Die Ozeane bergen reichhaltige natürliche Ressourcen, und ihre Erschließung ist nicht nur von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung, sondern spiegelt auch die technologischen und Forschungskapazitäten eines Landes wider. Mit der zunehmenden Intensität der Meeresnutzung steigt die Zahl der Offshore-Industrieanlagen, wie beispielsweise Unterwasser-Ölpipelines, Tiefseebohrplattformen und Offshore-Brücken, jährlich. Die aggressiven korrosiven Bedingungen der Meeresumwelt können jedoch zu starker Korrosion an metallischen Bauteilen führen. Statistiken zufolge beliefen sich die weltweiten wirtschaftlichen Verluste durch Korrosion im Jahr 2016 auf 3.4 % des globalen BIP, wobei ein Drittel dieser Verluste auf Meeresbauwerke entfiel. Daher ist das Verständnis der Eigenschaften von Meereskorrosion und die Auswahl geeigneter Methoden zum Schutz von Offshore-Metallbauteilen von besonders hohem wirtschaftlichem Wert.

Merkmale der Korrosion in der Meeresumwelt

Meerwasser enthält große Mengen an Salz und ist daher eine hervorragende Elektrolytlösung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Infolgedessen sind Metallstrukturen, die dieser Umgebung ausgesetzt sind, starker Korrosion ausgesetzt. Marine Korrosionsumgebungen lassen sich anhand der besonderen Eigenschaften der Meeresumwelt in verschiedene Regionen einteilen:

Laserbeschichtung schaffen

Anwendung der Laserauftragschweißtechnologie im Bereich des maritimen Korrosionsschutzes

Der in maritimen Umgebungen häufig verwendete Stahl S355 weist ähnliche mechanische Eigenschaften wie Stahl Q345 auf. Konstruktionen aus S355-Stahl sind in maritimen Umgebungen stark korrosionsanfällig. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass durch Aufbringen einer Al-Ni-TiC-CeO₂-Verbundbeschichtung auf die Oberfläche von S355-Stahl bei einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 7.5 mm/s eine Verdünnungsrate von unter 5 % erreicht werden kann. Polarisationskurven von Proben mit unterschiedlichen Beschichtungsgeschwindigkeiten (6, 7, 7.5, 8 mm/s) zeigen, dass die mit 7 mm/s beschichtete Probe die höchste Korrosionsbeständigkeit aufweist. Sie zeigt ein höheres Selbstkorrosionspotenzial und eine geringere Selbstkorrosionsstromdichte. Im Vergleich zu unbehandeltem S355-Stahl weist der beschichtete Stahl eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf. Die Al-Ni-TiC-CeO2-Verbundbeschichtungsschicht verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials, sondern erhöht auch dessen Verschleißfestigkeit und Härte, wodurch die Lebensdauer des Materials deutlich verlängert wird.

In Küstenregionen sind die Kolben von hydraulischen Wasserschiebern der Spritzwasser- und Gezeitenzone ausgesetzt, wo starke Korrosionsbedingungen herrschen. Herkömmliche Oberflächenbehandlungsverfahren wie Flammspritzen und Plasmaspritzen weisen häufig eine hohe Porosität und geringe Haftfestigkeit auf. Im Gegensatz dazu kann das Laserauftragschweißen mit Legierungspulvern auf Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasis die Korrosionsbeständigkeit der Kolbenstangen verbessern. Diese Technologie hat das Potenzial, traditionelle Vernickelungs- und Verchromungsverfahren als neue Korrosionsschutzlösung zu ersetzen.

In Kernkraftwerken sind die Laufräder von Meerwasserpumpen anfällig für Korrosion und Kavitationserosion, wenn sie in Meerwasser eingetaucht sind. Um dem entgegenzuwirken, wurden drei Arten von Legierungspulvern zur Beschichtung eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl 316 zu verbessern. Die Ergebnisse zeigten, dass die Beschichtungsschicht, bestehend aus Austenit mit einem geringen Anteil an Martensit, die Korrosionsprobleme der Laufräder deutlich verringerte, wenn die Legierungspulver einen hohen Chrom- und Nickelgehalt aufwiesen.

Generell lassen sich Legierungspulver gezielt an die spezifischen Korrosionsbedingungen von Metallbauteilen anpassen, um deren Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. So können beispielsweise Edelstahlwerkstoffe in der maritimen Atmosphäre eingesetzt werden, während für den Einsatz in Spritzwasser- oder Gezeitenzonen Nickelbasispulver mit verschleißfesten Komponenten beigemischt werden können, um die Materialanpassungsfähigkeit in diesen Bereichen zu erhöhen.

Nachteile von Laserbeschichtung schaffen

ReibungskoeffizientDie plattierte Schicht kann eine raue Oberfläche aufweisen, die eine Nachbearbeitung erfordert, wenn die Oberflächenbeschaffenheit für die Anwendung von entscheidender Bedeutung ist.

Einheitlichkeit und StabilitätDie Gleichmäßigkeit der Plattierungsschicht, die Produktstabilität und die unterstützende Ausrüstung erfüllen möglicherweise noch nicht die Anforderungen der industriellen Fertigung.

Theoretische ForschungslückenEs gibt unzureichende systematische Untersuchungen zur Legierungserstarrung, zu inneren Materialveränderungen und zum Temperaturfeld der Plattierungsschicht.

Fazit

Mit der zunehmenden Erforschung der Ozeane durch den Menschen steigt auch der Einsatz von Metallgeräten und -komponenten in maritimen Umgebungen. Das Verständnis der Eigenschaften von Meereskorrosion und die Entwicklung effektiver Schutzmethoden sind daher von entscheidender Bedeutung. Die Laserauftragschweißtechnologie ermöglicht die Herstellung korrosionsbeständiger Legierungsbeschichtungen für Metallkomponenten und spielt somit eine unverzichtbare Rolle für den zukünftigen Korrosionsschutz im Meer. Diese Technologie wird auch weiterhin wesentlich zum Schutz der maritimen Infrastruktur und zur Weiterentwicklung des Meeresingenieurwesens beitragen.