Untersuchung des Passivierungsverhaltens von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen mit Hilfe elektrochemischer Methoden

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen

2.1 Aluminium-Legierungen und deren Anwendung bei kraftstoffführenden Teilen

2.1.1 Herstellung und Eigenschaften von Aluminium

2.1.2 Passivität

2.1.3 Legierungselemente und deren Einfluss

2.1.4 Anwendung bei kraftstoffführenden Teilen

2.2 Korrosionsverhalten in alkoholhaltigen Kraftstoffen

2.2.1 Elektrochemische Korrosion in wasserhaltigen Kraftstoffen

2.2.1.1 Flächige Korrosion

2.2.1.2 Wässrige Korrosion

2.2.2 Alkoholatkorrosion in „trockenen“ ethanolhaltigen Kraftstoffen

2.3 Elektrochemische Korrosionsuntersuchung

2.3.1 Durchführung elektrochemischer Messungen

2.3.2 Stromdichte-Potenzial-Kurven

2.2.3 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)

3 Versuchsdurchführung

3.1 Untersuchte Werkstoffe und Kraftstoffe

3.1.1 Werkstoffe

3.1.1.1 Verwendete Probenformen

3.1.1.2 Verwendete Probenmaterialien

3.1.2 Kraftstoffe

3.1.2.1 ASTM-C

3.1.2.2 Ethanol

3.1.2.3 Iso-Propanol

3.1.2.4 Tertiäres Butanol

3.2 Sicherheitshinweise

3.3 Voruntersuchungen zum Ansatz der Elektrolyt-Lösung für elektrochemische Untersuchungen

3.3.1 Das Leitsalz Lithiumperchlorat

3.3.2 Vorversuche zur Steigerung der Leitfähigkeit

3.2.2.1 Abwiegen des Salzes

3.2.2.2 Leitfähigkeitsmessung der einzelnen Kraftstoffe bei unterschiedlichem Salzgehalt

3.3.2 Ergebnisse der Vorversuche zur Steigerung der Leitfähigkeit

3.4 Anmischen der Versuchskraftstoffe

3.5 Auslagerungsversuche zur Untersuchung des Einflusses von Lithiumperchlorat auf die Alkoholatkorrosion von Al-Legierungen

3.5.1 Versuchsaufbau

3.5.2 Beschreibung des Versuchsablaufs

3.5.3 Versuchsabbau und Reinigung

3.5.4 Auswertung der Messdaten

3.6 Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen

3.6.1 Versuchsaufbau

3.6.2 Stromdichte-Potenzial-Kurven

3.6.2.1 Aufzeichnung zyklischer Stromdichte-Potenzial-Kurven mit der Potenziostat-Software „Thales“

3.6.2.2 Auswertung der Messdaten

3.6.3 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)

3.6.3.1 Aufzeichnung mit der Potenziostat-Software „Thales“

3.6.3.2 Auswertung der Messdaten

3.6.4 Versuchsabbau und Reinigung

4 Ergebnisse und Auswertung

4.1 Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken

4.1.1 Auslagerungsversuche in E25 mit und ohne Lithiumperchlorat im Vergleich

4.1.1.1 Al99,5

4.1.1.2 AlMgSi1

4.1.1.3 AlSi12

4.1.2 Schlussfolgerung

4.2 Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen

4.2.1 Stromdichte-Potenzial-Kurven

4.2.1.1 Beurteilung der zyklischen Messungen

4.2.1.1 Einfluss der Legierung

4.2.1.1 Einfluss des Wassers

4.2.2 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)

4.2.2.1 Beurteilung der Impedanzspektren und der elektrischen Ersatzschaltbilder

4.2.2.2 Elektrolytwiderstand Rel

4.2.2.3 Impedanzbetrag R0,01Hz

4.2.2.4 Kapazität der Probe Qy

4.2.2.5 Warburg-Diffusion Wy

5 Zusammenfassung und Ausblick

6 Anhang

6.1 Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken

6.1.1 Nomenklaturerklärung

6.1.2 Dokumentation der Auslagerungsversuche

6.1.2.1. Al99,5

6.1.2.2 AlMgSi1

6.1.2.3 AlSi12

6.2 Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen

6.2.1 Nomenklaturerklärung

6.2.2 Dokumentation der zyklischen Stromdichte-Potenzial-Kurven

6.2.2.1 Al99,5

6.2.2.2 AlMgSi1

6.2.2.3 AlSi12

6.2.3 Dokumentation der elektrochemischen Impedanzspektren

6.2.3.1 Al99,5

6.2.3.2 AlMgSi1

6.2.3.3 AlSi12

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht das Passivierungs- und Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen in „trockenen“ ethanolhaltigen Kraftstoffen unter Verwendung elektrochemischer Methoden, um das Risiko der Alkoholatkorrosion besser zu verstehen.

