Partikelmodifizierung von Niob-MASC-Legierungen mittels Prozessierung unter Semi-Levitation im Kaltwand-Induktionstiegel

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Egbert Baake; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457358364

Legierungssysteme auf Basis von Niob-Silizium stellen eine attraktive Alternative zu industriell verarbeiteten Nickel-Basissuperlegierungen dar. Niob-MASC Systeme (Metal and Silicide Composites) sind aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften für die Anwendung als Hochtemperaturkomponenten interessant und eröffnen ein weites Forschungsfeld. Das Potential einer Partikelmodifizierung von Niob-MASC Systemen wurde erstmals innerhalb der ersten Förderperiode dieses Projekts untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch das Hinzufügen geeigneter Partikelsysteme Einfluss auf die sich ausbildenden Phasen sowie deren Morphologie und Größe genommen wird. Dies kann gezielt für eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird innerhalb der Fortsetzung des Forschungsprojektes eine Partikelmodifizierung in Kombination mit einer gerichteten Erstarrung untersucht. Neben einer Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften durch die Eliminierung der transversal zur Belastungsrichtung verlaufenden Korngrenzen soll die Morphologie und Größe der einzelnen Phasenbestandteile eingestellt werden. So können die bereits erzielten positiven Effekte erhalten bleiben. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird zunächst die Auswirkung einer Kombination verschiedener Partikelarten, die sich als vielversprechend herausgestellt haben, untersucht. Nach der Auswahl einer geeigneten Partikelkombination wird unter Zuhilfenahme der mittels numerischer Simulation ermittelten Anlagen- und Prozessparameter unter Semi-Levitation im Kaltwand-Induktionstiegel prozessiert. Während der gerichteten Erstarrung verhindern die elektromagnetischen Kräfte ein Aufkonzentrieren der Partikel an der Erstarrungsfront, was in einer gleichmäßigen Partikelverteilung im erstarrten Gefüge resultiert. Die partikelmodifizierten, gerichtet erstarrten Legierungen werden anschließend umfassen im Hinblick auf die Mikrostruktur- und Phasenbildung in Abhängigkeit der Prozessparameter untersucht sowie die zugrundeliegenden Wirkmechanismen erfasst. Zusätzliche mechanische Prüfungen geben Aufschluss über die Eigenschaften bei Raum- und Hochtemperatur und werden in Zusammenhang mit der mikrostrukturellen Veränderung gebracht. Die Partikelverstärkung mit gerichteter Erstarrung und einer effizienten Herstellungsroute mittels Prozessierung im Kaltwand-Induktionstiegel wird neue Perspektiven für das Legierungssystem eröffnen und das wirtschaftliche Anwendungsfeld erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen