Um den CO 2 -Ausstoß zu senken werden in Kraftfahrzeugen vermehrt Bio
kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt. Diese werden z.B. in Form von Ethanol konventionellen Kraftstoffen beigemischt. Durch die von der EU geplante Steigerung des Ethanolgehaltes im Kraftstoff steigt auch die Möglichkeit von Alkoholatkorrosion in motornahen Bereichen kraftstoffführender Komponenten aus Aluminiumlegierungen. Nach ersten Erkenntnissen spielt die Passivität des Aluminiums eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Auftretens von Alkoholatkorrosion. Daher ist das Ziel der Arbeit der Gewinn von Erkenntnissen zum Passivierungsverhalten von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen. Das Verhalten der Passivschicht von Aluminiumlegierungen bei Alkoholatkorrosion ist noch nicht ausreichend untersucht worden. Da Alkoholatkorrosion nur in nahezu wasserfreien alkoholhaltigen Kraftstoffen bei hohen Temperaturen auftreten kann, muss im ersten Schritt eine Möglichkeit gefunden werden, die Leitfähigkeit von trockenem Kraftstoff zu erhöhen. Dazu kann das Leitsalz Lithiumperchlorat dienen. Um die nötigen Mengen des Leitsalzes herauszufinden, werden Vorversuche durchgeführt. Um sicherzustellen, dass Lithiumperchlorat keinen Einfluss auf das Korrosionsverhalten hat, werden vergleichende Korrosionsversuche im Autoklaven mit und ohne Leitsalz durchgeführt.
Anschließend werden Stromdichtepotenzialmessungen und Impedanzspektren unterschiedlicher Oberflächenzustände, Aluminiumlegierungen und Ethanolbeimischungen aufgezeichnet, um unterschiedliche Einflüsse auf das Passivierungsverhalten zu untersuchen.
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
- 2.2.1 Elektrochemische Korrosion in wasserhaltigen Kraftstoffen
- 2.3 Elektrochemische Korrosionsuntersuchung
- 2.3.1 Durchführung elektrochemischer Messungen
- 2.3.2 Stromdichte-Potenzial-Kurven
- 2.3.3 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
- 2.1 Aluminium-Legierungen und deren Anwendung bei kraftstoffführenden Teilen
- 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
- 3.1.1 Werkstoffe
- 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
- 3.3.2.1 Abwiegen des Salzes
- 3.3.2.2 Leitfähigkeitsmessung der einzelnen Kraftstoffe bei unterschiedlichem Salzgehalt
- 3.3.3 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
- 3.1 Untersuchte Werkstoffe und Kraftstoffe
- 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
- 4.1.1 Auslagerungsversuche in E25 mit und ohne Lithiumperchlorat im Vergleich
- 4.2 Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen
- 4.2.1 Stromdichte-Potenzial-Kurven
- 4.2.1.1 Beurteilung der zyklischen Messungen
- 4.2.1.2 Einfluss der Legierung
- 4.2.1.3 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
- 4.2.1 Stromdichte-Potenzial-Kurven
- 4.1 Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken
- 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
- 6.1 Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Bachelorarbeit untersucht das Passivierungsverhalten von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen mittels elektrochemischer Methoden. Ziel ist es, Erkenntnisse über das Korrosionsverhalten dieser Legierungen unter den gegebenen Bedingungen zu gewinnen und den Einfluss von Wassergehalt zu analysieren. Die Ergebnisse sollen zur Entwicklung korrosionsbeständigerer Kraftstoffkomponenten beitragen.
- Passivierung von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen
- Alkoholatkorrosion und deren Mechanismen
- Einfluss von Wasser auf das Korrosionsverhalten
- Anwendung elektrochemischer Methoden (Stromdichte-Potenzial-Kurven, EIS)
- Bewertung verschiedener Aluminiumlegierungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit führt in die Thematik der Alkoholatkorrosion von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen ein, die durch die steigende Verwendung von Biokraftstoffen an Bedeutung gewinnt. Sie erläutert die Notwendigkeit der Untersuchung des Passivierungsverhaltens als entscheidenden Faktor für die Korrosionsresistenz und beschreibt den Ansatz der Arbeit, der in der Anwendung elektrochemischer Messmethoden besteht, um das Verhalten verschiedener Aluminiumlegierungen in „trockenen“ ethanolhaltigen Kraftstoffen zu analysieren.
2 Grundlagen: Dieses Kapitel liefert den theoretischen Hintergrund. Es behandelt die Eigenschaften von Aluminium und seinen Legierungen, die Entstehung und den Aufbau der passivierenden Oxidschicht, den Einfluss von Legierungselementen auf die Korrosionsbeständigkeit und verschiedene Arten der Korrosion in alkoholhaltigen Kraftstoffen (flächige, wässrige und Alkoholatkorrosion). Schließlich werden die Grundlagen der elektrochemischen Messmethoden (Stromdichte-Potenzial-Kurven und EIS) erklärt.
3 Versuchsdurchführung: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die experimentelle Vorgehensweise. Es werden die verwendeten Materialien (Aluminiumlegierungen, Kraftstoffe, Leitsalz) vorgestellt und die Sicherheitsmaßnahmen erläutert. Die Vorversuche zur Bestimmung der optimalen Leitsalzkonzentration werden dokumentiert, ebenso wie die Durchführung der Auslagerungsversuche bei hohen Temperaturen und Drücken und der elektrochemischen Messungen (Stromdichte-Potenzial-Kurven und EIS) mit dem verwendeten Aufbau und den entsprechenden Parametern. Die Auswertung der Messdaten wird ebenfalls erklärt.
4 Ergebnisse und Auswertung: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Auslagerungs- und elektrochemischen Versuche präsentiert und ausgewertet. Der Einfluss des Leitsalzes, der Legierungstypen und des Wassergehalts wird anhand von Diagrammen und Tabellen analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine klare Korrelation zwischen den Messmethoden und ermöglichen eine Bewertung der Korrosionsbeständigkeit der verschiedenen Aluminiumlegierungen.
Schlüsselwörter
Alkoholatkorrosion, Aluminiumlegierungen, Passivierung, elektrochemische Methoden, Stromdichte-Potenzial-Kurven, EIS, Ethanol, Biokraftstoffe, Korrosionsbeständigkeit, Wassergehalt, Lithiumperchlorat.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Bachelorarbeit: Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen in alkoholhaltigen Kraftstoffen
Was ist das Thema der Bachelorarbeit?
Die Bachelorarbeit untersucht das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen, insbesondere das Passivierungsverhalten und den Einfluss von Wassergehalt. Ziel ist die Entwicklung korrosionsbeständigerer Kraftstoffkomponenten.
Welche Aluminiumlegierungen wurden untersucht?
Die Arbeit untersucht die Legierungen Al99,5, AlMgSi1 und AlSi12. Die genauen Zusammensetzungen sind im Anhang detailliert beschrieben.
Welche Methoden wurden angewendet?
Es wurden elektrochemische Methoden eingesetzt, darunter die Aufzeichnung von Stromdichte-Potenzial-Kurven und die Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Zusätzlich wurden Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken durchgeführt.
Welche Kraftstoffe wurden verwendet?
Neben Ethanol wurden auch Iso-Propanol und tertiäres Butanol untersucht, um den Einfluss verschiedener Alkohole zu analysieren. Ein Referenzkraftstoff (ASTM-C) wurde ebenfalls verwendet.
Welche Rolle spielt Wasser im Korrosionsprozess?
Der Wassergehalt der Kraftstoffe spielt eine entscheidende Rolle. Die Arbeit untersucht den Einfluss des Wassergehalts auf die Korrosionsraten und die Passivierungsschicht.
Was ist die Bedeutung des Leitsalzes Lithiumperchlorat?
Lithiumperchlorat wurde als Leitsalz verwendet, um die Leitfähigkeit der alkoholischen Kraftstoffe zu erhöhen und somit die elektrochemischen Messungen zu ermöglichen. Vorversuche optimierten die Konzentration des Leitsalzes.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Die Ergebnisse der Auslagerungs- und elektrochemischen Versuche werden im Kapitel 4 detailliert präsentiert und ausgewertet. Es wird der Einfluss des Leitsalzes, der Legierungstypen und des Wassergehalts auf das Korrosionsverhalten analysiert.
Wie wurden die Ergebnisse ausgewertet?
Die Auswertung erfolgte anhand von Diagrammen und Tabellen. Die Ergebnisse der Stromdichte-Potenzial-Kurven und der EIS-Messungen wurden analysiert, um die Korrosionsbeständigkeit der verschiedenen Aluminiumlegierungen zu bewerten. Die Auswertung der Auslagerungsversuche wird ebenfalls detailliert beschrieben.
Welche Schlussfolgerungen wurden gezogen?
Die Arbeit zieht Schlussfolgerungen über das Korrosionsverhalten der untersuchten Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen unter verschiedenen Bedingungen. Die Ergebnisse liefern Erkenntnisse für die Entwicklung korrosionsbeständigerer Materialien.
Wo finde ich detaillierte Informationen zu den Versuchen und den Ergebnissen?
Detaillierte Informationen zu den Versuchsparametern, den Messdaten und den Auswertungen finden sich im Kapitel 3 (Versuchsdurchführung) und Kapitel 4 (Ergebnisse und Auswertung) sowie im Anhang (Kapitel 6).
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Alkoholatkorrosion, Aluminiumlegierungen, Passivierung, elektrochemische Methoden, Stromdichte-Potenzial-Kurven, EIS, Ethanol, Biokraftstoffe, Korrosionsbeständigkeit, Wassergehalt, Lithiumperchlorat.
- Quote paper
- Johannes Kraft (Author), 2009, Untersuchung des Passivierungsverhaltens von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen mit Hilfe elektrochemischer Methoden, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/179769
