Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Schutzschichten gegen Hochtemperaturoxidation für γ-TiAl-Legierungen mittels High Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD). Diese PVD-Verfahrensvariante zeichnet sich durch hohe Abscheideraten, dichtes Plasma und stabile Prozessführung beim reaktiven Sputtern aus, die die Herstellung von oxidationsbeständigen PVD-Beschichtungen besonders attraktiv machen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Prozessentwicklung, die die Grundlagen für die nachfolgende Schichtentwicklung bildet, vorgestellt. Hierzu werden Referenzbeschichtungen mit systematisch variierenden Parameterkombinationen hergestellt und charakterisiert, um ein auf die zu entwickelnden Schichtsysteme abgestimmtes Prozessfenster zu ermitteln. Im zweiten Teil der Arbeit werden neuartige Schichtsysteme mittels HS-PVD entwickelt und untersucht. Insgesamt werden vier Schichtsysteme basierend auf (Cr,Al)ON, CrAl, SiAl und SiAlY entwickelt und hinsichtlich der Eignung zum Oxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen bewertet. Die Oxidationsbeständigkeit und das Interdiffusionsverhalten der beschichteten Proben werden mittels isothermer bzw. thermozyklischer Auslagerungsversuche bei einer anwendungsrelevanten Temperatur T = 950 °C untersucht. Abschließend wird ein neuartiger in situ-Wärmebehandlungsprozess bestehend aus Vakuumglühung und Voroxidation in der Beschichtungskammer vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die mittels HS-PVD hergestellten Beschichtungen in Verbindung mit der in situ-Wärmebehandlung eine vielversprechende Lösung für den Hochtemperaturoxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen darstellen.
Aktualisiert: 2021-04-01
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Intermetallische Titanaluminid-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte weithin als eine mögliche Werkstoffgruppe für den Einsatz im Turbomaschinenbau betrachtet. Trotz der hervorragenden Eigenschaften ist der serientechnische Einsatz dieser Legierung bislang ausgeblieben. Der Hauptgrund ist hierbei unter anderem in der schwierigen Bearbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen oder Drehen zu sehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wasserabrasivstrahltechnologie für eine werkstoffeffiziente, endkonturnahe Schruppbearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe nutzbar gemacht. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanungsmethoden wurden hierzu Regressionsmodelle abgeleitet, mit denen Schnitte mit definierter und vorhersagbarer Tiefe in Werkstücke eingebracht werden können, deren Überschneidung zur Entfernung von Segmenten aus Halbzeugen genutzt werden können. Anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen wurden zudem die Effekte, die zu Unebenheiten im Kerbgrund führen können, grundlegend untersucht und Bearbeitungsstrategien zu dessen Vermeidung vorgestellt.
Aktualisiert: 2022-09-21
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Die Substitution von schweren Nickelbasis-Turbinenrädern im Abgasturbolader durch leichtere Titanaluminid-Turbinenräder verspricht bei Audi-Ottomotoren ein Potenzial zur Dynamiksteigerung und zur CO2-Reduktion. Eine Umsetzung in die automobile Großserie scheiterte unter anderem jedoch an Schwankungen in der Bauteilqualität, einem nicht akzeptablen Kosten-Nutzen-Verhältnis sowie dem Fehlen eines geeigneten Gießprozesses für die prozesssichere Herstellung extrem dünnwandiger Turbinenräder. Die Anwendung des Schleuderfeingießverfahrens verspricht deutliche Verbesserungen in allen Punkten. Um ein verbessertes Verständnis für die Vorgänge beim Schleuderfeingießen aufzubauen, wurden die Wechselwirkungen zwischen Gießsystem und Gießparametern sowie deren Auswirkungen auf die Gussqualität aufgezeigt, wodurch die Auslegung des Gesamtsystems auf einer breiteren Informationsbasis erfolgen kann.
Aktualisiert: 2019-06-18
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