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Effect of Si Content on Deposition and High-Temperature Oxidation of Al-Si Coatings Obtained by Magnetron Sputtering PVD Method

Bauer, Peter-Philipp und Klamann, Lisa Marie und Swadzba, Radoslaw und Laska, Nadine (2022) Effect of Si Content on Deposition and High-Temperature Oxidation of Al-Si Coatings Obtained by Magnetron Sputtering PVD Method. Coatings. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/coatings12060859. ISSN 2079-6412.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
23MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2079-6412/12/6/859

Kurzfassung

Intermetallic Al-Si-based coatings can greatly increase the oxidation resistance of γ-TiAl alloys. However, the effects of the Si addition are not fully understood. Therefore, it is difficult to determine the Si content that is optimal for oxidation resistance. Therefore, pure Al and several Al-Si coatings with varying Si contents between 1 and 81 at.% were studied. The coatings were produced using a combinatorial magnetron sputtering process. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy were used for structure and chemical analysis. The phases were identified by X-ray diffraction. Cyclic oxidation tests at 900 °C were conducted up to 5000 cycles of 1 h each and subsequently evaluated by thermogravimetric analysis. Si addition in the range of 1 to 12 at.% did not deteriorate the oxidation resistance compared to a pure Al coating up for 1000 cycles (1 h) of oxidation at 900 °C, while higher Si contents led to a high mass gain. For oxidation times up to 5000 cycles (1 h), a sufficient thickness of the coatings is crucial for good oxidation resistance. The main effect of Si addition is to enhance the transformation speed of the deposited Al and Si to the high temperature stable Ti(Al,Si)3 phase during the heat treatment. Si additions of up to 12 at.% led to increased initial mass gains and a decrease in the oxidation rates during subsequent exposures compared to pure Al coatings.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/191180/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effect of Si Content on Deposition and High-Temperature Oxidation of Al-Si Coatings Obtained by Magnetron Sputtering PVD Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bauer, Peter-PhilippPeter-Philipp.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6327-0890NICHT SPEZIFIZIERT
Klamann, Lisa MarieLisa.Klamann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Swadzba, RadoslawŁukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy, Gliwice, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Laska, NadineNadine.Laska (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:Coatings
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3390/coatings12060859
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2079-6412
Status:veröffentlicht
Stichwörter:combinatorial PVD magnetron sputtering; Al-Si coatings; oxidation resistance; γ-TiAl alloys; thermogravimetric analysis
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Hochtemperatur-und Funktionsschutzschichten
Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Bauer, Peter-Philipp
Hinterlegt am:12 Dez 2022 10:01
Letzte Änderung:12 Dez 2022 10:01

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