Oxidationsschutz für neuartige Hochtemperatur-Leichtbauwerkstoffe durch Ionenimplantation

Poster (PDF)	Offizielle ID:	176 ZBG
	Laufzeit:	01.04.2005 - 30.06.2007
	Geldgeber:	Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über AiF
	Bearbeiter:	Dr. Alexander Donchev

Intermetallische Verbindungen auf TiAl-Basis stellen eine interessante, neue Materialgruppe für Hochtemperaturanwendungen dar. Ihre Dichte beträgt im Vergleich zu den bei hohen Temperaturen gewöhnlich benutzten Fe- oder Ni-Superlegierungen nur die Hälfte. Der Einsatz dieser Materialien würde daher eine Verbesserung des Wirkungsgrades von z.B. Turbinen bewirken. TiAl-Werkstoffe werden zur Zeit jedoch noch kaum eingesetzt, da deren Oxidationswiderstand bei Temperaturen oberhalb von 750 °C noch zu gering ist. Die Verbesserung dieses Widerstandes ist Gegenstand des hier vorgestellten Projektes. Der Oxidationswiderstand von TiAl-Legierungen kann durch die Implantation von geringen Mengen an Halogenen verbessert werden (Man spricht von einem Mikrolegierungs-Effekt). Proben, die mit Chlor implantiert wurden, zeigen ein wesentlich besseres Oxidationsverhalten als unbehandeltes TiAl. In diesem Kooperationsprojekt findet die Ionenimplantation am For-schungszentrum Rossendorf, Dresden, statt und die Untersuchungen dieser Proben werden am KWI der DECHEMA e.V., Frankfurt am Main, durchgeführt, z.B. thermogravimetrische Messungen. Der beobachtete Halogeneffekt wurde durch die Beamline-Implantations-Technik erreicht, doch ist diese für einen industriellen Einsatz nur bedingt geeignet. Daher wurde eine kostengünstigere PI³-Technik-Anlage (Plasma-Immersion-Ionen-Implantation) aufgebaut und erprobt. Bei dieser Technik werden niedrigere Energien benötigt und die Implantation unterschiedlicher komplexer Proben ist möglich, was dem späteren Einsatz dieser Werkstoffe näher kommt. Die Ergebnisse mit dieser Technik zeigen auch ein verbessertes Oxidationsverhalten. Der positive Effekt wird durch die Bildung einer schützenden Aluminiumoxidschicht bewirkt. Eine Übernahme der Ergebnisse durch Industrie ist geplant. Das Projekt wird daher von diversen Firmen begleitet und z.B. durch die Überlassung von Probenmaterial unterstützt.

Abschlussbericht (pdf, 1,5 MB)

Literatur

A. Donchev, E. Richter, M. Schütze, R. Yankov: Improvement of the Oxidation Behaviour of TiAl-alloys by Treatment with Halogens; Euromat 2005 (2005)
A. Donchev, H.-E. Zschau, M. Schütze: The Halogen Effect for Improving the Oxidation Resistance of TiAl-Alloys; Microscopy of oxidation. Proceedings of the International Conference / Institute of Metals (UK) (2005)
A. Donchev, M. Schütze: Hochtemperatur-Oxidationsschutz für intermetallische Titanaluminidleichtbaulegierungen durch Nutzung des Halogeneffekts; Tagungsband Oberflächentage (2004) 93
A. Donchev, M. Schütze: Oxidationsschutz durch Halogene; Metalloberfläche 58 (2004) 9, 32
A. Donchev, H.-E. Zschau, M. Schütze: The astounding effect of halogens improving the oxidation resistance of titanium aluminide light weight materials; Trends in Electrochemistry and Corrosion at the Beginning of the 21st Century (2004) 1097
A. Donchev, M. Schütze: Cyclic oxidation behaviour of halogen implanted Ti-46.5Al-4(Cr, Nb, Ta, B); Materials Science Forum 461-464 (2004) 447
A. Donchev, M. Schütze: Gib Sauerstoff bei Leichtmetallen keine Chance; Trendbarometer Technik (2004) 148-149
A. Donchev, B. Gleeson, M. Schütze: Thermodynamic considerations of the beneficial effect of halogens on the oxidation resistance of TiAl-based alloys; Intermetallics 11 (2003) 5, 387
A. Donchev, M. Schütze, E. Richter, U. Hornauer, E. Wieser: Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von TiAl-Legierungen durch Ionenimplantation; KKF Kurzfassungsband (2003) 30-32
A. Donchev, M. Schütze: Improvement of the oxidation resistance of γ-TiAl alloys by ion implantation; Turbomat proceedings (2002) 134-136
A. Donchev, M. Schütze: Thermodynamic considerations on the halogen effect for the improvement of the oxidation resistance of TiAl alloys; Turbomat proceedings (2002) 219-222
M. Schütze, A. Donchev, V. Gauthier, H.-E. Zschau: Improvement of the oxidation resistance of intermetallic TiAl alloys by the halogen effect; ICC CD ponenicas nr. 792 (2002)
U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller, A. Donchev, M. Schütze: Plasma immersion ion implantation of TiAl using chlorine containing plasma; Surface and Coatings Technology 173-174 (2003) 1182-1186

Diese Forschungsarbeiten wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit über die AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.) gefördert. Weitere Informationen über dieses Projekt erhalten Sie von der oben genannten Kontaktperson.