Vermeidung der Versprödung von Legierungen auf Bais TiAl mittels Beschichtungen mit funktionellen Eigenschaften um die mechanischen Eigenschaften zu erhalten
(Deutsch)
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Um das Potential der ausgezeichneten Hochtemperaturfestigkeit von Titanaluminiden ausschöpfen zu können, sind Schutzschichten notwendig, welche die umgebungsbedingte Oxidation und Versprödung wirksam unterbinden. Ziel einer Forschungskooperative war die Entwicklung von Oberflächenbeschichtungen für technisch relevante TiAl-Legierungen, die durch den Halogeneffekt (mit Fluor) gezielt modifiziert werden, um stabile Schutzschichten gegen die Versprödung zu erzeugen. Aufgrund ihrer guten Raumtemperaturduktilität wurde für die Untersuchungen die Legierung Ti-48Al-2Cr-2Nb als Konstruktionswerkstoff ausgewählt. Als Beschichtungswerkstoffe dienten höher Al legierte Titanlegierungen sowie reines Aluminium. Zur Schichtherstellung wurden bewährte Beschichtungstechniken auf Basis von PVD, CVD sowie thermischem Spritzen herangezogen. Die Fluorierung der Schichten erfolgte über Fluor-Polymerschichten sowie über Plasma-Immersions-Ionenimplantation (PI). Die Beschichtungen wurden anschließend unter oxidierenden und korrosiven Umgebungsbedingungen, überwiegend bei 900 °C, ausgelagert und eingehend untersucht. Mechanische Tests schafften die Grundlage für die vergleichende Bewertung der unterschiedlichen Schichtqualitäten und -behandlungen untereinander und zum unbehandelten Konstruktionswerkstoff Ti-48AI-2Cr-2Nb (Substrat). In allen technischen Bearbeitungsstufen des etwas mehr als 2 Jahre laufenden Vorhabens konnten wesentliche Erkenntnisse gewonnen und Fortschritte erzielt werden. Die besten Ergebnisse wurden für CVD-Schichten in Kombination mit der Oberflächenfluorierung über das PI-Verfahren erreicht. Duktilität und Festigkeit bewegen sich für diese Kombination auch nach 100 h bei 900 °C an Luft im Bench-Mark Bereich >90 % der ursprünglichen Werte. Diese Ergebnisse belegen das Potential dieser Schichtkombination für Titanaluminide und sind vielversprechend für Hochtemperaturanwendungen, in denen die TiAl-Bauteile kombinierten mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind.
Titanium aluminides, which have a density half of that of Ni-based super alloys, exhibit good mechanical properties even at high temperatures and are promising candidates for high temperature applications. However, at temperatures above 650 °C, the mechanical properties of TiAl alloys are strongly deteriorated due to environmental embrittlement (loss of ductility). The objective of the project ACETAL was the development of coatings combined with the halogen effect to build a dense and protective oxide scale as a physical barrier against hot gases in order to avoid environmental embrittlement and to maintain the original properties of the alloys. In the consortium, composed of 7 research institutes and universities and 15 cooperating industrial partners, the industrial chain from the producer of TiAl alloys up to End-Users was represented. Aluminium enriched coatings with alloying elements to enhance the oxidation and corrosion resistance were developed using physical and chemical deposition techniques. Chemical Vapor Deposition (CVD), Physical Vapor Deposition (PVD) and thermal spraying techniques (HVOF, APS) have been used to produce the coatings. Fluorination surface treatments by means of Plasma-Ion-Immersion-Implantation (PI) or fluorine-based polymer spraying (halogen effect) were investigated. Due to its high ductility at room temperature the GE alloy Ti-48Al-2Cr-2Nb was used as reference material for the oxidation/corrosion and mechanical tests. Among the investigated coating and fluorination techniques during this two-year project, it has been shown that, using CVD process for the coating production combined with fluorine surface treatment by PI, the ductility and strength of the coated alloys even after 100 h exposure in air at 900 °C can be preserved in a Bench-Mark range of 90 % of their initial values. These results show the potential of this type of coatings for titanium aluminides and are very promising for their use in high temperature applications where the alloys face combined mechanical and thermal stress.
Vermeidung der Versprödung von Legierungen auf Bais TiAl mittels Beschichtungen mit funktionellen Eigenschaften um die mechanischen Eigenschaften zu erhalten