Untersuchung spezieller Anwendungsfälle für Beschichtungen um Anwendungsempfehlungen zu formulieren, Merkblätter zu erstellen sowie neue Prüfungsrichtlinien zu erarbeiten. Reperaturbeschichtungen (Smart Repair), die Beschichtung nichtrostender Stähle und Oberflächennitrierung stehen im Fokus der Untersuchungen. Aufgabenstellung und Ziel Die wässrigen Umgebungen, welchen Wasserbauten ausgesetzt sind, stellen häufig besonders hohe Ansprüche an den Bauwerksschutz. Das gilt insbesondere für den Korrosionsschutz von Stahlkomponenten. Organische Beschichtungsstoffe wie Epoxide und Polyurethane aus Erdölerzeugnissen bieten für einen überwiegenden Teil an Anwendungsfällen eine effektive Methode zum flächigen Korrosionsschutz. Durch die Adaption technischer Neuerungen und Lösungen, die bisher im Stahlwasserbau keine Anwendung finden, ist es denkbar, die bisherigen Korrosionsschutzstrategien sinnvoll zu ergänzen. Bereiche mit Optimierungspotenzial sind die Kosten, die Ökobilanz und die Vermeidung häufig auftretender Probleme. Ziel ist es daher, alternative Oberflächenbehandlungen eingehend zu untersuchen, um den Korrosionsschutz zukünftig effizienter gestalten zu können. Die BAW reagiert damit auf den allgemeinen Bedarf seitens der WSV bzw. der Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter. Der konkrete Fokus liegt auf den Themen: - Verbesserte Reparaturkonzepte (Smart Repair / Spot Repair) - Einsatz von (Plasma-)Nitrierungen als Korrosionsschutz - Adressierung von Haftungsproblemen auf nichtrostenden Stählen Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Kleinflächige Schadstellen am Korrosionsschutz und das daraus resultierende Auftreten von Korrosion sind ein häufiges Bild bei Inspektionen von Bestandsbauten. Sie wirken sich zwar negativ auf die Substanz aus, rechtfertigen aber oft nicht den Aufwand einer vollständigen Erneuerung der Beschichtung. In solchen Fällen stellt die lokale Instandsetzung geschädigter Stellen mit SpotRepair-Beschichtungen eine angemessene Gegenmaßnahme dar (BAW 2020). Diese stellen den Korrosionsschutz wieder her und unterbinden die weitere Korrosion, bis eine Erneuerung des gesamten Korrosionsschutzes wirtschaftlich sinnvoll ist. Gleichzeitig haben Spot-Repair-Beschichtungen i. d. R. den Vorteil, dass sie schnell und einfach angewendet werden können und nicht von Fachfirmen ausgeführt werden müssen. Das Interesse der Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter an dieser Technik zeigt sich deutlich an der Nachfrage nach Spot-Repair-Schulungen, welche die BAW bereits seit einigen Jahren anbietet. Eine große Hürde für die Adaption der Reparaturtechniken in der WSV ist die Auswahl geeigneter Systeme. Für den flächigen Korrosionsschutz kann ein geeigneter Beschichtungsstoff aus der „Liste der zugelassenen Systeme“ der BAW ausgewählt werden. Ein entsprechendes Verfahren für Reparatursysteme wird im Rahmen dieser Untersuchung erarbeitet. Das Nitrieren von Stählen für die Härtung von Werkstücken bewährt sich bereits seit über 100 Jahren. Es ist ebenfalls bekannt, dass bestimmte Verfahren auch für den Korrosionsschutz unter atmosphärischen Bedingungen geeignet sind. Welche Verfahren sich jedoch auch im Stahlwasserbau für die WSV bewähren und sich als wertvolle Ergänzung zu den bisherigen Korrosionsschutzstrategien erweisen könnten, ist bisher kaum untersucht worden (Baier et al. 2011). Nichtrostende Stähle (NiRoSta) sind selbst gegenüber typischen korrosiven Einflüssen im Stahlwasserbau weitgehend inert, können jedoch durch Bimetallkorrosion die Korrosion anderer in Kontakt befindlicher Metalle beschleunigen. Daher kann auch eine Beschichtung von NiRoSta sinnvoll sein. Allerdings treten insbesondere bei Beschichtungen auf NiRoSta in Gegenwart von Wasser oder bei dauerhaft hoher Luftfeuchtigkeit häufig Enthaftungsprobleme auf (Funke und Zatloukal 1978). Daher sollen verschiedene Vorbehandlungen von NiRoSta untersucht werden, um diesem Problem im Wasserbau zukünftig besser vorbeugen z
