Potential von Co-Basis Superlegierungen: Hierarchische Mikrostrukturen und nanomechanische Eigenschaften von Co3(Al,W)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Florian Vogel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317532718

Aufgrund der kürzlichen Entdeckung einer stabilen Mikrostruktur analog zu der in Ni-Basis Superlegierungen besitzen Co-Basis Superlegierungen Potential als Materialklasse der nächsten Generation für Hochtemperatur-Anwendungen. Zur Weiterentwicklung und Optimierung derartiger Materialien ist ein Verständnis zur Verbesserung der Stabilität der Mikrostruktur erforderlich. Bei ternären Co-Al-W Co-Basis Superlegierungen führt eine Zugabe von 8 at.% Cr zu einer Veränderung des Partitionierungsverhaltens der Elemente und als Folge zur Bildung einer hierarchischen Mikrostruktur mit weiteren Partikeln in den würfelförmigen Ausscheidungen. An einer Ni-Basis Legierung wurde gezeigt, dass mit der Bildung solcher hierarchischer Strukturen eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften einhergehen kann. Ziel dieser Arbeit ist es, die Bildung und die Evolution hierarchischer Mikrostrukturen und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften besser zu verstehen um daraus mittelfristig Verbesserungen für Co-Basis Legierungen ableiten zu können. Dabei sollen die nanomechanischen Eigenschaften isolierter würfelförmiger Ausscheidungen im Zusammenhang mit weiteren Partikeln im Inneren untersucht werden, um deren Einfluss differenziert beurteilen zu können. Mittels Nanoindenter sollen einzelne isolierte würfelförmige Ausscheidungen definiert verformt werden um deren mechanische Eigenschaften sowohl mit als auch ohne Partikel im Inneren zu bestimmen und somit deren Beitrag aufzuklären. Hierbei sollen zum einen sowohl eine ternäre Co82Al9W9 als auch eine quaternäre Co74Al9W9Cr8 Legierung hinsichtlich mikrostruktureller Veränderungen und chemischer Zusammensetzung aller Phasen untersucht werden. Dies geschieht mittels Transmissionselektronenmikroskopie mit einer räumlichen Auflösung im Nanometerbereich sowie mittels Atomsonden Tomographie zur Visualisierung einzelner Atome, der nur wenige Nanometer großen Cluster und Partikel in den würfelförmigen Ausscheidungen. Darüber können die thermodynamischen Triebkräfte und somit Aussagen zur Stabilität der Phasen abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen