Oxidationsschutzschichten



 

Komplexer Aufbau einer Oxidschicht auf einer Ti-Al-Nb-Legierung mit Schutzschicht
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Um das volle mechanische Potential von modernen Titanlegierungen, Titanaluminiden und faserverstärkten Titanwerkstoffen nutzen zu können, ist ein wirkungsvoller Oxidationsschutz z.B. durch Beschichtungen notwendig. Von zentraler Bedeutung sind die Wachstumsvorgänge der Oxidschichten und deren Stabilität sowie die Versprödung der Werkstoffe durch die hohe Sauerstofflöslichkeit. Bei der Oxidation von Titanlegierungen und Titanaluminiden treten zwei prinzipielle Effekte auf: Oxidschichtbildung und Lösung von Nichtmetallen in der Werkstoffrandzone. Je nach Werkstoff können beide Phänomene unterschiedliche Auswirkungen auf das Oxidationsverhalten und die mechanischen Eigenschaften des Gesamtsystems haben.

Beschichtungen für Titanlegierungen und Titanaluminide

Grundsätzlich können zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Titanlegierungen drei unterschiedliche Wege eingeschlagen werden: legierungstechnische Maßnahmen, Voroxidation und Beschichtungen.

Zur optimalen Balance zwischen Verbesserung des Oxidationsschutzes für den Hochtempertureinsatz und Erhalt der mechanischen Eigenschaften werden im Institut Schutzschichten entwickelt. Diese sind beispielsweise aus den Komponenten Al-Ti-Cr aufgebaut oder als nanostrukturierte Multilayer im System Nitrid/Oxid ausgebildet.

Entwicklungsschwerpunkte

Die Entwicklung von Oxidationschutzschichten auf der Basis der Magnetron-Sputtertechnik konzentriert sich auf die folgende Kernprobleme:

  1. Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat
  2. Langzeitstabilität der Schutzschicht
  3. Erhaltung der mechanischen Eigenschaften des Substrates
  4. Thermischer Schutz von Titanaluminiden durch Wärmedämmschichten
  5. Hochtemperatureinsatz von Schutzschichten bis 900°C

Prüfung von Oxidationsschutzschichten

Zur Beurteilung der Schichten werden zum einen analytische und mikrostrukturelle Charakterisierungsmethoden eingesetzt. Zum anderen stehen anwendungsnahe Schichtenprüfverfahren zur Verfügung, von standardisierten Temperaturwechselversuchen über Oxidationsversuche mit Messung der Gewichtsänderung bis hin zur Prüfung des Schichteinflusses auf das mechanischen Bauteilverhalten, beispielsweise durch Ermüdungstests .


Kontakt
Dr. Reinhold Braun
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Hochtemperatur- und Funktionsschichten
Tel: +49 2203 601-2457

Fax: +49 2203 696480

E-Mail: Reinhold.Braun@dlr.de
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