Oxidation von Hf- und Zr-modifizierten Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6-Legierungen bei Temperaturen über 750 °C: Mechanismen und Optimierung durch Beschichtungen

• Antragstellerinnen: Dr. Anna Manzoni; Professorin Dr.-Ing. Anke Silvia Ulrich
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551561837

Während der letzten Jahre haben sich verschiedenen Schwerpunkte in der Forschung an Hochentropie-Legierungen oder Legierungen mit komplexer Zusammensetzung herauskristallisiert (HEA/CCA). Im vorliegenden Fall wurden zwei Legierung entwickelt, Al9.5Co25Cr8Fe15Ni36Ti6Hf0.5 (At.-%) und Al9.5Co25Cr8Fe15Ni36Ti6Zr0.5, welche gute mechanische Eigenschaften im Temperaturbereich um 700 °C aufweisen und die ursprünglich gewählten Vergleichsmaterialien Alloy 800 H und Inconel 617 sogar übertreffen. Bisher ist allerdings wenig über das Oxidationsverhalten dieser Legierungen bekannt - insbesondere quantitative Analysen wie Massenänderungen und Schichtdicken fehlen. Erste qualitative Messungen zeigen die Ausbildung schützender Oxidschichten und eine bis 400 Mikrometer tiefe beeinträchtigte Randschicht mit veränderter Mikrostruktur. Der Mechanismus des Oxidationsverhaltens soll in diesem Projekt tiefgehender untersucht, verstanden und über den Einsatz von (alpha-)Al2O3-ausbildenden Beschichtungen verbessert werden. Hierfür werden folgende Beschichtungen aufgebracht: Eine Al-Diffusionsschicht, die über die Schlickermethode aufgebracht wird und der minimal invasive Korrosionsschutz durch den Halogeneffekt, der mittels eines F-haltigen Polymers aufgebracht wird. Als Oxidationsatmosphären werden trockene und feuchte (mit 10 % H2O) synthetische Luft gewählt. Zusätzlich wird die Haftung der Oxidschichten unter mechanischer Belastung während des Kriechversuchs untersucht und die Schichtbildung mit der bei isothermer Auslagerung verglichen. Mithilfe von Lichtmikroskopie, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie Röntgendiffraktometrie und Raman-Spektroskopie werden die Beschichtungen und die gebildeten Oxidationsprodukte studiert. Thermodynamische Berechnungen mithilfe von ThermoCalc und Factsage helfen beim Verständnis der Phasenbildung und des Wachstums der Oxidationsprodukte während der Auslagerung. Außerdem wird die Tiefe der Verarmungszone durch Auswärtsdiffusion von Oxidbildnern während der Oxidation berechnet. Während des Projektes wird das Material verglichen mit IN718. Das Projekt bietet das Potential, Hochtemperaturwerkstoffe des Co-Cr-Fe-Ni-Systems, die bisher mit dem Schwerpunkt auf den mechanischen Eigenschaften entwickelt wurden, nun auch hinsichtlich ihres Oxidationsverhaltens besser zu verstehen und zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen