TIALMET - Modifikationen der Oberfläche von gamma-TiAl und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften und das Hochtemperaturverhalten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Stefan Guth, seit 1/2021; Professor Dr. Uwe Schulz
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380687629

Ziel des Projekts ist es, neue und detaillierte Erkenntnisse über den Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die Oxidationsbeständigkeit, die Mikrostruktur sowie die mechanische Eigenschaften von gamma-Titanaluminiden zu gewinnen. Im Projekt werden in enger Abstimmung zwischen den Partnern verschiedenste Oberflächenmodifikationen entwickelt: (i) die Beschichtung mit AlSi und TiAlCrY mittels zweier Methoden - chemical vapor deposition (CVD) und physical vapor deposition (PVD), (ii) eine zusätzliche Voroxidation unter verschiedenen Sauerstoffpartialdrücken, um eine stabile und TiO2-freie Oxidschicht aus alpha-Aluminiumoxid zu erhalten, und (iii) Kugelstrahlen zur Einbringung von Druckspannungen in die Oberfläche zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften der gamma-TiAl Legierung. Eine Neuheit ist die im Projekt vorgesehene Herstellung von AlSi Schichten mittels CVD und PVD und deren Anwendung als Haftvermittlerschicht für Wärmedämmschichten (WDS). Die Fähigkeit von AlSi und TiAlCrY Schichten zur Bildung langsam wachsender und stabiler alpha-Aluminiumoxiddeckschichten eröffnet die Möglichkeit ihrer Anwendung in WDS-Systemen, wo gute Haftung und Kompatibilität mit dem 7 YSZ top coat wichtig sind. Allerdings gibt es bisher wenige Erkenntnisse zu Grenzflächeneffekten und deren Entwicklung in WDS-Systemen und zum Einfluss der Schutzschichten auf die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials. Die gründliche Untersuchung von Oberflächenmodifikationen, wie Voroxidation unter verschiedenen Atmosphären zur Erzeugung schützender Aluminiumoxide und mechanische Behandlung durch Kugelstrahlen, hat die Entwicklung maßgeschneiderter Oberflächen und daraus resultierende verbesserte Systemeigenschaften zum Ziel. Bei deren Analyse kommen auch neue Methoden, wie z.B. die Bestimmung des spröd-duktil-Übergangs mit einer drastisch reduzierten Probenanzahl, zum Einsatz. Das Projekt wird erstmalig systematische Ergebnisse zum Einfluss der Oberflächenmodifikationen auf das Oxidationsverhalten und die Ermüdungseigenschaften von gamma-TiAl bei unterschiedlichen Temperaturen liefern. Die gezielte Einbringung von Druckspannungen in die Oberfläche von Schutzschichten für TiAl soll zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit führen, was ein völlig neues Konzept darstellt. Die Ziele können nur durch eine enge Kooperation der Partner aus Polen und Deutschland erreicht werden, da die Arbeitspakete, Oberflächenmodifikationen und die Untersuchungen aufeinander aufbauen und ohne die internationale Zusammenarbeit nicht realisierbar wären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Dr. Radoslaw Swadzba; Dr. Bartosz Witala
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Karl-Heinz Lang, bis 1/2021