Es sollen die Einflüsse der wichtigsten Prozessparameter beim Carbonitrieren von Stahl auf die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten und deren mögliche Beseitigung in einer katalytischen Abgasnachbehandlung untersucht werden. Die Einflüsse der Prozessparameter auf die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten sollen an einer vom DVGW zu mietenden halbtechnischen Vakuumapparatur untersucht werden. Für die Untersuchung der katalytischen Abgasbehandlung ist die Erweiterung einer am Institut vorhandenen Anlage geplant. Im gesamten Vorhaben ist eine weitreichende Zusammenarbeit mit den beteiligten Projektpartnern geplant. Zunächst wird die Thermowaage (TG) zur Untersuchung des Carbonitrierens umgebaut, parallel dazu geeignete Stickstoffdonatoren theoretisch identifiziert und diese danach experimentell validiert. Versuchsbegleitend werden die Gasphasenreaktionen beim Carbonitrieren modelliert. Danach wird die Vakuumapparatur (VA) für das Carbonitrieren umgebaut, der Katalysatorteststand integriert und der geeignete Druckbereich identifiziert. Parallel hierzu wird eine vorhandene Apparatur zur Bestimmung der kinetischen Daten für das Carbonitrieren umgebaut und danach die reaktionskinetischen Daten bestimmt. Gleichzeitig werden zur Validierung des Modells der Gasphasenreaktionen Untersuchungen in der VA und der TG durchgeführt und mit den Simulationsergebnissen verglichen. Anschließend werden geeignete Katalysatorsysteme ausgewählt und ihre Aktivität zur Abgasreinigung untersucht. Die Ergebnisse können für sämtliche Industriezweige nützlich sein, die sich mit dem Carbonitrieren von Stahl befassen. Dazu gehören Anlagenbetreiber, Ofenbauer, Gasversorger und Regelungstechniker. Außerdem könnten neue Erkenntnisse im Bereich der Material- und Bauteilentwicklung gewonnen werden. Einige potentielle Nutzer sind Projektpartner. Andere Nutzer werden über Vorträge/Veröffentlichungen informiert, evtl. werden auch Patente angemeldet, die Betreiber von Härtereianlagen nutzen können.
Im Verbundvorhaben Eta-Fabrik soll durch die Entwicklung von innovativen Einzeltechnologien und die technische Integration und Vernetzung dieser mit dem Fabrikgebäude gegenüber konventioneller Technologie der Energiebedarf in der industriellen Fertigung um 40Prozent gesenkt werden. Das Teilprojekt energie- und medieneffiziente Wärmebehandlung verfolgt das Ziel der Entwicklung eines effizienteren Nitrier-/Nitrocarburierprozesses, der gekennzeichnet ist durch: A. Prozessverkürzung: - Temperaturführung - Nitrierkennzahlregelung B. Verbrauchsminimierung:- Kennzahlregelung- Gasrückgewinnung: C. Emissionsverringerung: D. Qualitätssicherung und -steigerung: Die gewonnen Erkenntnisse fließen in die Auslegung und Konstruktion von Wärmebehandlungsöfen ein und sollen in Form einer Demonstratoranlage im Rahmen der 'eta-Fabrik' umgesetzt werden. IVA Industrieöfen fertigt einen Industrieofen mit Retorte zum Nitrieren, der anschließend energetisch vermessen wird. Aus der Zusammenarbeit mit den Projektpartnern IWT Bremen, ZAE Bayern und PTW TU Darmstadt gewonnene Erkenntnisse zur Steigerung der Energieeffizienz werden an der Anlage umgesetzt und erprobt. Ziel der /VA Industrieöfen ist, neue Energieeffizienzpotenziale zu identifizieren, um hierauf basierend Produktneuentwicklungen auszuwählen.
Entwicklung von Verfahren zur Wiedergewinnung der Salzbestandteile aus den Haertereialtsalzen zum Wiedereinsatz in der Haertesalzproduktion. Moeglichkeit der Aufarbeitung von Salzgemischen aus Bariumchlorid, Bariumcarbonat, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Cyaniden, Hydroxiden und Carbonaten der Elemente Natrium und Kalium sowie von Gemischen aus Nitrat, Nitrit, Carbonat, Hydroxid sowie etwas Chlorid der Elemente Kalium und Natrium. Es werden jeweils als reine Salze Bariumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Calciumchlorid bzw. Kaliumnitrat, Natriumnitrat sowie Natriumchlorid gewonnen.
