Auswirkung von Hochtemperaturkorrosion auf Magnetron gesputterte MAX-Phasen basierte Schutzschichten auf γ-TiAl

Abstract

In dieser Abschlussarbeit wird der Einfluss der Erhöhung des Al-Gehalts auf die Oxidationsbeständigkeit der Ti2AlN MAX-Phase untersucht. Diese soll als Oxidationsschutzschicht für γ-TiAl Legierungen für den Einsatz in Flugzeugturbinen verwendet werden. Dazu wurden die Schichten mit variierender Zusammensetzung mittels reaktivem Magnetronsputtern auf Proben aus der γ-TiAl 48-2-2 Legierung abgeschieden. Nach der Wärmebehandlung der Schichten für 1 h bei 800 °C in Raumluft oder im Vakuum werden die Schichten zyklischen Oxidationstests unterzogen. Die Proben werden dazu jeweils 10 oder 100 h bei 850 °C zyklisch ausgelagert und optische Veränderungen durch ein Lichtmikroskop dokumentiert. Die Mikrostruktur der Proben wird mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie untersucht und die Phasenzusammensetzung durch Röntgendiffraktometrie ermittelt. Bei zwei Versuchen die genaue MAX-Phasen Zusammensetzung herzustellen, konnte dies nicht erreicht werden. Die zwei Schichten, die mit einem höheren AlGehalt gefertigt wurden, haben für die γ-TiAl Legierung nur eine geringfügige Schutzwirkung; Jedoch zeigte die Al-reichere Schicht Potenzial. Die Al-ärmere der beiden ist schon nach 10 h komplett oxidiert; Es hat sich keine schützende alpha-Al2O3 Deckschicht ausgebildet. Nach 100 h konnte jedoch trotz der Oxidation der Schicht an dem Übergang zwischen Schicht und Legierung eine oxidationsschützende α2-Al2O3Schicht entstehen. Dies wurde mithilfe der bei der Wärmebehandlung entstandenen Al-angereicherten IDZ ermöglicht. Die Al-reichere Schicht konnte eine Deckschicht aus α2-Al2O3 bilden und ist für 10 h schützend für die Legierung. Da diese Schicht schon bei der Wärmebehandlung starke Haftungsprobleme hat, kann durch Mikrorisse und Delaminationen jedoch Sauerstoff direkt zu der Legierung diffundieren. Die schützende Deckschicht auf der Schicht bleibt auch nach 100 h bestehen, kann jedoch die Oxidation der Schicht und der Legierung ausgehend von ihrer Grenzzone nichts entgegensetzen.