XTEM Untersuchungen an oxidierten Titan-Aluminiden (PDF)

Inhaltsangabe:Problemstellung:
Bei den Bestrebungen, den Wirkungsgrad der derzeit üblichen Wärmekraftmaschinen zu erhöhen, ist ein wichtiger Ansatzpunkt das Erreichen einer möglichst hohen Betriebstemperatur. Andererseits hat man in der Luft- und Raumfahrt auch ein starkes Interesse an möglichst leichten Bauteilen. Die Motivation für diese Bestrebungen liegt in der Energie- und Kostenersparnis. Die Entwicklung der Hochtemperaturwerkstoffe zielt daher auf eine Erhöhung der maximalen Einsatztemperatur und eine Reduzierung des spezifischen Gewichtes. Das Entwicklungspotential der in diesen Bereichen derzeit eingesetzten metallischen Hochtemperaturwerkstoffe ist vermutlich weitestgehend ausgeschöpft. So werden die Nickelbasis-Superlegierungen, die momentan das höchste Einsatztemperaturpotential besitzen, bereits bei Temperaturen bis zu 85% ihres Schmelzpunktes eingesetzt. Es müssen daher neue Werkstoffe gefunden werden, die aufgrund besserer Eigenschaften, wie beispielsweise einer Gewichtseinsparung, oder ihres höheren Einsatztemperaturpotentials die bisher eingesetzten Werkstoffe verdrängen können. Von besonderem Interesse als zukünftige Hochtemperaturwerkstoffe sind die zu den intermetallischen Phasen gehörenden Titan-Aluminide, die bereits heute zum Teil exzellente mechanische Eigenschaften haben und auch das Potential für eine aussichtsreiche Weiterentwicklung besitzen, so dass sie künftigen technischen Anforderungen für die Bauteiltechnologie genügen können. Die Titan-Aluminide zeichnen sich durch eine geringe Dichte (3.8 g/cm3 für TiAl und 4,1-4,5 g/cm3 für Ti3Al im Vergleich zu ca. 8.3 g/cm3 für Nickel-Basislegierungen), die von grossem Interesse ist, sowie durch einen auch bei hohen Temperaturen hohen E-Modul und einem hohen Schmelzpunkt aus.
Einige mechanische Eigenschaften, wie die Raumtemperaturduktilität, Zähigkeit und die Kriechbeständigkeit sowie die Oxidationsbeständigkeit, werfen zur Zeit noch Probleme auf, da die für einen Einsatz nötigen technischen Anforderungen in diesen Bereichen noch nicht erfüllt werden. Man ist bemüht, alle diese Eigenschaften durch Optimierung der Mikrostruktur (Gefüge), was zum Beispiel durch thermomechanische Behandlungen erfolgen kann, und durch Zusätze von weiteren Legierungselementen, wie z. B. Cr, Si, Nb, zu verbessern.
Die Entwicklung einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit ist einer der wichtigsten Gesichtspunkte bei der Entwicklung der Titan-Aluminide. So ist beispielsweise die Leichtbauweise in [...]