in hoch schmelzende Vanadate initiiert wird, bzw. die Bildung von tief schmelzenden Vanadaten von vorne herein verhindert wird, indem direkt die Bildung von hoch schmelzenden Vanadaten unter Umgehung der Bildung von tief schmelzenden Vanadaten bevorzugt wird.

[0026] Das heisst, die in den Basiswerkstoff des korrosions-gefährdeten Werkstücks eingebrachten Legierungselemente reagieren mit den Verbrennungsprodukten derart, dass keine tief schmelzenden Phasen entstehen, sondern nur hoch schmelzende Phasen, die bei einer typischen Betriebstemperatur im Brennraum nicht schmelzen und daher nicht die von geschmolzenen Phasen bekannten Korrosionsschäden hervorrufen können.

[0027] Dabei ist es sogar möglich, dass sich die gebildeten hochschmelzenden Vanadatphasen auf der Oberfläche des Bauteils absetzen und so eine zusätzliche Schutzschicht gegen Korrosion und andere chemische oder physikalische Angriffe bilden.

[0028] Der Hochtemperaturkorrosionsschutz gemäss der vorliegenden Erfindung hat sich dabei als so effizient herausgestellt, dass der Hochtemperaturkorrosionsschutz gegen tief schmelzende Phasen über weite Temperaturbereiche von einigen wenigen 100°C, zum Beispiel ab 200°C bis zu hohen Temperaturen von 900°C, über 1200°C und sogar bis über 1400°C, unter den verschiedensten Betriebsbedingungen und in ganz unterschiedlichen chemischen Umgebungen, gewährleistet ist. Somit eignet sich der erfindungsgemässe Hochtemperaturkorrosionsschutz nicht nur zum Schutz von Werkstücken, wie den Teilen eines Grossdieselmotors, sondern kann vorteilhaft auf allen Gebieten der Technik wirksam eingesetzt werden, in denen Werkstücke, wie Bauteile oder Maschinenkomponenten von Hochtemperaturkorrosion aufgrund tief schmelzender Phasen, auch unter aggressiven chemischen Randbedingungen und schwierigen Temperaturverhältnissen, bedroht sind.

[0029] In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Werkstücks ist zumindest in einer Randschicht einer Oberfläche des Werkzeugs eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co vorgesehen. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass diese Elemente sehr effektiv, das heisst mit hoher Ausbeute und hoher Reaktionsgeschwindigkeit genügend hoch schmelzende Phasen, z.B. Vanadate bilden, wenn sie in einer vorgebbaren Konzentration vorgesehen sind, die unter anderem abhängig vom Basiswerkstoff des Werkstücks sein kann, und / oder von der Verbrennungstemperatur bzw. von der Betriebstemperatur des Werkstücks bestimmt sein kann. Es versteht sich, dass die Konzentration und / oder das Mischungsverhältnis der zuvor genannten Legierungselemente, bzw. welche der genannten Legierungselemente vorteilhaft verwendet oder nicht verwendet werden, auch von anderen Randbedingungen als den zuvor genannten abhängen kann. Z.B. unter anderem von der Art und Qualität des verwendeten Brennstoffs oder Treibstoffs, von der Art und Qualität eines eventuell verwendeten Schmierstoffs oder eines anderen Verbrennungszusatzes und vielen anderen Betriebsparametern mehr, unter denen das Werkstück im Betriebszustand betrieben wird.

[0030] In einem anderen Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche eines erfindungsgemässen Werkstücks eine Oberflächenschicht vorgesehen, die insbesondere aufgelötet, aufgeschweisst, mechanisch verbunden, schmelztechnisch aufgebracht, heiss-isostatisch aufgepresst oder aufgespritzt, insbesondere thermisch aufgespritzt ist, wobei die Oberflächenschicht eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Werkstück zum Beispiel einem mechanischen Verschleiss an der Oberfläche ausgesetzt ist und die Oberfläche von Zeit zu Zeit in einem Reparaturverfahren erneuert werden muss. Dann kann bei der Reparatur eine neue Oberflächenschicht aufgebracht werden, so dass die Oberfläche des Werkstücks nicht nur mechanisch, also strukturell wieder hergestellt ist, sondern die neu hergestellte Oberflächenschicht auch wieder in ausreichender Konzentration über die vorgenannten Legierungselemente verfügt, so dass die Bildung von tief schmelzenden Phasen auch nach einer Reparatur der Oberfläche weiter zuverlässig verhindert wird.

