Am Beispiel von Ablagerungen eines korrodierten Rohrs sollen im Rahmen eines Demo-Be-richtes die GWP-Methoden REM/EDX und XRD vorgestellt werden, die üblicherweise für La-bor-Services oder Schadensanalysen Anwendung finden.
Es handelt sich um Ablagerungen einer wassergekühlten Abgasleitung die chemisch und strukturell charakterisiert werden sollten. Die Ablagerungen treten an der inneren Seite als Abgasrückstände und an der wassergekühlten Außenseite als Wasserrückstände auf.
Die Ursache sollte gefunden werden …
Die Untersuchung gliedert sich in folgende Bereiche:

• Elementanalyse mittels EDX
• Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD)

Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen (REM, EDX)
Mit energiedispersiver Röntgenmikrobereichsanalyse (EDX) wird die elementare Zusammensetzung der Probe ermittelt. Dazu wird die durch Wechselwirkung des Elektronstrahls mit den Probenatomen emittierte, für jedes chemische Element charakteristische Röntgenstrahlung im Röntgenphotometer gemessen (Spektrallinien oder Peaks). Werden die Energien der Röntgenlinien über die Impulsdichte (cps/eV -Quanten pro Sekunde pro eV) als Maß für die Intensität aufgetragen, erhält man das für die Probe charakteristische EDX-Spektrum. Über komplexe mathematische Routinen kann eine standardfreie quantitative Auswertung der Spektren durchgeführt werden.

Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD)
Die Ablagerungen wurden mittels Röntgenpulverdiffraktometrie (engl.: X-Ray Diffraction XRD) untersucht. Im Anhang werden die aufgenommenen Beugungsdiagramme, mit je einer eingeschriebenen Phasenzuordnung, die durch Vergleich des Beugungsdiagramms mit der Referenzdatenbank (Powder Diffraction File, PDF) als Phase identifiziert worden ist, gezeigt. Die Probe enthält neben einem amorphen/feinkristallinen Anteil die nachfolgend genannten kristallinen Phasen

Abgasrückstände
Hämatit Fe₂O₃, Goethit Fe₂O₃ H₂O

Wasserrückstände
Hämatit Fe₂O₃, Magnetit Fe₃O₄, Kalzit CaCO₃

Die chemische Zusammensetzung der Proben wurde im REM/EDX bestimmt. Hauptbestandteile beider Proben sind Eisen, Kohlenstoff, Sauerstoff und Kalzium. Die quantitative Phasenzusammensetzung der Proben wurde ebenfalls festgestellt. Neben Kalk in Form von Kalzit treten Hämatit, Magnetit und Goethit auf.
Im Inneren Ablagerungsbereich tritt verstärkt Ruß auf, der in den XRD Analysen zu den geringen Reflexintensitäten führt. Die niedrigen Intensitäten der Hämatit- und Goethitreflexe sind ein Zeichen der geringen Kristallisation.
Im Außenbereich ist der Goethit vollständig umkristallisiert. Hier tritt neben Hämatit auch Magnetit auf, der aus dem gelösten Eisenionen und Wassermolekülen bei Temperaturen größer ca. 180 °C gebildet wird. Der Kalzit ist die Endstufe der Kristallisationsreihe der Kalziumkarbonate und ist ein Zeichen dafür, dass im Außenbereich auch diese Reaktion vollständig abgelaufen ist.
Auf Grund der vorliegenden Untersuchungen kann als Ursache für die Lochbildung Heißgaskorrosion von innen angenommen werden. Aggressive schwefelhaltige Verbindungen am Rohrinneren könnten in Zusammenhang mit einem feuchten Abgas (T < 950 °C), oder evtl. durch Schwitzwasser während zyklischer Abschaltvorgänge des Betriebs, für die Schädigung des Abgasrohres verantwortlich sein. Eine Möglichkeit zur Verhinderung der Heißgaskorrosion wäre das Aufbringen einer Cr2O3-Deckschicht im Falle eines Dauerbetriebs. Sollte das Rohr zyklischen Temperaturschwankungen unterworfen sein, können evtl. Plasmaspritzschichten hilfreicher sein, da sie weniger zur Bildung von Rissen neigen. Alternativ kann eine bessere Kontrolle der Abgaszusammensetzung Heißgaskorrosion verhindern.
Hier könnte man noch als Empfehlung typische Werkstoffe für Abgasanlagen einfügen.

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