• Einfluss von Leitsalzen (Lithiumperchlorat) auf die Leitfähigkeit von Kraftstoffen.
• Korrosionsbeständigkeit verschiedener Aluminium-Legierungen (Al99,5, AlMgSi1, AlSi12).
• Analyse des Einflusses von Wasserbeimischungen auf Korrosionsmechanismen.
• Methodik zur Durchführung elektrochemischer Messungen (Stromdichte-Potenzial-Kurven, Impedanzspektroskopie).
• Beurteilung der Passivschichtstabilität unter praxisrelevanten Versuchsbedingungen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Arbeit beleuchtet die zunehmende Verwendung von Aluminium in Kraftfahrzeugen im Kontext von Biokraftstoffen und die damit einhergehenden Herausforderungen der Alkoholatkorrosion.

2 Grundlagen: Hier werden die Werkstoffeigenschaften von Aluminium, die Mechanismen der Korrosion in verschiedenen Kraftstoffumgebungen und die elektrochemischen Messverfahren erläutert.

3 Versuchsdurchführung: Dieser Abschnitt beschreibt die Probenmaterialien, die Vorbereitungen der Elektrolytlösungen sowie den Aufbau und die Durchführung der Korrosions- und Auslagerungsversuche.

4 Ergebnisse und Auswertung: Die Resultate der Auslagerungsversuche und elektrochemischen Messungen werden präsentiert, interpretiert und hinsichtlich des Einflusses von Legierungselementen und Wassergehalt bewertet.

5 Zusammenfassung und Ausblick: Diese Sektion fasst die wesentlichen Erkenntnisse zusammen und diskutiert den weiteren Forschungsbedarf zur Absicherung der Ergebnisse.

Schlüsselwörter

Aluminiumlegierungen, Alkoholatkorrosion, Elektrochemische Korrosionsuntersuchung, Lithiumperchlorat, Ethanol, Kraftstoffsysteme, Passivierung, Stromdichte-Potenzial-Kurve, Impedanzspektroskopie, Korrosionsbeständigkeit, Werkstoffprüfung, Biokraftstoffe, Wasserstoffentwicklung, Oberflächentechnik, Anodische Polarisation.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der vorliegenden Bachelor-Thesis grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen, wenn diese in Kontakt mit ethanolhaltigen Kraftstoffen kommen, insbesondere unter dem Aspekt der sogenannten Alkoholatkorrosion.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Das Hauptaugenmerk liegt auf der Passivität von Aluminium, den chemischen Reaktionen in "trockenen" Kraftstoffen, der elektrochemischen Charakterisierung mittels Stromdichte-Potenzial-Kurven sowie der Wirksamkeit von Leitsalzen.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Ziel ist es zu klären, wie sich verschiedene Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen verhalten und ob der Einsatz von Lithiumperchlorat zur Leitfähigkeitssteigerung das Korrosionsverhalten signifikant beeinflusst.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zur Anwendung?

Es werden Auslagerungsversuche unter hohen Temperaturen und Drücken sowie elektrochemische Messungen, speziell zyklische Stromdichte-Potenzial-Kurven und die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), eingesetzt.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen, die detaillierte Versuchsplanung und -durchführung inklusive Sicherheitsvorkehrungen sowie die umfangreiche Dokumentation und Auswertung der Ergebnisse.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Aluminiumlegierungen, Alkoholatkorrosion, elektrochemische Messungen, Passivierung, Lithiumperchlorat und Impedanzspektroskopie.

Warum wird Lithiumperchlorat in den Versuchen eingesetzt?

Da die untersuchten Kraftstoffe natürlicherweise keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für elektrochemische Messungen besitzen, wird Lithiumperchlorat als Leitsalz zugesetzt.

Welche Rolle spielt der Wassergehalt bei der Korrosion?

Wasser kann bei sehr geringen Konzentrationen eine schützende Passivierung bewirken, führt in höheren Mengen jedoch zu elektrochemischer Korrosion, die den Abbau der Passivschicht verstärkt.

Wie werden die Ergebnisse der Auslagerungsversuche visuell interpretiert?

In den Tabellen zur Auswertung werden die Versuchsbedingungen durch farbige Felder dargestellt: Rot markiert einen korrosiven Angriff (Alkoholatkorrosion), während Grün eine unveränderte Probe anzeigt.