[0031] In einem ganz speziellen Ausführungsbeispiel kann dabei die Oberflächenschicht bis auf Verunreinigungen aus reinem Co oder aus reinem Ni bestehen.

[0032] Bevorzugt liegt dabei der Anteil jedes der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 80%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 70%-Gewichtsprozent und / oder der Anteil von Co und / oder Ni liegt bevorzugt zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 99%-Gewichtsprozent, insbesondere bei Verwendung von Eisenbasiswerkstoffen.

[0033] Dass der Anteil jedes der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si bevorzugt zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 80%-Gewichtsprozent gewählt wird, ist insbesondere darin begründet, dass ausserhalb dieses Konzentrationsbereichs in bestimmten Fällen bzw. unter bestimmten chemischen, physikalischen und thermischen Randbedingungen die Gefahr der Randschichtversprödung besteht.

[0034] Selbstverständlich kann auch das Werkstück insgesamt aus einer Legierung umfassend eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni, Fe und Co bestehen. Das ist besonders dann von Vorteil, wenn im laufenden Betrieb z.B. eine Oberfläche des Werkstücks mit der Zeit zwar beschädigt oder mehr oder weniger stark abgetragen wird, eine Reparatur des Werkstücks aufgrund seiner Funktion dennoch nicht vorgesehen werden muss. In einem solchen Fall kann die Bildung der tief schmelzenden Phasen auch dann ohne Einbusse der Effizienz gewährleistet werden, wenn z.B. die Oberfläche des Werkstücks mit der Zeit im Betrieb abgetragen oder beschädigt wird. Als Basislegierungen eignen sich dann insbesondere neben Eisenbasislegierungen auch Nickel-, Nickel-Kobalt und / oder Kobaltbasislegierungen.

[0035] Bevorzugt liegt dabei der Anteil jedes der Elemente Co und Ni zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 50%-Gewichtsprozent, im Speziellen zwischen 2%-Gewichtsprozent und 35%-Gewichtsprozent, wodurch in bestimmten Fällen verhindert werden kann, dass sich verschiedene mechanische Eigenschaften des Materials, wie z.B. seine Härte, Zähigkeit, Streckgrenze, thermischer Ausdehnungskoeffizient usw. verschlechtern. Insbesondere kann dadurch einer Versprödung des Materials entgegengewirkt werden.

[0036] Wie bereits erläutert ist das Werkstück im Speziellen, aber nicht notwendig, eine Komponente eines Verbrennungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Grossdieselmotors, bevorzugt ein Kolben, ein Kolbenring, ein Gaswechselventil, eine Einspritzdüse, eine in einen Brennraum ein- oder angebrachte Komponente, eine einen Brennraum bildende Komponente, wie ein Zylinder und / oder ein Zylinderdeckel, oder eine Komponente eines Turboladers, insbesondere eine Turbine eines Turboladers oder eine Abgas Zu- oder Abführung.

[0037] In einem anderen Fall kann das Werkstück eine Komponente einer Turbine, insbesondere ein Brennraum oder eine Turbinenschaufel einer Gasturbine sein, oder eine Komponente einer Verbrennungsanlage, im Speziellen einer Müllverbrennungsanlage, insbesondere eine Komponente eines Brennraums oder eines Abgassystems einer Verbrennungsanlage sein.

[0038] Weiter betrifft die Erfindung eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere einen Zweitakt-Grossdieselmotor, eine Turbine oder eine Verbrennungsanlage, insbesondere eine Müllverbrennungsanlage mit einem Werkstück der oben beschriebenen Art mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion durch tief schmelzende Phasen.

