Versprödung von gamma-Titanaluminiden durch Hochtemperaturoxidation: Mechanismen und Maßnahmen zur Vermeidung

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Mathias Galetz; Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professor Dr. Uwe Schulz
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272900143

Übergeordnetes Ziel des Antrags ist es, die Werkstoffoberfläche von gamma TiAl gezielt so zu gestalten, dass Wärmedämmschicht-Systeme auf TiAl Komponenten aufgebracht werden können, ohne die mechanischen Kennwerte des Grundmaterials zu beeinträchtigen bzw. diese gegenüber dem unbeschichteten Zustand sogar zu verbessern. Dazu werden die Titanaluminidlegierungen mit Alitierschichten und kathodenzerstäubten TiAl-Schichten versehen und anschließend halogeniert, so dass bei der nachfolgenden Wärmebehandlung eine schützende Aluminiumoxiddeckschicht gebildet wird, die als Diffusionsbarriere der weiteren Sauerstoffversprödung entgegenwirkt. Das Gesamtziel des Gemeinschaftsvorhabens ist unverändert: Zunächst soll der Einfluss der thermischen Belastung während der einzelnen Prozessschritte wie Voroxidation und Aufbringung der Wärmedämmschicht sowie einer nachgelagerten Hochtemperaturauslagerung auf Gefüge und Eigenschaften in der Randzone grund-legend untersucht werden. Darauf aufbauend werden ein mechanistisches Verständnis der Degradation und geeignete Strategien zur Unterdrückung der Randzonenversprödung entwickelt. Ausgehend von den Ergebnissen der ersten zweijährigen Projektphase sollen im abschließenden dritten Jahr die Beschichtungsparameter, einschließlich Zusammensetzung und Dicke der Sperrschicht, optimiert werden. Die Bewertung der Lebensdauer der Schichtsysteme unter Hochtemperaturbelastung sowie der Abschluss der Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften ausgewählter Varianten stehen dabei im Mittelpunkt. Erste vielversprechende Messungen der Ermüdungsfestigkeit zeigen, dass MS-Schichten mit Halogenierung die Sauerstoffversprödung durch Al-Anreicherung vermindern. Die bisher durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass ein hoher Anteil der beta(o)-Phase im Ausgangsgefüge durch die sauerstoffinduzierte Umwandlung in alpha2 als besonders kritisch im Hinblick auf die Versprödung eingestuft werden kann. Daher sollen in der zweiten Projektphase zusätzliche Untersuchungen an einer (bei den Partnern vorhandenen) Ti-48Al-2Cr-2Nb Legierung durchgeführt werden, da diese einen geringen Anteil an beta(o)-Phase aufweist. Nach fundierter Analyse des Versprödungsmechanismus und der Wirkung der Schichtsysteme sollen hierbei zu Vergleichszwecken auch punktuell mechanische Untersuchungen erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen