Ziel der Entwicklung
Der Kupfer-Nickel-Werkstoff CuNi10Fe1,6Mn ("CuNi10") kommt in vielen maritimen Anwendungen, beispielsweise im Schiffbau, für Meerwasserentsalzungsanlagen und Bohrplattformen in Form von Meerwasserleitungen, Wärmetauschern, Kondensatoren, Verdampfern, Platten und Böden zum Einsatz. Im Kontakt mit sauerstoffhaltigem Meerwasser bilden sich schützende oxidische Deckschichten auf der medienberührten Oberfläche aus. Dieser Vorgang erfordert je nach Bedingungen (Temperatur, Sauerstoffgehalt, Strömung) einen Zeitraum von ca. 2-8 Wochen, in welchem die anfangs hohe Korrosionsgeschwindigkeit auf niedrige Werte (ca. 10-20 µm/a) sinkt, wodurch hohe Standfestigkeiten von Bauteilen und Anlagen aus Korrosionssicht erreicht werden.
Zur Vermeidung von Korrosionsschäden in der Einfahrphase von Bauteilen aus CuNi10, welche infolge bestimmter Faktoren, z.B. Stagnation, Sauerstoffarmut und bestimmte Wasserverunreinigungen, entstehen können, werden in bestimmten Anwendungsbereichen Inhibitoren eingesetzt. Es ergibt sich die Frage, ob eine Substitution dieser häufig verwendeten organischen Verbindungen, z.B. Azole, Natriumdimethyldithiocarbamat (NaDDTC) als Vorbehandlungschemikalien durch andere, weniger problematische und entsorgungsfreundlichere Verbindungen möglich ist.
Das daraus abgeleitete Hauptziel der Arbeiten bestand in der Entwicklung eines Verfahrens zur schnellen Bildung schützender Deckschichten auf der Innenoberfläche von CuNi10-Rohren im Labormaßstab, um
a) die anfänglich hohe Freisetzung von Kupfer- und Nickelionen im Meerwasserkontakt
b) die Korrosionsgefährdung durch ungünstige Bedingungen in Brackwässern
zu verringern. Die Behandlungschemikalien sollen dabei als normale wässrige Lösung einsetzbar sein, wodurch die Verfügbarkeit von Meerwasser als mögliches natürliches Konditionierungsmedium verzichtbar ist. Diese Labormethode soll problemlos in ein Umwälz- oder Tauchverfahren zur Vorbehandlung von Anlagen oder Anlagenteilen aus Kupfer-Nickel-Komponenten, wie etwa Wärmetauschern, Rohren oder Armaturen im Zuge des Montageprozesses überführbar sein. Die Behandlungschemikalie soll dabei als normale wässrige Lösung einsetzbar sein, wodurch die Verfügbarkeit von Meerwasser als Konditionierungsmedium verzichtbar ist.
Vorteile und Lösungen
Die Kupfer-Nickel-Legierung „CuNi10„ zeigt in maritimen Anwendungen in der Regel eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Um die Schutzwirkung der Deckschichten nicht zu gefährden, müssen Anforderungen an das Korrosionsmedium Meerwasser und die Betriebsbedingungen gestellt werden, die bei der Anwendung nicht immer eingehalten werden. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden besonders bei Einfahrperioden mit neuen Bauteilen unter ungünstigen Bedingungen können die folgenden Forschungsergebnisse dienen:
- Die Anfangskorrosion von meerwasserberührten Oberflächen aus CuNi10 kann durch die Anwendung des Behandlungsverfahrens bei der Bauteilfertigung unter Bildung schützender Deckschichten reduziert und somit die Freisetzung von Kupfer- und Nickelionen in das Meerwasser vermindert werden. Korrosionsgefährdungen während der Einfahrphase können durch die vorgebildete Deckschicht minimiert werden. Eine umweltrelevante Substitution bisher genutzter problematischer organischer Inhibitoren zur Erstbehandlung von Rohren aus CuNi10 erscheint daher denkbar.
- Die Behandlungsdauer beträgt maximal 7 Tage und kann durch eine weitere Modifizierung weiter gesenkt werden.
- Durch die Verwendung von Tauch-, Spül- oder Sprühmethoden kann das Behandlungsverfahren an verschiedene Bauteilgeometrien angepasst werden. Ein Anschluss des Verfahrens an bestehende Systeme zur Druckprüfung von Bauteilkomponenten mit Wasser erscheint sinnvoll.
- Die Behandlungschemikalien liegen als verdünnte wässrige Lösung vor, sind ungiftig und besitzen kein umweltschädigendes Potential.
- Es besteht die Möglichkeit einer nachträglichen Anwendung von geschädigten Bauteiloberflächen, die bereits im Meerwasserkontakt standen und im Rahmen einer Wartung trockenfallen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse zur Bildung von schützenden Deckschichten auf CuNi10 können noch nicht in allen Teilen direkt in die Praxis übertragen werden. Ein praxisgerechter Einsatz des Behandlungsverfahrens kann unter folgenden Bedingungen erfolgen:
- Die Haftfähigkeit der im Laborverfahren gebildeten, homogenen Deckschichten muss noch verbessert werden, um die volle Schutzwirkung der oxidischen Deckschichtprodukte zu erzielen. Dies soll mit Hilfe eines mechanischen Verfahrens erfolgen.
- Die benötigte Behandlungsdauer soll durch die Variation der Behandlungsbedingungen weiter reduziert werden.
- Unter Einbeziehung der benannten Punkte soll eine Verfahrensbeschreibung entworfen werden, die im Technikumsmaßstab zu testen ist.
Eine erfolgreiche Etablierung des Verfahrens im Bereich der Halbzeughersteller und der Marinewerften ist dann zu erzielen, wenn eine hinreichende Wirksamkeit im Vergleich mit den bestehenden Vorbehandlungsinhibitoren belegt wird.
Die während der Bearbeitung gewonnenen Erkenntnisse lassen sich bei der Lösung der verbliebenen Aufgaben gewinnbringend einsetzen, da bereits eine Reihe von Versuchsvarianten realisiert und Schlüsselparameter für die Deckschichtbildung ermittelt wurden.