Aktive Oxidationsschutzschichten für Mo-Si-B-Hochtemperaturwerkstoffe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Manja Krüger; Professor Dr. Michael Scheffler
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317275772

Hochtemperaturfeste Mo-Si-B-Werkstoffe werden intensiv als geeignete Kandidaten für Turbinenwerkstoffe untersucht; Ziel ist es, den Turbinenwirkungsgrad zu verbessern, was durch Erhöhung der Einsatztemperatur und somit durch Werkstoffsubstitution erreicht werden kann. Ein bislang ungelöstes Problem der Mo-Si-B-Werkstoffe ist ihr Oxidationsverhalten: die Mo-Komponente oxidiert bei niedrigen Temperaturen zum volatilen Mo-(VI)-Oxid. Der intrinsische Schutz dieser Werkstoffe durch die oberflächliche Oxidation von Si und B und die damit einhergehende Bildung von sauerstoffdiffusionshemmenden Glasschichten ist unter Servicebedingungen nicht ausreichend.Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung und das Verständnis der Mechanismen eines aktiven Mehrschicht-Werkstoffschutzsystems auf Basis füllstoffhaltiger präkeramischer Polymere mit initialer Schutz-Glasbildung im Temperaturbereich des Mo-Pestings zwischen 500 °C und 800 °C und angepasster Sauerstoffaufnahmekapazität in Kombination mit der Hemmung der Sauerstoffdiffusion bei Servicetemperaturen um 1100 °C bis 1200 °C. Um diese Wirkung zu erzielen, werden Beschichtungssysteme aus einem Perhydropolysilazan mit oxidierbaren Si-, B-, Ti- und Al-haltigen partikulären Füllstoffen mit veränderlichen Partikelgrößen und Volumenanteilen mittels Tauchbeschichtungsverfahren auf Mo-Si-B-Substrate aufgebracht, mittels Wärmebehandlung konditioniert, unter serviceähnlichen Bedingungen ausgelagert und ihre Schutzwirkung untersucht. Zur Schicht- und Schichtwirkungscharakterisierung werden die Standardmethoden der Festkörpercharakterisierung herangezogen. XPS-Untersuchungen sollen zum Verständnis der bei der Schichtbildung ablaufenden Mechanismen beitragen. Mittels Nanoindentation sollen die mechanischen Eigenschaften der Schichten charakterisiert und verstanden werden. Aus den Ergebnissen werden physikochemische, Schichtbildung und Schutzwirkung der Schichten beschreibende Modelle abgeleitet, die die Möglichkeit der Übertragung auf weitere Hochtemperaturwerkstoffsysteme erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen