Einfluss von Wasserstoff auf Phasenstabilitat und mechanische Eigenschaften von einkristallinen Ni-Basis Superlegierungen (T13*)

• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190389738

Die dringende Notwendigkeit zur Dekarbonisierung unserer Gesellschaft führt zu zentralen Herausforderungen im U¨ bergang von fossilen zu Wasserstoff-basierten Treibstoffen die auch Gasturbinen zur Stromerzeugung betrifft. Die Einbindung von Wasserstoff (H) in die Prinzipien von Materialentwicklung und in die Vorhersage der Lebensdauer von technischen Teilen ist von zunehmender kritischer Bedeutung. Das hier vorgeschlagene Transferprojekt T13 stellt sich dieser Verantwortung für den Anwendungsfall von Wasserstoff in einkristallinen Ni-Basis Superlegierungen. Die wissenschaftlichen Herausforderungen sind vielfältig und reichen von Aufnahme und Diffusion von H zur Wechselwirkung mit den einzelnen Legierungselementen einschliesslich Hydridbildung zur H-Ansammlung an Defekten die möglicherweise zu H-Versprödung führen. Die Situation ist noch komplizierter da die Aufnahme und der Einfluss von H über den weiten Bereich von Betriebstemperaturen und Kriechlebenszyklus der Turbinenschaufeln stark variiert. Zum jetzigen Zeitpunkt ist völlig unklar ob und wie die Entwicklung von Ni-Basis Superlegierungen modifiziert werden sollte um potentielle negative Effekte von Wasserstoff-basierten Treibstoffen zu vermeiden. Die Komplexität dieses gesellschaftlich und politisch kritischen Forschungsgegenstands kann nur in einem Team von Forschern mit komplementärer Expertise angegangen werden wie in T13. Diese Gruppe kombiniert Kriechexperimente von H-beladenen Proben, H-sensitive skalenüberbrückende Charakterisierung und großskalige atomistische Simulationen mit genauer Beschreibung der H-Metall Wechselwirkung. The benötigten experimentellen und simulatorischen Techniken wurden im SFB/TR103 etabliert und werden auf die neuen Fragestellungen in T13 übertragen. Das Team wird durch den Anwendungspartner Thermo-Calc Software komplettiert der weltweit führenden Expertise in der thermodynamischen Modellierung von Ni-Basis Superlegierungen in ihrer vollen technologischen Komplexität einbringt. Diese Verbindung ist von kritischer Bedeutung da die Entwicklung von Superlegierungen durch Materialwissenschaftler und Ingenieure maßgeblich auf den thermodynamischen Datenbanken basiert die von Thermo-Calc Software bereitgestellt werden. Das vorgeschlagene Transferprojekt wird diese Datenbank erweitern um Materialentwicklung von Gasturbinen zu ermöglichen die mit H-basierten Treibstoffen betrieben werden. Die T13 Ziele sollen mit Arbeitspaketen zu wissenschaftlichen Fragestellungen erreicht werden mit dem vollständigen Zyklus von Kriechexperimenten, experimenteller Charakterisierung, atomistischer Simulation und thermodynamischer Modellierung. Der Fokus liegt auf dem Einfluss von H auf die Mikrostruktur hinsichtlich γ/γ’-Partitionierung und Hydridbildung, der Wechselwirkung von H mit verschiedenen Legierungselementen und dem Einfluss von H auf Kriechen. Dieses Projekt baut auf der intensiven Zusammenarbeit der Antragsteller während des SFB/TR03 auf und ist nur möglich durch die institutionenübergreifenden Synergien und Fachwissen zwischen ICAMS, MPIE, LWW und TCS.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Unternehmen: Thermo-Calc Software AB; Stockholm Technology Park
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler; Baptiste Jean Germain Gault, Ph.D.; Privatdozent Dr. Thomas Hammerschmidt