Verbesserung des Oxidationsschutzes von neuen Hochtemperatur-Leichtbauwerkstoffen durch Flüssigphasen- und Pulverpackverfahren

Die Legierungen auf der Basis von γ-TiAl eröffnen auf Grund ihrer mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und ihrer im Vergleich zu den bisher verwendeten Ni-Basislegierungen um 50% geringeren Dichte neue Möglichkeiten in der Hochtemperaturtechnik. Ihr angestrebter Einsatz bei Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken und in Gasturbinenkraftwerken, bei Motorventilen für Kraftfahrzeuge oder Blechen für Thermoschutzauskleidungen wird den Wirkungsgrad signifikant erhöhen sowie die Brennstoffkosten verringern. Voraussetzung dafür ist jedoch eine deutlich verbesserte Oxidationsbeständigkeit bei Betriebstemperaturen oberhalb 750°C bis ca. 1000°C. Dies wird erreicht durch die Nutzung des Halogeneffektes, bei dem nach dem Einbringen von Halogenen eine schützende Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche gebildet wird. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung eines kostengünstigen Halogenierungsverfahrens für Bauteile aus TiAl-Legierungen mit komplexer Oberfläche. Bei der Halogenierung mittels Pulverpackverfahren wird Chlor über die Gasphase in die Oberfläche eingebracht, wobei NH₄Cl als Aktivator dient, der sich in einem inerten Füllmaterial (Alumimiumoxid-Pulver) befindet. Bei Verwendung von 0.2% NH₄Cl, den Packparametern 3h/600°C und Oxidation bei 900°C/Luft erfolgt ein Übergang zur parabolischen Kinetik - jedoch erst nach > 200h. Dagegen bildet sich nach dem Eintauchen in eine flüssige Phase (0.11 % HF) und Oxidation (900°C/Luft) innerhalb weniger Stunden eine langsam wachsende Aluminiumoxidschicht, die auch nach 1000 Stunden noch intakt ist. Es werden Korrelationen zwischen dem Oxidationsverhalten und dem Halogengehalt vor und nach der Oxidation bestimmt. Dabei erfolgt der Nachweis der Halogene mittels Ionenstrahlverfahren.

Das IGF-Vorhaben Nr. ZN 84 der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.