Bei γ-Titanaluminiden handelt es sich um intermetallische Leichtbauwerkstoffe, die attraktive mechanische Eigenschaften besitzen. Aus diesem Grund werden γ-Titanaluminide als Grundmaterial für Turbinenschaufeln in der Luftfahrtindustrie sowie als Turbolader-Rotoren in der Automobilindustrie angewandt. Aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber (Hochtemperatur-)Oxidation ist der Einsatz jedoch auf "kältere" Bereiche wie die Niederdruckturbine in Fluggasturbinen beschränkt. Um die Effizienz von Fluggasturbinen und Verbrennungsmotoren zu erhöhen, ist eine weitergehende Verwendung von γ-Titanaluminiden eine wichtige Strategie, die jedoch neue Lösungen zum Oxidationsschutz erfordert
In der vorliegenden Dissertation wurde ein mehrlagiges thermisch gespritztes Oxidationsschutzschichtsystem für γ-Titanaluminide entwickelt und untersucht. Das entwickelte Beschichtungssystem, welches aus einer YSZ Diffusionsbarriere und einer MCrAlY Deckschicht besteht, wurde anhand von unterschiedlichen Substratvorbehandlungsmethoden, Beschichtungsversuchen, durch den Einsatz von Haftvermittlerbeschichtungen und Gradierungen qualifiziert. Die Auswertung erfolgte auf Basis von Haftzugprüfungen, Eigenspannungsuntersuchungen sowie isothermen und thermozyklischen Auslagerungsversuchen, um eine zielgerichtete Weiterentwicklung zu ermöglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass keramische Beschichtungen als Diffusionsbarriere in Verbindung mit metallischen aluminumoxidbildenden Deckschichten eine vielversprechende Lösung für einen umfassenderen Einsatz von γ-Titanaluminiden in Hochtemperaturanwendungen darstellen.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Ferritisch-martensitische Stähle eignen sich besser als Dampferzeugerwerkstoffe als austenitische Stähle oder Nickelbasislegierungen. Der Nachteil der 9-12% Chrom enthaltenden Werkstoffe ist die verminderte Oxidationsbeständigkeit in wasserdampfhaltigen Hochtemperaturatmosphären. Zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit wurde eine Erhöhung der Chromkonzentration im Randbereich untersucht, um die Zeitspanne bis zum Beginn der "breakaway"-Oxidation zu erhöhen. Zum anderen soll die Bildung eines Chrom-Mangan-Spinells auf der Oberfläche die Verdampfung der flüchtigen Chromspezies mindern, sodass eine Anreicherung mit Chrom und Mangan über ein großtechnisch umsetzbares Diffusionsverfahren, die Pulverpackbeschichtung erfolgte.
Die gemeinsame Anreicherung mit Chrom und Mangan konnte durch verschiedene Prozessführungen erreicht werden. Die dabei gebildete Mangan-reiche Zone auf der Oberfläche und die Tatsache, dass sich der Chrom-Mangan-Spinell erst bei Temperaturen ab 700°C in signifikanten Mengen bildete, führten zur Entstehung eines reinen Manganoxids bzw. eines Mangan-Eisen-Mischoxids während der Oxidation bei 650°C. Da somit in der äußeren Oxidschicht kein Chrom vorlag, wurde die Chromverdampfung stark vermindert.
Das Pulverpackverfahren mit Chrom führte zu einer tief mit Chrom angereicherten Zone mit einem reinen Chromkarbid auf der Oberfläche. Dieses hohe Chromreservoir und die Chromkarbidschicht auf der Oberfläche führten in allen Atmosphären zu einem ausgezeichneten Oxidationsverhalten. Ein Durchbruch der Schicht ist erst deutlich jenseits der maximal untersuchten Prüfdauer von 4000 h zu erwarten. Damit verlängerte sich die Standzeit eines beschichteten Bauteils um Größenordnungen, was die Beschichtung für Kraftwerksanwendungen oder Chemieanlagen interessant macht.
Aktualisiert: 2019-12-12
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