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 |