Der Ozean birgt reichlich natürliche Ressourcen, und seine Entwicklung ist nicht nur von großer wirtschaftlicher Bedeutung, sondern spiegelt auch die Technologie- und Forschungskapazitäten eines Landes wider. Mit der zunehmenden Intensität der Meeresentwicklung steigt die Zahl der Offshore-Industrieanlagen wie Unterwasser-Ölpipelines, Tiefsee-Bohrinseln und Offshore-Brücken von Jahr zu Jahr. Die rauen, korrosiven Bedingungen der Meeresumwelt können jedoch schwere Korrosion an den Metallkomponenten des Meeres verursachen. Statistiken zufolge beliefen sich die durch Korrosion verursachten wirtschaftlichen Verluste im Jahr 2016 weltweit auf 3,4% des globalen BIP, wobei ein Drittel dieser Verluste auf Meeresstrukturen entfiel. Daher sind das Verständnis der Merkmale der Meereskorrosion und die Auswahl geeigneter Methoden zum Schutz von Offshore-Metallkomponenten von besonders großem wirtschaftlichen Wert.

Merkmale der Korrosion in der Meeresumwelt

Meerwasser enthält eine große Menge an Salz, was es zu einer hervorragenden Elektrolytlösung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit macht. Infolgedessen sind Metallstrukturen, die dieser Umgebung ausgesetzt sind, starker Korrosion ausgesetzt. Die Korrosionsumgebungen im Meer lassen sich je nach den einzigartigen Merkmalen der Meeresumwelt in verschiedene Regionen einteilen:

Laserauftragschweißen Technologie

Anwendung der Laserstrahl-Auftragschweißtechnik im maritimen Korrosionsschutz

S355-Stahl, der häufig in der Schifffahrt verwendet wird, weist ähnliche mechanische Eigenschaften wie Q345-Stahl auf. Konstruktionen aus S355-Stahl sind in Meeresumgebungen sehr korrosionsanfällig. Durch Aufbringen einer Al-Ni-TiC-CeO2-Verbundplattierungsschicht auf die Oberfläche von S355-Stahl zeigen experimentelle Ergebnisse, dass mit einer Plattierungs-Scangeschwindigkeit von 7,5 mm/s eine Verdünnungsrate von weniger als 5% erreicht werden kann. Die Polarisationskurven von Proben mit verschiedenen Plattierungsabtastgeschwindigkeiten (6, 7, 7,5, 8 mm/s) zeigen, dass die mit 7 mm/s plattierte Probe die höchste Korrosionsbeständigkeit aufweist, da sie ein höheres Selbstkorrosionspotenzial und eine geringere Selbstkorrosionsstromdichte aufweist. Im Vergleich zu unbehandeltem S355-Stahl weist der plattierte Stahl eine deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit auf. Die Al-Ni-TiC-CeO2-Verbundplattierschicht verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials, sondern erhöht auch dessen Verschleißfestigkeit und Härte, was die Lebensdauer des Materials erheblich verlängert.

In Küstengebieten sind hydraulische Schleusenkolben der Spritzwasser- und Gezeitenzone ausgesetzt, wo schwere Korrosionsbedingungen herrschen. Herkömmliche Oberflächenbehandlungsverfahren wie Flammspritzen und Plasmaspritzen weisen oft eine hohe Porosität und eine schlechte Haftfestigkeit auf. Im Gegensatz dazu kann das Laserstrahl-Auftragschweißen mit Legierungspulvern auf Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasis die Korrosionsbeständigkeit der Kolbenstangen verbessern, wobei diese Technologie als neue Korrosionsschutzlösung die traditionellen Nickel- und Chrombeschichtungsverfahren ersetzen könnte.

In Kernkraftwerken sind die Laufräder von Meerwasserpumpen anfällig für Korrosion und Kavitationserosion, wenn sie in Meerwasser getaucht werden. Um dieses Problem zu lösen, wurden drei Arten von Legierungspulvern zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl 316 eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass die plattierte Schicht, die aus Austenit mit einem geringen Anteil an Martensit besteht, die Korrosionsprobleme der Laufräder deutlich mindert, wenn die Legierungspulver viel Chrom und viel Nickel enthalten.

Insgesamt können Legierungspulver auf die spezifische Korrosionsumgebung von Metallkomponenten zugeschnitten werden, um deren Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. So können beispielsweise Werkstoffe aus rostfreiem Stahl in der atmosphärischen Meereszone eingesetzt werden, während Pulver auf Nickelbasis mit verschleißfesten Komponenten für den Einsatz in Spritzwasser- oder Gezeitenzonen hinzugefügt werden können, um die Anpassungsfähigkeit des Materials in diesen Bereichen zu verbessern.

Nachteile von Laserauftragschweißen Technologie

Oberflächenrauheit: Die plattierte Schicht kann eine raue Oberfläche haben, die bearbeitet werden muss, wenn die Oberflächengüte für die Anwendung entscheidend ist.

Gleichmäßigkeit und Stabilität: Die Gleichmäßigkeit der plattierten Schicht, die Produktstabilität und die Hilfsmittel entsprechen möglicherweise noch nicht den Anforderungen der industriellen Produktion.

Theoretische Forschungslücken: Es gibt nur unzureichende systematische Untersuchungen über die Erstarrung der Legierung, die internen Materialveränderungen und das Temperaturfeld der plattierten Schicht.

Abschluss

Mit der zunehmenden Erforschung der Ozeane durch den Menschen werden immer mehr metallische Geräte und Komponenten in Meeresumgebungen eingesetzt. Das Verständnis der Merkmale der Meereskorrosion und die Entwicklung wirksamer Schutzmethoden sind von entscheidender Bedeutung. Die Technologie des Laserstrahl-Auftragschweißens kann zur Herstellung korrosionsbeständiger Legierungsschichten für Metallkomponenten eingesetzt werden und spielt eine unverzichtbare Rolle beim künftigen Korrosionsschutz im Meer. Diese Technologie wird auch in Zukunft einen wichtigen Beitrag zum Schutz der maritimen Infrastruktur und zur Weiterentwicklung der Meerestechnik leisten.