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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Um den mechanischen, chemischen und thermischen Anforderungen für den Einsatz in hochbelasteten Bereichen von Gasturbinen zu genügen, werden Turbinenbauteile aus Nickelbasis-Werkstoffen mit einer metallischen Schutzschicht vor Oxidation und Heißgaskorrosion geschützt. Dafür werden oftmals die sogenannten MCrAlY-Legierungen eingesetzt. Interdiffusionsphänomene zwischen diesen beiden Werkstoffen wurden bisher nur ungenügend untersucht, können aber bei ungünstiger Kombination der Legierungszusammensetzung, dem Beschichtungsverfahren und der Temperaturbelastung lebensdauermitbestimmend sein.
In dieser Forschungsarbeit wird daher auf Basis einer ausführlichen Versuchsserie der Einfluss der Parameter Legierungszusammensetzung von Schicht- und Grundwerkstoff, Beschichtungsverfahren und Temperaturbelastung auf das Auftreten von Interdiffusionsphänomenen in MCrAlY-beschichteten Nickelbasis-Werkstoffen systematisch untersucht.
Aktualisiert: 2021-12-20
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