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Neues vom JSPS Club 02/2004


Dr. Achim Walter Hassel ist den meisten Mitgliedern durch die website www.forschen-in-japan.de bekannt, die er gemeinsam mit der Arbeitsgruppe “JSPS Post-doc Promotion“ zur Förderung des wissenschaftlichen Austauschs zwischen Japan und Deutschland realisierte.

Hier stellt er ein Forschungsprojekt vor, das er zusammen mit einem japanischen JSPS-Stipendiaten am Max-Plank-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf durchführte.

Abbildung 1

Abbildung 2

Abbildung 3

Abbildung 4

Mikroskopische Aspekte der Tribokorrosion

Technisch wichtige Materialien wie Aluminium und Edelstahl können nur deshalb erfolgreich eingesetzt werden, weil ein Teil des Metalls mit Luft oder Wasser reagiert und eine Oxidschicht bildet. Diese sogenannte Passivschicht ist oft nur wenige Atomlagen dick und vermag dennoch das Material effizient vor einem weiteren chemischen Angriff zu schützen. Durch mechanische Einwirkung kann diese Schicht zerstört werden und das Metall ist dann dem chemischen Angriff ausgeliefert. Den gleichzeitigen chemischen und mechanischen Angriff bezeichnet man als Tribokorrosion. In Folge synergistischer Effekte sind die Schädigungen deutlich stärker als die Summe der mechanischen und chemischen Schädigungen alleine. Dies rührt von einem ungehinderten chemischen Angriff des Metalls her. Die Tribokorrosion tritt beispielsweise an Schiffsschrauben, in Kühlwasserkreisläufen aber auch an Amalgamfüllungen auf. Die Entwicklung verbesserter Materialien setzt ein detailliertes Verständnis der Schädigungsmechanismen und des Materialverhaltens voraus. Zu diesem Zwecke beschäftigt sich meine Arbeitsgruppe mit den Elementarprozessen dieser Korrosionsform.

Von April 2002 bis März 2003 war Herr Dr. Eiji Akiyama vom National Institute of Metals in Tsukuba, gefördert durch ein Auslandsstipendium der JSPS, als Gast am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf tätig. Er hat sich in dieser Zeit intensiv und sehr erfolgreich mit der Partikelinduzierten Strömungskorrosion beschäftigt.

Als Modellpartikel haben wir die in Abbildung 1 gezeigten Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 100 μm eingesetzt (an dieser Stelle einen herzlichen Dank an die Firma Fuji, Japan, die uns diese Partikel kostenlos zur Verfügung gestellt hat).

Die Repassivierung, also die Reparatur der schützenden Oxidschicht erfolgt sehr schnell, in weniger als 1 Millisekunde. Durch detaillierte Analyse eines solchen Transienten in Verbindung mit Rasterelektronenmikroskopie konnten wir zeigen, dass der aufschlagende Partikel einen relativ zu seiner Größe kleinen Bereich schädigt (Abbildung 3 zeigt Partikel und Schäden im gleichen Maßstab), indem er die harte und spröde Oxidschicht in das weiche Metall schlägt.

Sie bestehen aus Zirkoniumdioxid und haben eine hohe Dichte und Härte. Durch Verwendung einer Aluminiummikroelektrode deren Größe der Stirnfläche eines menschlichen Haares entspricht, gelang es, die Wahrscheinlichkeit eines Einschlags soweit zu verringern, dass die resultierenden Stromtransienten (Transient = zeitabhängige Messung) in der Zeitdomäne voneinander getrennt werden konnten (Abbildung 2).

Die Schädigung erfolgt also gerade so, als ob man mit einem Teelöffel kräftig auf eine Crème Brûlée schlägt und dabei in einem kleinen zentralen Bereich die spröde Zuckerschicht zerschlägt ohne dass die Splitter den Untergrund verlassen können. Dies ist in Abbildung 4 gezeigt, welche neben einer vergrößerten rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme eine schematische Darstellung der Schädigung zeigt.

Die Perspektiven dieser Forschung liegen in der Entwicklung von Materialien, die unempfindlich gegen tribokorrosiven Angriff sind. Ansätze hierzu liegen in der Verwendung von härteren Materialien oder Materialien, die unter mechanischer Belastung eine Phasenumwandlung vollziehen können, wie dies zum Beispiel Formgedächtnislegierungen vermögen. Alternativ könnte durch Änderung der Legierungs-Zusammensetzung die Repassivierungs-Geschwindigkeit erhöht werden, um so den destruktiven synergistischen Effekt zu unterdrücken.

Achim Walter Hassel
Düsseldorf, 2003.05.08

 

 

 

 


!! Termine !!

Mitglieder laden Mitglieder ein
Die nächste Veranstaltung „Mitglieder laden Mitglieder ein“ wird am 8./9. Oktober 2004 stattfinden. Prof. Dr. Ingrid Fritsch lädt alle Clubmitglieder nach Köln an das Ostasiatische Seminar - Japanologie zu einem wissenschaftlichen und kulturellen Programm ein.

Antragsfrist für Hilfsfond HWADJ
Am 30. September endet die Antragsfrist für die nächste Auswahlsitzung des Hilfsfonds (HWADJ), dessen Programm im JSPS Rundschreiben Nr. 05/2001 vorgestellt wurde. Auch geringere Beträge, etwa zur Unterstützung eines Einzelvortrags, können bewilligt werden.

Die Richtlinien mit detaillierten Angaben, sowie ein Antragsformular können im JSPS Bonn Office angefordert oder aber auch direkt auf der Homepage der Gesellschaft der JSPS-Stipendiaten (www.jsps-club.de) eingesehen und heruntergeladen werden. Auch eine formlose Antragstellung ist möglich.


Deutsche Gesellschaft der JSPS-Stipendiaten e.V.

c/o JSPS Liaison Office Bonn
, Wissenschaftszentrum
PF 20 14 48, 53144 Bonn
Tel.: 0228 375050, Fax: 0228 957777
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