Bildungs- und Wachstumsmechanismen von CrTaO₄-Deckschichten und Verbesserung ihrer Eigenschaften auf relevanten Hochtemperaturlegierungen

High-Entropy-Legierungen (HEAs) haben sich aufgrund ihrer außergewöhnlichen strukturellen Stabilität als vielversprechende Kandidaten für Anwendungen in extremen Umgebungen erwiesen. Insbesondere refraktäre HEAs zeigen ein großes Potenzial für den Einsatz bei hohen Temperaturen, vor allem, wenn sie durch stabile Oxidschichten geschützt werden. Jüngste Beobachtungen haben die Bildung komplexer CrTaO₄-Oxide auf bestimmten HEAs und Nickelbasislegierungen gezeigt, die eine außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1500 °C aufweisen. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von Cr-Ta-basierten Oxiden als Schutzschichten in Hochtemperatur-Werkstoffsystemen.

In diesem Projekt stehen zwei zentrale Werkstoffsysteme im Fokus, um die Bildung und das Verhalten von Cr-Ta-basierten Oxiden besser zu verstehen. Die Legierung Cr-20Ta wird als binäres, sauberes Modellsystem untersucht, das CrTaO₄ ohne Störeinflüsse weiterer Legierungselemente bildet und somit das grundlegende Cr-Ta-Oxidbildungsverhalten repräsentiert. Im Gegensatz dazu dient die äquimolare CrTaTiAlMo-Legierung als Modell für refraktäre High-Entropy-Legierungen, um die CrTaO₄-Bildung in einem komplexeren chemischen Umfeld zu untersuchen. Zusammen ermöglichen diese Systeme ein tieferes Verständnis dafür, wie die Legierungszusammensetzung die Oxidbildung, -struktur und -stabilität beeinflusst.

Ziel dieser Forschung ist es, die Oxidationsbeständigkeit von Cr-Ta-Oxid-bildenden Legierungen durch gezielte Dotierung zu verbessern. Durch die Zugabe geringer Mengen an Ag, Cu, Re und W zu den Legierungen CrTaTiAlMo und Cr-20Ta soll untersucht werden, wie diese Elemente die Defektchemie von CrTaO₄ beeinflussen – insbesondere die Konzentration und das Verhalten von Sauerstoffleerstellen. Dabei wird angenommen, dass die Dotierung über eine Veränderung der dominanten Defektarten die Sauerstoffdiffusion beeinflusst und damit die Oxidationskinetik gezielt verändert. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen zur Entwicklung oxidationsbeständigerer Werkstoffe auf Basis des Cr-Ta-Oxidschutzes für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen beitragen.