Combustion engines today are primarily powered by fossil fuels, resulting in emissions of pollutants that pose significant environmental challenges. Therefore, transitioning to alternative fuels that reduce these emissions is crucial. One promising alternative fuel is ammonia, which, in addition to being carbon-free, benefits from an already developed infrastructure. However, switching to new fuels creates a different chemical environment inside the engine, and the impact on engine materials has not been well studied. Thus, in this master’s thesis, nine different engine materials (copper, brass, aluminum, cast iron, ball bearing steel, stainless steel, titanium, titanium nitride, and diamond-like carbon (DLC)) were studied before and after ammonia exposure, as well as after a tribological test, to increase the knowledge in this field. The materials were analyzed using SEM and EDS before and after exposure, and additional techniques, LOM and XPS, were also used after the exposure. All materials showed some degree of reaction in the ammonia solution. Copper, brass, and aluminum were altered to a depth of many micrometers, and the surface layer broke under tribological contact. Cast iron also reacted, but to a lesser extent, as parts of its surface remained unchanged. Ball bearing steel, stainless steel and titanium reacted mildly, primarily superficial oxidation of the surfaces. Titanium nitride and DLC were almost unaffected by ammonia. This suggests that titanium nitride, DLC, ball bearing steel, stainless steel, and titanium are more suitable for use in an ammonia driven combustion engine than copper, brass, aluminum, and cast iron.

In dieser Arbeit wurde das elektrochemische Korrosionsverhalten von zwei Nietverbindungen in Hybridbauweise untersucht. Auf der Grundlage von elektrochemischen Polarisationsversuchen der Nietkomponenten sowie durch Simulation mit der Methode der Finiten Elemente konnte das Korrosionsverhalten für den gefügten Zustand abgeleitet werden. Das Korrosionsverhalten für den gefügten Zustand wurde aus der grafischen Analyse der erhaltenen Stromdichte-Potential-Kurven abgeleitet. Zudem wurde in der Simulation ein kritischer Abstand für galvanisch induzierte Lochkorrosion auf der Aluminiumlegierung berechnet. Das grafisch abgeleitete sowie das berechnete Korrosionsverhalten wurden für beide Nietverbindungen im Experiment bestätigt. Weiterhin wurde ein systemspezifischer Werkstoffparameter mit einer neuentwickelten Analysemethode extrahiert und dessen Abhängigkeit von der Expositionszeit der Nietverbindungen in dem Klimawechseltest nach VDA 621-415 und dem VDA 621-414 Freibewitterungstest untersucht.

In der Arbeit wurden systematisch die Einflüsse der Werkstoffzusammensetzungen und relevanter Gefügeparameter von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken mit amorphen YSiAlON-Korngrenzenphasen auf ihr Korrosionsverhalten in sauren, zum Teil fluoridhaltigen Medien untersucht und wesentliche Mechanismen aufgeklärt. Im Wesentlichen wird die Korrosionsbeständigkeit von Si3N4-Keramiken in Säuren durch die Stabilität der in den Tripelpunkten lokalisierten Korngrenzenphase bestimmt. Entscheidend für ihre Stabilität ist vor allem der Anteil an netzwerkbildenden Komponenten in den amorphen YSiAlON-Strukturen der Korngrenzenphasen. In Abhängigkeit von den Werkstoffzusammensetzungen und den Korrosionsbedingungen konnten unterschiedliche Korrosionsmechanismen identifiziert werden. Verantwortlich hierfür sind passivierend wirkende SiO2-nH2O-Ablagerungen in den korrodierten Korngrenzenzwickeln. Die gefundenen Relationen zwischen Werkstoffstoffzusammensetzung und Korrosionsmedien einerseits sowie dem Korrosionsverhalten andererseits sind die Basis für weitergehende Entwicklungen von korrosionsresistenten Werkstoffen.

Schichten auf Basis von Molybdändisilizid werden mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzens an Stelle der heute gebräuchlichen Plasmaspritzverfahren erzeugt. Für die Herstellung der Spritzpulver kommen die Hochenergiemahlung und anschließend das drucklose Sintern zum Einsatz. Zur gezielten Einstellung der Schichtporosität werden relevante Prozessparameter mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung ermittelt. Anschließend erfolgt die Abscheidung von MoSi2-Schichten mit unterschiedlichen Porositätsniveaus. Als für die Nutzung von Molybdändisilizidschichten im Hochtemperaturbereich relevanteste Systemeigenschaft wird das Oxidationsverhalten bei unterschiedlichen Temperaturen im Bereich von 500 °C bis 1500 °C untersucht. Dafür kommen thermogravimetrische Methoden, Temperaturwechselfestigkeits- und Thermoschockversuche zur Anwendung. Ein Praxistest in einer Hausmüllverbrennungsanlage prüft die Korrosionsbeständigkeit der MoSi2-Beschichtungen in einer möglichen Anwendung. Zusätzlich zur Analyse der Schichtgefüge mit licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren, Röntgenfeinstrukturanalyse und Sauerstoffgehaltsmessungen werden die mechanischen Kennwerte Oberflächenrauheit und Mikrohärte bestimmt. Die Untersuchungsergebnisse weisen nach, dass hochgeschwindigkeitsflammgespritzte Molybdändisilizidschichten nach entsprechender Gefügeoptimierung im Temperaturbereich von 500 °C bis 1500 °C, vor allem bei Temperaturen oberhalb von 1200 °C, als Oxidationsschutzschichten empfohlen werden können.

Lic.-avh. (sammanfattning) Västerås : Mälardalens högskola, 2007. / Härtill 3 uppsatser. S. 28-30: Bibliografi.

Zugl.: Bochum, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2009 / Hergestellt on demand. - Auch im Internet unter der Adresse http://uvka.ubka.uni-karlsruhe.de/shop/isbn/978-3-86644-409-6 verfügbar

Zugl.: Duisburg, Essen, University, Diss., 2008.

Zugl.: Tübingen, Univ., Diss., 2009

Bamberg, Univ., Diss., 2007.