Oxidations- und Verschleißverhalten intermetallischer Titanaluminide sowie deren Optimierung durch Hochtemperaturschutzschichten
Lukas Mengis
Die intermetallischen Titanaluminide (TiAl) werden heutzutage auf Grund ihrer vielversprechenden Materialeigenschaften bei hohen Temperaturen primär für Turbinenschaufeln im Niederdruckbereich von Flugzeugtriebwerken eingesetzt. Im Zuge der Hochtemperaturbeanspruchung jedoch kommt es zu der Bildung einer nicht schützenden Mischoxidschicht sowie zu einer Abnahme der mechanischen Eigenschaften.
Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, das Oxidationsverhalten der kommerziellen Ti-48Al-2Cr-2Nb sowie Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B Legierungen zu analysieren, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Identifikation potenzieller Versprödungsmechanismen bei 700°C liegt.
In den letzten Jahren wird zusätzlich vermehrt auf das Phänomen der unzureichenden Verschleißresistenz von TiAl hingewiesen. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang der starke Temperatureinfluss auf das Verschleißverhalten.
Analog wurden zwei Schutzschichtkonzepte untersucht, um deren Eignung als Oxidations- und Verschleißschutzschichten für TiAl beurteilen zu können. Alitierschichten (CVD) zeigten auf Grund der selektiven Oxidation von Al exzellente Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen von bis zu 900°C. Die tribologischen Eigenschaften der alitierten Proben wurden – mit Ausnahme hoher Verschleißraten bei 600°C – durch Erhöhung des Verhältnisses aus der Härte und dem E-Modul stark verbessert.
Die Abscheidung von Cr2AlC-basierten MAX-Phasen-Schutzschichten (PVD) führte ebenfalls zu einer deutlichen Verbesserung des Oxidationsverhaltens. Das Verschleißverhalten ist grundsätzlich durch Delamination und erhöhten Drittkörperver-schleiß charakterisiert.
