Abbildungen

Inhaltsverzeichnis

 

Abb. 1.1: PKW-Emissionen (Otto und Diesel) in Deutschland nach dem Verband der Automobil Industrie (VDA; VDI-Nachrichten 29/95). 1
Abb. 2.1: Äußeres Betriebsumfeld eines Rußfilters. 3
Abb. 4.1: Schematische Seitenansicht eines metallischen Rußfilters. 7
Abb. 4.2: Querschnitt durch eine Rußfilter-Platte (Filtergewebe; Ausschnitt aus Abb. 4.1). 7
Abb. 4.3: Gleichzeitige Anteile von Al und Cr senken die für den Korrosionsschutz erforderlichen Mindestgehalte. 11
Abb. 4.4: Schematischer Aufbau der Oxidschicht auf hochlegierten FeCrNi-Legierungen. 13
Abb. 4.5: Transportvorgänge in teilweise abgelösten Oxidschichten. 14
Abb. 5.1: Organigramm für Experimente zu Hochtemperatur-Korrosionsreaktionen beim Einsatz metallischer Werkstoffe als Rußfilter-Materialien. 18
Abb. 5.2: Räumliche Temperaturverteilung K 1252 (nach DIN 17052 bzw. Herstellerangaben). 19
Abb. 5.3: Dieselbrenner mit Probe; Foto: Strömungsrichtung nach links, Umschaltmechanismus (rechts). 20
Abb. 5.4: Probenträger des Gasbrenner-Prüfstands (Durchmesser 45 mm, Länge 15 cm). 20
Abb. 5.5: Probeneinbau bei Durchströmungsofenglühversuch. 21
Abb. 5.6: Motorprüfstand mit Thermoelement-bestücktem Rußfilter 277, Ausstrom nach links. 22
Abb. 5.7: Experimentelle Vorgehensweisen im Vergleich. 23
Abb. 5.8a: Filtergewebe. 26
Abb. 5.8b: Detailausschnitt (rechts). 26
Abb. 5.9: Einteilung der Meßebenen (E0 bis EIII). Die dicken Pfeile zeigen in Strömungsrichtung. 28
Abb. 5.10 Lage eines Thermoelementes (Eintritts-Austrittseite; vgl. Abb. 4.2). 28
Abb. 5.11: Ablaufschema des Rußfilter-Zeitraffertests in einem Dieselmotor-Prüfstand (Text). 29
Abb. 5.12: Temperaturen an zwei Meßpunkten der Eintrittsebene E29/A30 (hier aufgrund der Darstellung nicht unterscheidbar). Die Kurven sind aus mehreren Einzelmessungen zusammengesetzt. 30
Abb. 5.13: Temperatur-Häufigkeitsverteilung. (Meßstelle E29). 30
Abb. 5.14: Temperaturdifferenzen (Austritt-Eintritt, A30-E29) und Temperaturen im Vergleich. 31
Abb. 5.15: Geometrie der Zylinderproben. 34
Abb. 5.16: Temperaturführung bei Glühversuchen. 35
Abb. 5.17: Pulverteilchen des Stahles W.-Nr. 1.4841 (REM). 37
Abb. 5.18: Fraktal des Pulvers W.-Nr. 1.4841. 38
Abb. 5.19: Metallographischer Querschliff von Teilchen des NiAl-Metallpulvers (geätzt). 38
Abb. 5.20: NiAl-Gefüge. 39
Abb. 5.21: Elementverteilung (Energiedispersive Röntgenanalyse, rechts) von NiAl-Pulver mit 7.5% Chrom. Das Goldsignal beruht auf der Probenpräparation (Besputterung). 39
Abb. 5.22: Temperaturprofil des komprimierten Glühversuchs. 40
Abb. 5.23: Zugprobe der in-situ-Röntgenmessung. 41
Abb. 5.24: Temperaturverläufe bei Dieselbrennerversuchen. 42
Abb. 5.25: Querschnitt eines Filterprobenpaars. 43
Abb. 5.26: Packungsaufkohlungsversuch. 44
Abb. 6.1: Oxidation kugelförmiger Teilchen. 45
Abb. 6.2: Diffusion in Kugelschalen. 46
Abb. 6.3: Modell nach E. Y. Zamalin. 47
Abb. 6.4: Diffusion in Kugelschalen. 48
Abb. 6.5: Dimensionslose Lösung von Gleichung 6.14. 48
Abb. 6.6: Geometrie oxidierender Metallkugeln. 50
Abb. 6.7: Kugelmodell für Verifikation. 51
Abb. 6.8: Korrelation der Schichtdicken sgem und sber und Bestätigung des Kugelmodells. 52
Abb. 6.9: Vollständige Mischbarkeit zwischen Al2O3 und Cr2O3. 53
Abb. 6.10: Partialdrücke in oxidierender Gasphase A über reinem Al2O3. 55
Abb. 6.11: Partialdrücke in oxidierender Gasphase B mit Sauerstoffüberschuß; Chromoxid Cr2O3. 56
Abb. 6.12: Partialdrücke in der leicht reduzierenden Gasphase C; Chromoxid Cr2O3 56
Abb. 6.13: Zielgrößen bei Glühversuch. 57
Abb. 6.14: Zusammenfassung der metallographischen Primärauswertungen. 58
Abb. 6.15: Aluchrom IV: 1100 ˚C, O2, liqu. 59
Abb. 6.16: Randoxidation bei Ni3Al: 1100 ˚C, zyklisch, N2, liqu. 59
Abb. 6.17: Auswirkung der fünf Einflußfaktoren A bis E auf die Zielgrößen Z1 bis Z5. 60
Abb. 6.18: Massenänderung einiger Drähte (TG, 900 ˚C, O2). 61
Abb. 6.19a: PVD-chromierter Draht, Gesamtansicht. 62
Abb. 6.19b: PVD-chromierter Draht, Ausschnitt aus Abb. 6.19a. 62
Abb. 6.20: Relative Massenzunahme ∆m/m0 von Pulver W.-Nr. 1.4841 als f(t, Ø) bei 900 ˚C in O2. 63
Abb. 6.21: Dichtebestimung von Cr2O3. 64
Abb. 6.22: Oberflächenmorphologie von Filtergewebe nach Luftglühung; rechts: Ausschnitt (800 ˚C, 15 h). 65
Abb. 6.23: Siliziumhaltige schlackenartige Oberflächenbereiche; rechts: Ausschnitt. (900 ˚C, 15 h, Luft). 65
Abb. 6.24: Relative Massenänderung von Chrompulver 99.7% (900 ˚C, O2). 66
Abb. 6.25: TG-Meßergebnisse von Ampersint-Fraktionen, (O2). 67
Abb. 6.26: TG-Meßergebnisse von Ampersint-Fraktionen, 1 bis 5, (O2). 68
Abb. 6.27: Zusammenfassung aller Meßergebnisse (900 ˚C, O2). 69
Abb. 6.28: NiAl: Samtartige Al2O3-Oxidschicht (900 ˚C, 15 h, O2). 70
Abb. 6.29: NiAl: Nicht analysierbare Ausblühungen; keine Abplatzungen (1000 ˚C, 15 h, O2). 70
Abb. 6.30: Elementverlauf der Probe 14. (63 µm, Ø, 1000 ˚C, O2). 70
Abb. 6.31: Auswirkung verschiedener Glühbedingungen (900 ˚C, O2). 71
Abb. 6.32: Pulverteilchen im Sinterkontakt untereinander und mit Draht (Skizze nach Schliffbild). 72
Abb. 6.33: Längsdraht-Querdraht-Sinterkontakt (Skizze nach Schliffbild). 72
Abb. 6.34a: Luftgeglühtes Filtergewebe, 900 ˚C, (910 h, Probenschmalseite circa 5 cm breit). 74
Abb. 6.34b: Luftgeglühtes Filtergewebe, 1100 ˚C, (910 h, Probenschmalseite circa 5 cm breit). 74
Abb. 6.35: Bei 900 und 1100 ˚C und 167 Stunden geglühte Filtergewebe-Proben (Kreise: Drahtquerschnitt). 74
Abb. 6.36: Oxidphasen im System FeCrNi. 75
Abb. 6.37: Spezifische Oberfläche Sm von Filtergewebe nach speziellen Glühungen an Luft. 75
Abb. 6.38: Filtergewebe, W.-Nr. 1.4841: erste Beläge auf Deckschicht werden sichtbar (rechts: Ausschnitt 400 + 600 + 800, je 4 h, Luft). 77
Abb. 6.39: Filtergewebe, W.-Nr. 1.4841: erste Beläge auf Deckschicht werden sichtbar (rechts: Ausschnitt 400 + 600 + 800, je 4 h, Luft). 77
Abb. 6.40: Gefügeveränderungen bei Glühung bei 900 ˚C im System Al-Fe-Cr. 78
Abb. 6.41: Querschliff einer alitierten Filtergewebe-Probe, Kreisfläche: Draht (900 ˚C, 537 h, Luft). 79
Abb. 6.42a: Qualitativer Gefügevergleich alitierten Filtergewebes nach Langzeitglühung (900˚C, isotherm, Luft). 79
