de.wedoany.com-Bericht: In Hochtemperaturumgebungen wie Flugzeugtriebwerken und ultra-superkritischen Kohlekraftwerken ist die Entwicklung leistungsstarker Hochtemperaturlegierungen der Schlüssel zur Steigerung der Energieumwandlungseffizienz. Kürzlich führte ein Forschungsteam eingehende Studien zu verschiedenen Legierungssystemen wie Nickelbasis-, Eisenbasis- und Titan-Aluminium-Legierungen durch. Ziel war es, durch die Optimierung metallurgischer Parameter die Festigkeit, Gefügestabilität und Korrosionsbeständigkeit der Materialien unter extremen Betriebsbedingungen zu verbessern.
Der Forschungsschwerpunkt lag auf der Untersuchung der Legierungsentwicklung mit B2-(Fe,Ni)Al-Ausscheidungen. Experimentelle Daten zeigen, dass durch die Anpassung der Gehalte von Aluminium und Chrom nanometergroße, nahezu würfelförmige Dispersionshärtungsphasen in der ferritischen Matrix erzielt werden können. Beispielsweise kann in der Legierung Fe-16Ni-9Al-5Cr nach Lösungsglühung und Auslagerung die Größe der Ausscheidungen auf 180 nm bis 500 nm kontrolliert werden, was die mechanischen Eigenschaften der Matrix effektiv steigert. Gleichzeitig wurden auch Durchbrüche bei der Entwicklung von oxid-dispersionsgehärtetem (ODS) ferritischem Stahl erzielt. Durch mechanisches Legieren werden nanometergroße Y₂O₃-Partikel gleichmäßig in die Körner der Hochtemperaturlegierung eingebracht, wodurch das Problem der Grobkornbildung traditioneller Ausscheidungen bei hohen Temperaturen und des damit verbundenen Festigkeitsverlusts gelöst wird.
Um das Problem der unzureichenden Oxidationsbeständigkeit von Titan-Aluminium (TiAl)-Basislegierungen anzugehen, entwickelten die Forscher ein Einbettungs-Aluminierungsverfahren, das eine kontinuierliche TiAl₃-Schutzschicht auf der Materialoberfläche bildet. Tests zeigen, dass die Zugabe von Spurenelementen wie Zr, Nb, Cr und Y die Zähigkeit der Beschichtung erheblich verbessert und die interdiffusion von Elementen bei hohen Temperaturen hemmt. Bei zyklischen Oxidationstests bei 1100 °C haftete die Oxidschicht der beschichteten Proben fest und verhinderte wirksam das schnelle Wachstum von nicht-schützendem TiO₂. Diese Oberflächenmodifikationstechnologie für Hochtemperaturlegierungen schafft die Grundlage für den Ersatz einiger Nickelbasiswerkstoffe in Heißteilen von Flugzeugtriebwerken.
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