Development of metallic nanomembranes based on Ni-Fe-Al alloys
Final Report Abstract
Mit Hilfe des hier durchgeführten Forschungsprojektes konnten wichtige Fortschritte auf dem Weg erzielt werden, nanoporöse Metallmembranen aus polykristallinen Superlegierungen mit Hilfe eines Walzprozesses herzustellen. In der ersten Projektphase konnte die Forschungshypothese belegt werden, dass sich Ni-Fe-Al Legierungen durch ihre γ/γ´-Mikrostruktur gepaart mit sehr guter Umformbarkeit besonders für die Herstellung dieser neuartigen Membranwerkstoffe eignen. Insbesondere mit den Legierungen Ni-13Fe-8Al-4Ti und Ni-13Fe-8Al-2Ti-3Nb lagen Werkstoffe vor, die gute Umformbarkeit mit einem hohen γ´-Gehalt und hoher γ/γ´-Gitterfehlpassung vereinen. Auf Grund mangelnder Passivität der γ-Phase gelang aber die für die Herstellung polykristalliner Membranen wichtige selektive Auflösung der γ´-Phase nicht. Entsprechend war es Aufgabe der zweiten Projektphase, systematische Abhängigkeiten zwischen Legierungszusammensetzung und den für die Membranherstellung kritischen Eigenschaften Korrosionsverhalten, γ/γ´-Gitterfehlpassung, γ´-Volumenanteil zu erforschen. Es konnte gezeigt werden, dass sich das gewünschte Passivierungsverhalten durch Zulegieren mit Chrom einstellen lässt, allerdings auf Kosten der Gitterfehlpassung. Mit Hilfe thermodynamischer Berechnungen wurden deshalb zwei Ansätze verfolgt, die Gitterfehlpassung in positive bzw. negative Richtung zu verschieben. Auf Grund von Grenzen in der Vorhersagekraft dieser Berechnungsmethoden stellte sich letztlich nur der letztgenannte Ansatz als zielführend heraus. Mit der Legierung Ni-16Cr-9Fe-13,5(Al+Ti) liegt zum Ende des Projektes ein weiterentwickelter Werkstoff vor, der gute Umformbarkeit, selektives Ätzverhalten und eine hinrei-chende Gitterfehlpassung als Voraussetzung für die Herstellung polykristalliner Nanomembranen vereint.
Publications
- Development of Ni–Fe–Al-based alloys precipitating cubic γ′ for fabrication of nanoporous membranes, J. of Materials, 48, 4008 (2013)
M. Necker, J. Rösler, F. Stahl
(See online at https://doi.org/10.1007/s10853-013-7212-1) - Influence of chromium on microstructure and etching behaviour of new Ni–Fe–Al based alloy, Mat. Sci. & Techn., 31, 349 (2015)
F. Niewerth, M. Necker, J. Rösler