Ein höherer Wirkungsgrad von Verbrennungsmaschinen ist der treibende Faktor dafür, immer hitzeresistentere Werkstoffe zu entwickeln, damit die Prozessparameter Druck und Temperatur weiter erhöht werden können. Auf diese Weise können niedrigere CO2-Emissionen und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Diese Motivation treibt die Werkstoffwissenschaftler seit langem an, bekannte Legierungssysteme weiter zu optimieren und neue Werkstoffe für noch höhere Temperaturen zu untersuchen. Nickelbasislegierungen wurden aus diesem Grund über die letzten 60 Jahre immer weiter optimiert. Dies führte zu komplexen Legierungssystemen mit mehr als 10 Legierungselementen und einer optimierten Mikrostruktur, so dass diese Systeme heute bis ca. 1150 Grad Celsius eingesetzt werden können. Zwar bieten Nickelbasislegierungen eine sehr gute Kombination aus hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie einer guten Oxidationsbeständigkeit. Die Einsatztemperatur liegt jedoch bereits heute nahe dem Schmelzpunkt von Nickel und damit nahe an der absoluten Grenze. Allerdings könnte durch eine Erhöhung der Einsatztemperaturen über die Grenze der Nickelbasiswerkstoffe hinaus die Effizienz vieler Prozesse weiter gesteigert werden. Chrombasislegierungen können bei Temperaturen eingesetzt werden, bei denen Nickelbasiswerkstoffe bereits aufschmelzen. Sie bieten ein vorteilhaftes Oxidationsverhalten, niedrigere Dichten als Nickelbasiswerkstoffe und eine hohe Verfügbarkeit. Besonders die extreme Anfälligkeit für Nitrierung bei hohen Temperaturen hat jedoch dazu geführt, dass bisher nur wenig an Chrombasislegierungen für extrem hohe Temperaturen geforscht wurde. Weitere Herausforderungen bei Chrombasislegierungen stellen die Zähigkeit bei Raumtemperatur sowie der eingeschränkte Oxidationswiderstand bei sehr hohen Temperaturen dar, wenn die Verdampfung von Chromoxid eine Rolle zu spielen beginnt. Die meisten Arbeiten bezogen sich in der Vergangenheit darauf, die mechanischen Eigenschaften und das Hochtemperaturverhalten von Chrombasislegierungen durch Mikro- oder Makrolegieren mit verschiedenen Elementen zu verbessern. Auf diese Weise konnten einige Nachteile wie etwa die geringe Raumtemperaturduktilität bereits deutlich verbessert werden. In den meisten Fällen wurden in der Literatur solche Systeme beschrieben, bei denen sich das Gefüge bei der Erstarrung direkt einstellt und aus einer vergleichsweise zähen Cr-Mischkristallphase zusammen mit einer intermetallischen Phase besteht. Derartige 'in-situ composites' stellen zum Beispiel die Chrom (Mischkristall, MK)-Lavesphasenlegierungen (CrMK-Cr2X; X=Nb,Zr,Ta,Hf) oder das System Chrom-A15-Phase (CrMK-Cr3Si) dar. (Text gekürzt)
Die Verkürzung der Nitrifikation/Denitrifikation auf der Ebene der Zwischenstufe des Nitrits sowie Verfahren zur autotrophen Stickstoffentfernung ermöglichen eine deutliche Kostenreduzierung für die biologische Abwasserreinigung hochstickstoffhaltiger Abwässer mit geringem Gehalt an organischem Kohlenstoff. Als erster Prozessschritt ist eine stabile Nitrifikation bis zum Nitrit und nicht bis zum Nitrat die Voraussetzung für die weiteren biologischen Umsetzungsprozesse dieser Verfahren. Ziel des Forschungsvorhabens ist, die Mechanismen zu erkunden, die die Oxidation von Nitrit zu Nitrat bei Nitrifikation unter wechselweise aeroben und anoxischen Milieubedingungen verhindern. Dazu soll gezielt eine Kombination von mathematischer Model-lierung/Simulation und labortechnischer Experimente angewendet werden. Die Modellierung bietet die Möglichkeit, die komplexen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Randbedin-gungen und deren Auswirkungen sowie Wechselwirkungen abzubilden. Darüber hinaus ermög-licht die Verknüpfung von Modellierung und labortechnischen Experimenten sowohl eine mo-delltechnische Versuchsplanung der labortechnischen Experimente als auch einen Abgleich von Modell und Experimenten. Die Mechanismen, die die Unterdrückung der Nitritoxidation bei intermittierender Belüftung herbeiführen, sollen abschließend im Modell abgebildet werden.
Das Nitrieren in cyanidhaltigen Salzschmelzen hat den Nachteil, das dabei alkalicyanidhaltige Altsalze und Haertereiabwasser anfallen, welche bei unsachgemaesser Handhabung zu einer Gefaehrdung der Umwelt fuehren koennen. Vor kurzem wurde in der Presse ueber einen Skandal in Nordrhein-Westfalen berichtet. Dort waren Behaelter mit cyanidhaltigen Altsalzen auf Muellkippen abgeladen worden. Umweltfreundliche Nitrierverfahren haben sich bisher wegen wirtschaftlicher und technologischer Nachteile nicht durchgesetzt. Eine umfangreiche Verfahrensentwicklung auf diesem Gebiet waere wuenschenswert. Mit dem vorgesehenen Entwicklungsvorhaben werden zwei Ziele verfolgt: - Es soll untersucht werden, ob es moeglich ist, die bisher unwirtschaftlichen Gasnitrierverfahren durch eine Verfahrenskombination mit der Fliessbett-Technologie wirtschaftlicher zu machen. - Es wird angestrebt, die Umweltgefaehrdung beim Nitrieren in Salzschmelzen zu eliminieren. Dieses Ziel soll entweder durch Entwicklung von Nitrierbaedern aus nicht giftigen Salzen oder durch Abwandlung des Verfahrens zu einem Kreislauf mit Wiederaufarbeitung ohne Altsalzanfall erreicht werden. Beide Varianten sollen bezueglich ihres technologischen und wirtschaftlichen Potentials verglichen und das aussichtsreichere Verfahren bis zur halbtechnischen Reife entwickelt und in anwendungstechnischen Untersuchungen mit Stahlherstellern und Firmen des Maschinenbaues erprobt werden.
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