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Schichten von keramischen Materialien auf verschiedenen Substraten sind von großem Interesse für verschiedene technische Anwendungen, wie z.B. Korrosionsschutzschichten, funktionelle Beschichtungen (Elektrokeramik, Hartbeschichtungen, antiabrasive Beschichtungen, Oxidationsschutz) oder sogar auch dekorative Beschichtungen. Allerdings begrenzen hohe Sintertemperaturen häufig die Einsatzmöglichkeiten. CVD- und PVD-Verfahren, bei denen die Substrattemperaturen relativ niedrig gehalten werden können, bieten hier eine gute Alternative, bereiten jedoch bei Mehrkomponentensystemen Probleme. Eine interessante Möglichkeit, besonders im Hinblick auf die Anwendung mehr herkömmlicher Beschichtungstechniken, bietet der Sol-Gel-Prozeß [1], da man von einer flüssigen Phase ausgehen und Techniken wie Tauchen, Schleudern etc. anwenden kann.

Zur Erzeugung von Verschleißschutzschichten bieten sich neben konventionellen Auftragsverfahren auch die Laserbeschichtungstechniken an. Die Untersuchung zum Laserstrahlbeschichten mit Kobaltbasislegierungen in einem einstufigen Prozeß - das pulverförmige Zusatzmaterial wird unmittelbar in den vom Laserstrahl beaufschlagten Bereich zugeführt - zeigen gute Schichtqualitäten. Die Schichtdicke ist variierbar, die Härte ist über die Wahl der Kobaltbasislegierung einzustellen. Mit Erhöhung der Laserleistung läßt sich die Auftragsrate vervielfachen. Die Möglichkeit, durch Legierungselememnte bzw. durch das Einmischen von in der Schmelze nicht lösbaren Hartpartikeln (WC) die Randschichteigenschaften zu verbessern, eröffnet weitere Einsatzfelder für dieses Verfahren.

ORMOCERe (organically modified ceramics) stellen die konsequente Entwicklung bekannter chemischer Synthesegrundprinzipien zu neuen Werkstoffen dar. Sie sind durch die Kombination von Bausteinen nichtmetallischer anorganischer Materialien und von organischen Gruppen bzw. Polymeren gekennzeichnet. Aufgrund der vielfaeltigen Kombinationsmoeglichkeiten und der Steuerung der Synthesereaktionen lassen sich Werkstoffe mit maßgeschneiderten speziellen Eigenschaften erzeugen (poroese Materialien, Beschichtungen, kompakte Werkstoffe) oder organische Polymere modifizieren. Verschiedene Materialien haben inzwischen Eingang in die industrielle Produktion gefunden, die Gesamtentwicklung steht jedoch erst am Anfang.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung von Cyclodextrin (CD) für den Korrosionsschutz von Zink. CDe sind cyclische Oligosaccharide, welche durch ihre Struktur die Bildung von Wirt-Gast-Komplexen ermöglichen. Es wurden CD-Komplexe mit organischen Korrosionsinhibitoren hergestellt und charakterisiert. Diese wurden in eine organische Modellbeschichtung eingemischt, und das Verhalten der Beschichtung in Kontakt mit einem Defekt mittels der Raster-Kelvin-Sonde untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass durch CD die Verfügbarkeit der Inhibitoren aus der Beschichtung an der Metalloberfläche verbessert wird, was zu einer Reduzierung der Delminationsrate und zur Passivierung des Defektes führt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass CD auch als Korrosionsinhibitor wirken kann. CD adsorbiert hierbei auf den Korrosionsprodukten und ändert deren elektronischen Eigenschaften. Die Inhibierung ist stark von der Zusammensetzung des Elektrolyten abhängig.

Coking and Metal Dusting are high temperature corrosion phenomena occurring at 400 to 900°C under highly reducing conditions with low oxygen partial pressures and high carbon activities. Coking is the catalytical deposition of carbon on steels or nickel base alloys. Metal Dusting is a rapid material loss due to massive carburization and graphite precipitation within the metal matrix, causing the loss of integrity. Both phenomena have been investigated for the last fifty years. Metals susceptible for coking and metal dusting as well as catalytically active with regard to carbon deposition are iron, nickel and cobalt. These metals react with carbon containing gas species like carbon monoxide or methane and weaken the bonds in these molecules and, thus, accelerate dissociation and carbon deposition. Conventionally, high alloy steels or nickel base alloys are used under coking and metal dusting conditions avoiding the contact between the susceptible metals and the aggressive atmosphere by the formation of a dense protective oxide scale. Chromia, alumina and silica are stable under highly reducing atmospheres. The objective in this work was not to protect steels using a passive oxide barrier, but using an inhibitor of the catalytic surface reaction which causes the carbon deposition in first place. Tin was found to have the appropriate properties to act as inhibitor. Tin is part of the same main group of the periodic system as carbon, having the same orbital geometry apart from their dimension, and should perform similar orbital interactions with iron or nickel as carbon does. Tin and carbon are not miscible and are inert to each other. For the use at high temperature tin was applied in the form of the stable intermetallic nickel-tin phase Ni3Sn2 (m.p. 1264°C). Alloy coupons were coated with nickel-tin using various methods. The most reliable method was a combination of electrochemical nickel deposition and powder-pack diffusion of tin. The resulting coatings have an average thickness of 20-40 µm. The performance of nickel-tin coated metal coupons was investigated for the alloys P11, P91, alloy 800, AISI 321, alloy 600 and pure nickel. The exposure tests were conducted at 620°C in H2 – 24% CO – 2% H2O for maximal 3000 hrs. The stability under metal dusting conditions was improved for all alloys investigated by using the intermetallic coating. Before and after exposure the intermetallic coating and the interdiffusion zone were analysed. Important for the performance of the coating was whether phase transformations occurred during the exposure (Ni3Sn2/Ni3Sn). This was significantly triggered by the formation of diffusion barriers in the interdiffusion zone underneath the coating. In the last part of the thesis the oxidation stability of the intermetallic coating was discussed. From an industrial operator’s point of view, it is interesting if the coating is attacked by oxidizing conditions during start up or shut down procedures. For a limited time nickel-tin intermetallic coatings were resistant against oxidation at 620°C in synthetic air. After that the oxide scale formed was no longer protective and internal oxidation occurred.