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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
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt widmete sich der Untersuchung von Bildung, Stabilität und mechanischen Eigenschaften hierarchischer Mikrostrukturen in Co-basierten Superlegierungen und alternativen Legierungssystemen. Zu Beginn stand die Co-Al-W-8Cr-Legierung im Fokus, die in der Literatur als vielversprechend beschrieben wurde. Trotz umfangreicher Wärmebehandlungsstudien und Modifikationen der Legierungszusammensetzung konnte die Bildung der gewünschten hierarchischen Mikrostruktur nicht reproduziert werden. Stattdessen traten unerwartete Segregationsphänomene und die Bildung sekundärer Phasen auf, welche die Fortführung der Arbeit an dieser Legierung unmöglich machten. Um das Ziel dennoch zu erreichen, wurden alternative Legierungssysteme untersucht, darunter Ni-Al-Ti, Ni-Si-Fe und Fe-Si-V. Diese zeigten interessante mikrostrukturelle Eigenschaften, jedoch führten experimentelle Einschränkungen, insbesondere bei der Präparation empfindlicher Proben, und eine geringe technologische Relevanz zu einer Neuausrichtung. Schließlich wurde die hochentropische Superlegierung HESA-Y1 als zentraler Fokus gewählt. Diese zeigte eine stabile und reproduzierbare hierarchische Mikrostruktur mit kubischen γ'-Ausscheidungen und fein verteilten sphärischen γ-Partikeln, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Die mikrostrukturelle Charakterisierung erfolgte mit hochauflösenden Techniken wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Atomsondentomographie (APT) und in situ Synchrotron-Röntgenbeugung (XRD). APT-Analysen zeigten klare chemische Partitionierungsmechanismen zwischen γund γ'-Phasen sowie γ-Partikeln. XRD-Messungen ergaben eine geringe Gitterfehlpassung von etwa 0,2 %, die zur Stabilität der Mikrostruktur beiträgt. TEM-Untersuchungen bestätigten die kubische Morphologie der γ'-Ausscheidungen und die gleichmäßige Verteilung der γ-Partikel innerhalb der Ausscheidungen. Nanomechanische Tests an freistehenden γ'-Würfeln der HESA-Y1-Legierung zeigten sprödes Verformungsverhalten, gekennzeichnet durch elastische Deformation, plötzlichen Bruch und hohe Streuung der Festigkeitswerte. Die Ergebnisse bestätigten Literaturberichte, dass hierarchische Mikrostrukturen in isolierten γ'-Würfeln keinen signifikanten festigkeitssteigernden Effekt haben. Dennoch legten die Tests wichtige Grundlagen für die Entwicklung anwendungsspezifischer Experimente, etwa an Bulk-Proben, die realitätsnähere Belastungsszenarien abbilden können. Das Projekt lieferte wertvolle Erkenntnisse über die chemischen Wechselwirkungen, Stabilitätsmechanismen und mechanischen Eigenschaften komplexer Legierungssysteme. Die HESA-Y1-Legierung erwies sich als vielversprechendes Material für Hochtemperaturanwendungen, das eine Basis für zukünftige Forschung und technologische Entwicklungen bietet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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