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

Bachelor Thesis , 2009 , 150 Pages , Grade: 1,0

Engineering - Industrial Engineering and Management

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

• Eidesstattliche Erklärung
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Grundlagen
  • Aluminium-Legierungen und deren Anwendung bei kraftstoffführenden Teilen
    • Herstellung und Eigenschaften von Aluminium
    • Passivität
    • Legierungselemente und deren Einfluss
    • Anwendung bei kraftstoffführenden Teilen
  • Korrosionsverhalten in alkoholhaltigen Kraftstoffen
    • Elektrochemische Korrosion in wasserhaltigen Kraftstoffen
      • Flächige Korrosion
      • Wässrige Korrosion
    • Alkoholatkorrosion in „trockenen" ethanolhaltigen Kraftstoffen
  • Elektrochemische Korrosionsuntersuchung
    • Durchführung elektrochemischer Messungen
    • Stromdichte-Potenzial-Kurven
    • Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
• Versuchsdurchführung
  • Untersuchte Werkstoffe und Kraftstoffe
    • Werkstoffe
      • Verwendete Probenformen
      • Verwendete Probenmaterialien
    • Kraftstoffe
  • Voruntersuchungen zum Ansatz der Elektrolyt-Lösung für elektrochemische Untersuchungen
    • Das Leitsalz Lithiumperchlorat
    • Vorversuche zur Steigerung der Leitfähigkeit
      • Abwiegen des Salzes
      • Leitfähigkeitsmessung der einzelnen Kraftstoffe bei unterschiedlichem Salzgehalt
    • Ergebnisse der Vorversuche zur Steigerung der Leitfähigkeit
  • Anmischen der Versuchskraftstoffe
  • Auslagerungsversuche zur Untersuchung des Einflusses von Lithiumperchlorat auf die Alkoholatkorrosion von A-Legierungen
    • Versuchsaufbau
    • Beschreibung des Versuchsablaufs
    • Versuchsabbau und Reinigung
    • Auswertung der Messdaten
  • Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen
    • Versuchsaufbau
    • Stromdichte-Potenzial-Kurven
      • Aufzeichnung zyklischer Stromdichte-Potenzial-Kurven mit der Potenziostat-Software „Thales"
      • Auswertung der Messdaten
    • Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
      • Aufzeichnung mit der Potenziostat-Software „Thales"
      • Auswertung der Messdaten
    • Versuchsabbau und Reinigung
• Ergebnisse und Auswertung
  • Auslagerungsversuche bei erhöhten Temperaturen und Drücken
    • Auslagerungsversuche in E25 mit und ohne Lithiumperchlorat im Vergleich
      • A199,5
      • AIMgSi1
      • AISi12
    • Schlussfolgerung
  • Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen
    • Stromdichte-Potenzial-Kurven
      • Beurteilung der zyklischen Messungen
      • Einfluss der Legierung
      • Einfluss des Wassers
    • Elektrochemische Impedanzspektroskopie
      • Beurteilung der Impedanzspektren und der elektrischen Ersatzschaltbilder
      • Elektrolytwiderstand Rel
      • Impedanzbetrag R0.01Hz
      • Kapazität der Probe Qy
      • Warburg-Diffusion wy
• Zusammenfassung und Ausblick
• Anhang
  • Auslagerungsversuche bei hohen Temperaturen und Drücken
    • Nomenklaturerklärung
    • Dokumentation der Auslagerungsversuche
      • A199,5
      • AIMgSi1
      • AISi12
  • Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen
    • Nomenklaturerklärung
    • Dokumentation der zyklischen Stromdichte-Potenzial-Kurven
      • A199,5
      • AIMgSi1
      • AISi12
    • Dokumentation der elektrochemischen Impedanzspektren
      • A199,5
      • AIMgSi1
      • AISi12
• Literaturverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Bachelor-Thesis untersucht das Passivierungsverhalten von Aluminiumlegierungen in ethanolhaltigen Kraftstoffen mit Hilfe elektrochemischer Methoden. Das Ziel ist es, Erkenntnisse über die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen in Kraftstoffen mit niedrigem Wassergehalt zu gewinnen, um die Entwicklung von Kraftstoffsystemen für Fahrzeuge mit Biokraftstoffbeimischungen zu unterstützen.

• Alkoholatkorrosion von Aluminiumlegierungen
• Passivierungsverhalten von Aluminium in ethanolhaltigen Kraftstoffen
• Einfluss von Wasser auf die Korrosion
• Elektrochemische Messmethoden zur Untersuchung von Korrosion
• Anwendung von Lithiumperchlorat als Leitsalz

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in das Thema Alkoholatkorrosion und deren Bedeutung für die Automobilindustrie. Kapitel 2 bietet einen Überblick über die Grundlagen des Korrosionsverhaltens von Aluminiumlegierungen, insbesondere in ethanolhaltigen Kraftstoffen. Es werden die verschiedenen Korrosionsformen, die elektrochemischen Messmethoden und die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen erläutert.

Kapitel 3 beschreibt die Versuchsdurchführung, einschließlich der verwendeten Werkstoffe und Kraftstoffe, der Vorversuche zur Leitfähigkeitssteigerung und der Durchführung der Auslagerungsversuche. Die elektrochemischen Messungen, die in Kapitel 3.6 detailliert dargestellt werden, umfassen die Aufzeichnung von zyklischen Stromdichte-Potenzial-Kurven und elektrochemischen Impedanzspektren.

Kapitel 4 präsentiert die Ergebnisse der Auslagerungsversuche und der elektrochemischen Messungen. Die Ergebnisse der Auslagerungsversuche zeigen, dass Lithiumperchlorat einen geringen Einfluss auf die Alkoholatkorrosion hat und somit als Leitsalz für die elektrochemischen Messungen geeignet ist. Die Auswertung der elektrochemischen Messdaten ermöglicht einen Vergleich der Korrosionsbeständigkeit der drei untersuchten Aluminiumlegierungen (A199,5, AIMgSi1, AISi12). Die Ergebnisse zeigen, dass AIMgSi1 die beste Korrosionsbeständigkeit aufweist, gefolgt von A199,5. AISi12 zeigt die schlechtesten Korrosionseigenschaften.

Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten. Es wird deutlich, dass elektrochemische Messungen ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung des Passivierungsverhaltens von Aluminiumlegierungen in Kraftstoffen sind.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Alkoholatkorrosion, Passivierung, Aluminiumlegierungen, ethanolhaltige Kraftstoffe, elektrochemische Messmethoden, Stromdichte-Potenzial-Kurven, Impedanzspektroskopie, Lithiumperchlorat, Korrosionsbeständigkeit und Wasser.

• College: Technical University of Darmstadt (Fachgebiet und Institut für Werkstoffkunde )
• Grade: 1,0
• Author: Johannes Kraft (Author)
• Publication Year: 2009
• Pages: 150
• Catalog Number: V179769
• ISBN (eBook): 9783656022329
• ISBN (Book): 9783656022480
• Language: German
• Tags: Alumniumlegierung, Ethanol, Kraftstoff, Passivierung, Elektrochemie, Biokraftstoff, Al