Materialanalytik für maritime Anwendungen

Thema

Im Sinne einer nachhaltigen Nutzung der Meere arbeitet das Fraunhofer IKTS an umweltfreundlichen und langlebigen keramischen Werkstoffen für Sensoren, Lager- und Verschleißkomponenten sowie Beschichtungen für maritimen Anwendungen. Damit lassen sich zum einen die Lebensdauer von Produkten durch eine höhere Korrosions- und Abriebbeständigkeit verlängern und ein verbessertes Antifouling-Verhalten erzielen; zum anderen kann das Leaching von schädlichen Stoffen vermieden und deren Eintrag in die Umwelt verringert werden. Zusätzlich zu den Werkstoffeigenschaften berücksichtigen wir bei der Materialentwicklung relevante Umgebungsparameter wie Sauerstoffgehalt, UV-Strahlung, pH-Wert, Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur, die simultan erfasst werden.

Um den Einfluss dieser Parameter genau bestimmen zu können, nutzen wir die Möglichkeit, Beschichtungen und Komponenten unter realen maritimen Bedingungen an unserem Standort in Rostock auszulagern und anschließend zu analysieren. Dies reicht von der Materialtestung in geschlossenen Systemen (Mesokosmos) bis zu Feldversuchen im Ästuar der Warnow oder direkt in der Ostsee. Dazu etablieren und validieren wir neue, auf die maritimen Bedingungen zugeschnittene Mess- und Charakterisierungsverfahren. Insbesondere die Oberflächenanalytik ist hierbei von Bedeutung, denn die Grenzfläche unterliegt den stärksten Einflüssen und bestimmt daher maßgeblich die Beständigkeit von Festkörpern (in der maritimen Umgebung). Besonderes Augenmerk legen wir daher auf die Bestimmung von Morphologie (Oberflächentopographie und inneres Gefüge im oberflächennahen Bereich) und chemischer Zusammensetzung. Dafür stehen uns zahlreiche Analyse- und Messmethoden zur Verfügung:

Analyse- und Messmethode

Bestimmung von

Aussage

 

Kontaktwinkelmessung

Benetzungsverhalten und Oberflächenenergie

Hydrophobie und Hydrophilie

Relevant für die Wechselwirkungen mit den organischen und anorganischen Inhaltsstoffen des umgebenden Gewässers.

Zeta-Potential-Messung

Oberflächenladung

Elektrostatische Abstoßung oder Anziehung

REM-Analyse/ Lichtmikroskopie

Topographie und Morphologie

Detaillierte Oberflächenstruktur

Konfokales Laser-Scanning-Messverfahren

Topographie und Rauigkeit

Integrale Oberflächenstruktur

REM-Analyse/ Querschliff

Mikrostruktur von Schichten und Porosität

 

EDX-/RFA-/XRD-Analyse

Elementbestimmung, Kristallstruktur

Chemische Zusammensetzung

 

Proteinbestimmung nach Bradford

Proteinanziehende oder
-abweisende Eigenschaften

 

 

Auf Grundlage dieser umfassenden Materialcharakterisierung können wir anschließend Aussagen zu Einsatzverhalten und Lebensdauer treffen sowie (Umwelt-)Risiken solide bewerten. Basierend auf diesen erworbenen Kenntnissen folgen Anpassungen, die zu einem neu entwickelten Material führen. Ziel ist es hierbei, eine Oberfläche zu entwickeln, die an ihre Umgebung und ihr Einsatzgebiet angepasst ist und so die angestrebten Eigenschaften, wie verbesserte Korrosions- und Abriebbeständigkeit oder Antifouling-Verhalten, erfüllen kann (Materialentwicklung für maritime Anwendungen).

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung und Optimierung von keramischen Werkstoffen für Sensor-, Lager- und Verschleißkomponenten sowie Beschichtungen in maritimen Anwendungen
  • Auslagerungsversuche unter realen maritimen Bedingungen (Mesokosmos, Ästuar, Offshore)
  • Messtechnische Begleitung der Auslagerungen
  • Etablierung und Evaluierung von neuen Analysemethoden zur Bauteil- und Schichtcharakterisierung
  • Bewertung von Einsatzverhalten und Lebensdauer
  • Schadensfallanalytik
  • (Umwelt-)Risikobewertung

Prüftechnik und Testinfrastruktur

 

  • Mesokosmos in Laborumgebung
  • Auslagerungsponton in der Warnow
  • Auslagerungsplattform in der Ostsee im Digital Ocean Lab (DOL)
© Fraunhofer IKTS
Kontaktwinkelmessung über Captive-Bubble-Methode zur Bestimmung der Hydrophilie und Oberflächenenergie an einer Aluminiumoxid-Beschichtung.
© Fraunhofer IKTS
Rauhigkeitsmessung zur Bestimmung der Topographie einer keramischen Beschichtung.
© Fraunhofer IKTS
Querschliff einer Aluminiumoxid-Beschichtung zur Bestimmung der Schichtdicke und Porosität.