Struktur, Oxidationsverhalten und Erosion von mittels dc-Arc-Verfahren hergestellten Cr2AlC-MAX-Phasen Schichten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248110559

MAX-Phasen als dünne Schichten haben in den letzten Jahren als interessante Schichtsysteme für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen und unter erosiver Beanspruchung erhöhte Aufmerksamkeit erregt. Aufgrund ihrer Nanolaminat-Struktur kombinieren sie metallische und keramische Eigenschaften. Übergeordnete Zielstellung des Projektes ist die wissensbasierte Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten mit Hilfe des Arc-PVD-Verfahrens, deren mikrostrukturelle und konstitutionelle Charakterisierung sowie die chemische und strukturelle Modifizierung der Schichten zur Steigerung der Oxidationsbeständigkeit. Erosionstests sollen weitere Hinweise zur Praxistauglichkeit der Schichten geben. Die Arbeiten des hier beantragten Vorhabens fokussieren sich insbesondere auf die Erforschung des Zusammenhangs zwischen den Prozessparametern beim Arc-PVD-Verfahren und den strukturellen Merkmalen der aufgewachsenen Cr2AlC-MAX-Phasen Schichten, die Erforschung des Zusammenhangs zwischen den strukturellen und den physikalischen und mechanisch-technologischen Eigenschaften der aufgewachsenen Schichten und die Erforschung der Oxidationsmechanismen von Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten, die mit dem Arc-Verfahren hergestellt wurden. Schließlich soll ein Konzept zur chemischen und/oder strukturellen Anpassung der Schichten entwickelt und verifiziert werden mit dem Ziel, die Oxidationsbeständigkeit der Schichten wesentlich zu steigern. Gleichzeitig soll das Erosionsverhalten verbessert werden.Mit den vorgeschlagenen Arbeiten wird einerseits das Verständnis der Strukturbildung sowie der thermisch induzierten Strukturveränderungen der Cr2AlC-MAX-Phasen gestärkt, andererseits ergibt sich durch die Entwicklung eines Beschichtungsprozesses auf Basis einer industriell etablierten Technologie in der Perspektive die Möglichkeit, die gewonnenen Erkenntnisse in anwendungsrelevanten Entwicklungen umzusetzen. Potentielle Anwendungen sind z.B. im Bereich Turbinenschaufelbeschichtung (temperaturstabile Erosionsschutzschicht) oder auch für hochbelastete elektrische Kontaktstellen (mechanisch stabile, niederohmige Schutzschichten) zu erwarten. Die Forschungsarbeiten sind eng miteinander verknüpft und erfordern einen intensiven Austausch zwischen den Forschungsteams der Antragsteller.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Hochtemperaturkammer für in-situ XRD
• Gerätegruppe: 8400 Kammeröfen, Muffelöfen, Rohröfen