High Temperature Protection of Titanium Aluminides (TiAl)

Kurzfassung

Die Vorteile für den Einsatz von TiAl im Bereich der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie und im Zweig der Energieerzeugung sind deutlich ersichtlich. Aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften im Hochtemperaturbereich von 700°C und 900°C bei einer gleichzeitig geringen Dichte ermöglicht dieses Material eine Konstruktion von leichten hochbelastbaren Strukturen. Allerdings beschränkt sich der Einsatz von TiAl momentan auf einen Temperaturbereich bis 750°C, da bei höheren Temperaturen die sich stark ausprägende Oxidation einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer von Bauteilen aus dieser Legierung besitzt. Um aber das Potential dieses leichten Hochtemperaturmaterials bis 900°C oder sogar 1000°C auszuschöpfen, werden zum einen weiterhin Legierungsentwicklungen vorgenommen, Halogenide eingesetzt und des weiteren Schutzschichten entwickelt. Im Rahmen des Vortrages werden unterschiedliche intermetallische und nitridische Schutzschichtsysteme vorgestellt und bewertet, die die Verringerung der Oxidation zum Ziel haben. Auslagerungstests bei 900°C und 950°C Testtemperatur zeigten eine deutliche Erhöhung des Oxidationswiderstandes im Vergleich zum verwendeten Grundmaterial Ti-45Al-8Nb mit einer Laufzeit bis teilweise über 1000h. Zusätzlich zu den mittels Magnetron-Sputtern aufgebrachten Oxidationsschutzschichten wurden auf diese Materialsysteme EB-PVD-Wärmedämmschichten (TBC) aufgebracht, um das Anwendungs-potential von TiAl in der Turbine weiter auszuleuchten. Es zeigte sich eine Wechselwirkung zwischen der TBC und den darunter liegenden gebildeten Oxiden, die bei anderen Werkstoffsystemen so noch nicht beobachtet wurde.