[0039] Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung von mindestens einem der Elemente bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co zum Schutz eines Werkstücks gegen Hochtemperaturkorrosion durch tief schmelzende Vanadatphasen, wobei das Werkstück an einer Oberfläche mindestens eine Randschicht aufweist, die eines der Elemente bestehend aus der Gruppe der Element Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst, so dass im Betriebszustand durch eine chemische Reaktion zwischen einem Element bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co und dem anwesenden Vanadium und / oder den anwesenden Vanadiumverbindungen und / oder einer tiefschmelzenden Vanadatphase eine hochschmelzende Vanadatphase gebildet wird, so dass die Bildung einer tiefschmelzenden Vanadatphase verhindert wird.

[0040] In einem ersten Ausführungsbeispiel wird auf der Oberfläche des Werkstücks eine Oberflächenschicht verwendet, die insbesondere aufgelötet, aufgeschweisst, mechanisch verbunden, schmelztechnisch aufgebracht, heiss-isostatisch aufgepresst oder aufgespritzt, insbesondere thermisch aufgespritzt wird, wobei in der Oberflächenschicht eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co vorgesehen wird.

[0041] In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird eine Oberflächenschicht verwendet, die bis auf Verunreinigungen aus reinem Co oder aus reinem Ni besteht.

[0042] Dabei wird bevorzugt eine chemische Zusammensetzung verwendet, wobei der Anteil jedes der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 80%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 70%-Gewichtsprozent gewählt wird und / oder der Anteil von Co und / oder Ni bevorzugt zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 99%-Gewichtsprozent gewählt wird.

[0043] In einer weiteren Verwendung wird das Werkstück selbst aus einer Legierung umfassend eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni, Fe und Co bereit gestellt.

[0044] Insbesondere um eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu verhindern, wird eine chemische Zusammensetzung verwendet, wobei der Anteil jedes der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 50%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 35%-Gewichtsprozent gewählt wird, insbesondere wenn eine Co-, Fe-, oder Ni-Basislegierung für das Werkstück verwendet wird.

[0045] In einer für die Praxis sehr wichtigen Verwendung ist das Werkstück eine Komponente eines Verbrennungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Grossdieselmotors ist, bevorzugt ein Kolben, ein Kolbenring, ein Gaswechselventil, eine Einspritzdüse, eine einen Brennraum bildende Komponente, wie ein Zylinder und / oder ein Zylinderdeckel, oder eine Komponente eines Turboladers, insbesondere eine Turbine eines Turboladers oder eine Abgas Zu- oder Abführung.

[0046] In einer weiteren wichtigen Verwendung ist das Werkstück eine Komponente einer Turbine, insbesondere ein Brennraum oder eine Turbinenschaufel einer Gasturbine, oder eine Komponente einer Verbrennungsanlage, im Speziellen einer Müllverbrennungsanlage, insbesondere eine Komponente eines Brennraums oder eines Abgassystems einer Verbrennungsanlage.

Ansprüche

1. Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion durch tiefschmelzende Vanadatphasen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück an einer Oberfläche mindestens eine Randschicht aufweist, die eines der Elemente bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst, so dass im Betriebszustand durch eine chemische Reaktion zwischen einem Element bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co und dem anwesenden Vanadium und / oder den anwesenden Vanadiumverbindungen und / oder einer tiefschmelzenden Vanadatphase, eine hochschmelzende Vanadatphase bildbar ist, so dass die Bildung einer tiefschmelzenden Vanadatphase verhinderbar ist.

2. Werkstück nach Anspruch 1, wobei auf der Oberfläche des Werkstücks eine Oberflächenschicht vorgesehen ist, die insbesondere aufgelötet, aufgeschweisst, mechanisch verbunden, schmelztechnisch aufgebracht, heiss-isostatisch aufgepresst oder aufgespritzt, insbesondere thermisch aufgespritzt ist, wobei die Oberflächenschicht eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst.

3. Werkstück nach Anspruch 2, wobei die Oberflächenschicht bis auf Verunreinigungen aus reinem Co oder aus reinem Ni besteht.

4. Werkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil jedes der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 80%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 70%-Gewichtsprozent liegt und / oder der Anteil von Co und / oder Ni liegt bevorzugt zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 99%-Gewichtsprozent.

5. Werkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Werkstück aus einer Legierung umfassend eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni, Fe und Co besteht.

6. Werkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil jedes der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 50%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 35%-Gewichtsprozent liegt, insbesondere wenn eine Co-, Fe-, oder Ni-Basislegierung für das Werkstück verwendet wird..

7. Werkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Werkstück eine Komponente eines Verbrennungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Grossdieselmotors ist, bevorzugt ein Kolben, ein Kolbenring, ein Gaswechselventil, eine Einspritzdüse, eine einen Brennraum bildende Komponente, wie ein Zylinder und / oder ein Zylinderdeckel, oder eine Komponente eines Turboladers, insbesondere eine Turbine eines Turboladers oder eine Abgas Zu- oder Abführung ist.

8. Werkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Werkstück eine Komponente einer Turbine ist, insbesondere ein Brennraum oder eine Turbinenschaufel einer Gasturbine ist, oder eine Komponente einer Verbrennungsanlage, im Speziellen einer Müllverbrennungsanlage, insbesondere eine Komponente eines Brennraums oder eines Abgassystems einer Verbrennungsanlage ist.

9. Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Zweitakt-Grossdieselmotor, Turbine oder Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage mit einem Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verwendung mindestens eines der Elemente bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co zum Schutz eines Werkstücks gegen Hochtemperaturkorrosion durch tief schmelzende Vanadatphasen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück an einer Oberfläche mindestens eine Randschicht aufweist, die eines der Elemente bestehend aus der Gruppe der Element Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co umfasst, so dass im Betriebszustand durch eine chemische Reaktion zwischen einem Element bestehend aus der Gruppe der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co und dem anwesenden Vanadium und / oder den anwesenden Vanadiumverbindungen und / oder einer tiefschmelzenden Vanadatphase, eine hochschmelzende Vanadatphase gebildet wird, so dass die Bildung einer tiefschmelzenden Vanadatphase verhindert wird.

11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei auf der Oberfläche des Werkstücks eine Oberflächenschicht vorgesehen wird, die insbesondere aufgelötet, aufgeschweisst, mechanisch verbunden, schmelztechnisch aufgebracht, heiss-isostatisch aufgepresst oder aufgespritzt, insbesondere thermisch aufgespritzt wird, wobei in der Oberflächenschicht eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni und Co vorgesehen wird.

12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei die Oberflächenschicht bis auf Verunreinigungen aus reinem Co oder aus reinem Ni besteht.

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Anteil jedes der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 80%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 70%-Gewichtsprozent gewählt wird und / oder der Anteil von Co und / oder Ni bevorzugt zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 99%-Gewichtsprozent gewählt wird.

14. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Werkstück aus einer Legierung umfassend eines der Elemente aus der Gruppe Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si, Ni, Fe und Co bereit gestellt wird.

15. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Anteil jedes der Elemente Ca, Mg, Ta, Y, Na, Zn, P, B, Si zwischen 1 %-Gewichtsprozent und 50%-Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 2%-Gewichtsprozent und 35%-Gewichtsprozent gewählt wird, insbesondere wenn eine Co-, Fe-, oder Ni-Basislegierung für das Werkstück verwendet wird.

16. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Werkstück eine Komponente eines Verbrennungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Grossdieselmotors ist, bevorzugt ein Kolben, ein Kolbenring, ein Gaswechselventil, eine Einspritzdüse, eine einen Brennraum bildende Komponente, wie ein Zylinder und / oder ein Zylinderdeckel, oder eine Komponente eines Turboladers, insbesondere eine Turbine eines Turboladers oder eine Abgas Zu- oder Abführung ist.

17. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Werkstück eine Komponente einer Turbine ist, insbesondere ein Brennraum oder eine Turbinenschaufel einer Gasturbine ist, oder eine Komponente einer Verbrennungsanlage, im Speziellen einer Müllverbrennungsanlage, insbesondere eine Komponente eines Brennraums oder eines Abgassystems einer Verbrennungsanlage ist.