Die Metallauflösung während der OER im äquimolaren CrCoNi-Legierungssystem unterstreicht die Notwendigkeit der Metallionenquantifizierung zur Bewertung von Katalysatoreffizienz und Stabilität.
Quelle: BAM
Die Entwicklung von Multi-Hauptelement-Legierungen (engl. multi-principal element alloys, MPEAs) hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, da diese Materialien einzigartige Kombinationen aus mechanischer Festigkeit, Stabilität und Korrosionsbeständigkeit bieten. Unter ihnen gilt CrCoNi als besonders vielversprechend für Anwendungen in stark korrosiven Medien. In der vorliegenden Studie wurde die Langzeit-Korrosionsbeständigkeit von CrCoNi in 1 M Schwefelsäure mit der von CrCoNiFeMn verglichen, um den Einfluss zusätzlicher Elemente auf die Stabilität zu bewerten.
Die Proben wurden über einen Zeitraum von 28 Tagen immersions- und elektrochemischen Tests unterzogen. Methoden wie Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) wurden kombiniert, um die Passivschichtentwicklung, Metallauflösung und Oberflächenveränderungen umfassend zu charakterisieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass CrCoNi eine deutlich verbesserte Langzeit-Korrosionsbeständigkeit in Schwefelsäure aufweist. Dies wird auf die Ausbildung einer stabilen, Cr-reichen Passivschicht zurückgeführt, die die Auflösung des Grundmaterials effektiv hemmt. Im Gegensatz dazu bildet CrCoNiFeMn eher poröse Mischoxide, die weniger Schutz bieten und im Verlauf zu einer stärkeren Degradation führen. Besonders die Langzeitmessungen verdeutlichen Mechanismen, die in Kurzzeittests verborgen bleiben, und unterstreichen die Notwendigkeit solcher Untersuchungen für eine realistische Bewertung.
Damit liefert die Arbeit nicht nur neue Einblicke in die Korrosionsmechanismen von MPEAs, sondern auch eine Grundlage für die gezielte Entwicklung von beständigeren Legierungen für Anwendungen in energie- und prozessintensiven Industrien.
Long-term corrosion studies of CrCoNi and CrMnFeCoNi in sulfuric acid
Annica Wetzel, Ann-Kathrin Hans, Marcus von der Au, Izabella Brand, Gunther Wittstock, Ozlem Ozcan & Julia Witt
npj Materials Degradation, 2025