Abb. 6.42b: Qualitativer Vergleich alitierten Filtergewebes nach Langzeitglühung (900 ˚C, isotherm, Luft). 80
Abb. 6.43: Qualitativer Vergleich chromierten Filtergewebes nach Langzeitglühung (900 ˚C, isotherm, Luft). 80
Abb. 6.44: Chromiertes Filtergewebe nach Luftglühung. Kreisfläche: Drahtquerschnitt (900 ˚C, 537 h). 81
Abb. 6.45: Röntgen-in-situ-Methode am Beispiel Phasenbildung (konstante Aufheizrate 2.7 K/min, synthetisches Abgas nach Tab. 5.8). 82
Abb. 6.46: Temperaturabhängigkeit der Gitterparameter [200] und [111] (Beispiel). 84
Abb. 6.47: Summenverlauf aller oxidischen Peaks. 84
Abb. 6.48: Röntgenographische Analyse am Draht. 84
Abb. 6.49: Röntgenographische Analyse der Pulveroberfläche. 84
Abb. 6.50: Bruchfläche, Einschnürung und Gleitlinien an Draht. 85
Abb. 6.51: Ablaufschema der Bildauswertung. 85
Abb. 6.52: Geometrische Größen bei der Bildauswertung. 88
Abb. 6.53: Flächenaufteilung (“Netz”): in jeder der Teilfläche ist ein Metallteilchen enthalten. 88
Abb. 6.54: Fraktale Auswertung von Filtergewebe-Proben (Dieselbrenner) 89
Abb. 6.55: Auswirkung der vier Faktoren A bis D auf die Zielgrößen Z12 bis Z5 bei Metallteilchen, (grau unterlegter Bereich: nicht-signifikanter Bereich. Vgl. Text). 91
Abb. 6.56: Auswirkung der vier Faktoren A bis D auf die Zielgrößen Z12 bis Z5 bei Oxidteilchen, (grau unterlegter Bereich: nicht-signifikanter Bereich. Vgl. Text). 91
Abb. 6.57: Zur Definition der Schichtdicke. 93
Abb. 6.58: Schichtdickenbestimmung als Grenzwert einer Regressionsgeraden (Beispiel). 93
Abb. 6.59: Übereinstimmung der Schichtdicke sgeo und sregr. 94
Abb. 6.60: Deckschichtbildung aufgrund selektiver Cr-Oxidation (ungeätzt, 750 ˚C, 250 h, Luft). 95
Abb. 6.61: Cr-Elementverteilungsanalyse, Diffusionsrandschicht. 95
Abb. 6.62: Glühzeitabhängiges Durchströmungsverhalten von Filtergewebe (750 ˚C, O2). 96
Abb. 6.63: Abgelöste Pulverpartikel nach Gasbrennerversuch, Blickrichtung: (Matrix REM; Probe 291, 950 ˚C, 100 * 10 s). 97
Abb. 6.63: Abgelöste Pulverpartikel nach Gasbrennerversuch, Blickrichtung: Teilchenoberfläche (rechts; REM; Probe 291, 950 ˚C, 100 * 10 s). 97
Abb. 6.64a: Packungsaufgekohltes Filtergewebe (1100 ˚C, 40 h). 97
Abb. 6.64b: Packungsaufgekohltes Filtergewebe, rechts mit Interferenzfarben kontrastverstärkt (1100 ˚C, 40 h). 98
Abb. 6.65: Verbindungsbereich mit Rissen. 99
Abb. 6.66: Verbindung zweier Filterplatten durch Schweißung. 99
Abb. 6.67: Gefüge der Verbindungsschweißnaht; oben Mitte: (ehemalige) Drahtquerschnitte. 99
Abb. 6.68: Filterquerschnitt mit Temperaturverteilung und Proben-Entnahmeorten. 100
Abb. 6.69: Übersicht Rißbereich links). 101
Abb. 6.69: Rechts: Ausschnitt mit gebrochenem Querdraht (Gleitlinien). 101
Abb. 6.70: Nachweis von Na2SO4. Dunkelgrau: Na2SO4 hellgrau Chromoxid. 102
Abb. 7.1: Temperatur-Frequenzspektren. 104
Abb. 7.2: Oxidbildung in Abhängigkeit vom Cr-Anteil und Temperatur Rauten: Eigenversuche. 112
Abb. 7.3: Oxidationsverhalten alitierten und chromierten Filtergewebes (900 ˚C, Luft). 114
Abb. 7.4: Massenabnahme bei hohen Temperaturen und groben Fraktionen. 120