Oxidationsbeständige Mo-Basislegierungen durch Applikation von Oxidationsschutzschichten aus ternären Zn-Mo-Oxiden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Ulf Betke; Professorin Dr.-Ing. Manja Krüger
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579835459

Legierungen auf Mo-Basis weisen vielversprechende mechanische Eigenschaften und Hochtemperaturbeständigkeit auf. In oxidierender Umgebung und Temperaturen oberhalb von 250 °C tritt allerdings aufgrund katastrophaler Oxidation unter Verflüchtigung des Molybdäns in Form des Oxids MoO3 Zerstörung des Werkstoffs auf. Diese Oxidationsprozesse können durch geeignete Schutzbeschichtungen zurückgedrängt werden, um den Werkstoff auch in oxidierender Atmosphäre bei erhöhter Temperatur einsetzten zu können. Das Vorhaben zielt auf einen bisher nicht beschriebenen Ansatz zur Aufbringung einer Zinkoxid-basierten Oxidationsschutzschicht auf Mo-Legierungen ab. Als Modellsystem soll TZM (Mo mit < 1 % Ti/Zr) verwendet werden, welches verbesserte (thermo)mechanische Eigenschaften im Vergleich zu reinem Mo, aber die gleiche Oxidationsproblematik aufweist. Zinkoxid, ZnO ist in der Lage, mit Mo-Oxiden zu reagieren und stabile ternäre Oxide wie ZnMoO4 oder Zn2Mo3O8 zu bilden. Die dem Vorhaben zu Grunde liegende Hypothese ist, dass diese ternären Zn-Mo-Oxide eine stabile und sauerstoffundurchlässige Schicht auf dem TZM-Substrat bilden und den Werkstoff somit vor Oxidation schützen. In Vorversuchen an ZnO-Mo-Tabletten hat sich dieses Konzept bereits als wirksam erwiesen und die Verbindung Zn2Mo3O8 konnte als Phase mit dem höchsten Potential für einen Oxidationsschutz identifiziert werden. Das Vorhaben gliedert sich in mehrere Abschnitte: Zunächst sollen die Reaktionspfade sowie geeignete Prozessparameter zur Synthese der Zielverbindung Zn2Mo3O8 ausgehend von ZnO, Mo und MoO2 aufgeklärt werden. Im Anschluss soll ein geeigneter Beschichtungsprozess zur Aufbringung Zn2Mo3O8-basierter Oxidationsschutzschichten entwickelt und angewandt werden. Als Methode ist eine an das Packzementieren angelehnte Reaktivbeschichtung von TZM-Substraten im ZnO-Pulverbett geplant. Die Mikrostruktur der erhaltenen Beschichtung sowie die Eigenschaften der Grenzfläche zum Substrat sollen dann mit den Parametern des Beschichtungsprozesses korreliert, und günstige Prozessparameter abgeleitet werden. Die erhaltenen TZM-Proben mit Zn2Mo3O8-Beschichtung sollen dann isothermen und zyklischen Oxidationsversuchen bis 1000 °C und 500 Stunden unterzogen werden. Daraus soll dann die Oxidationsschutzwirkung der Zn2Mo3O8-Beschichtung und die Oxidationskinetik abgeleitet werden. Zusammenfassend sollen alle Erkenntnisse in einem empirischen Modell zusammengefasst werden, welches eine qualitative Beurteilung der Oxidationsbeständigkeit von Zn2Mo3O8-beschichteten TZM-Substraten erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen