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Entwicklung und mechanische Eigenschaftscharakterisierung von Mo-Si-B-(Ti) Legierungen für den Einsatz bei Temperaturen oberhalb von 1200 °C

M.Sc. Susanne Obert

Motivation

Gegenwärtig finden im mechanisch belasteten Hochtemperaturbereich von Turbinen für den stationären und fliegenden Einsatz einkristalline Nickelbasissuperlegierungen Verwendung (max. Oberflächentemperatur ca. 1100°C). Eine Wirkungsgradsteigerung ist im Hinblick auf die begrenzten Vorkommen fossiler Brennstoffe sowohl ökonomisch, als auch ökologisch gewünscht. Beispielsweise kann dies durch eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur erfolgen, wobei allerdings die Weiterentwicklung der Nickelbasissuperlegierungen wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes (Tm ≈ 1400°C) nur noch inkrementell möglich ist. Mo-Borsilizid Legierungen (Tm > 2000°C) verfügen dagegen durch ausgezeichnete Kriech- und Oxidationseigenschaften über das Potential, oberhalb von 1200°C eingesetzt zu werden.

Ziele

  • Entwicklung von technisch einsetzbaren, kriechbeständigen Mo-Si-B-Ti Legierungen inklusive eines Beschichtungssystems zur Gewährleistung der Oxidationsbeständigkeit über einen weiten Temperaturbereich und in wasserdampfhaltiger Umgebung

  • Erforschung der Oxidationsmechanismen, des Langzeitoxidationsverhaltens und der mechanischen Eigenschaften von neuartigen Mo-Si-B-Ti Legierungen

  • Untersuchung der Schutzwirkung von Oxidationsschutzschichten bei überlagerter Kriechbeanspruchung

  • Legierungsherstellung und gezielte Gefügeeinstellung durch Wärmebehandlungen

  • Mechanische Charakterisierung  bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen, sowie Korrelation zwischen Eigenschaften und Mikrostruktur

Untersuchungen

  • Gefügecharakterisierung und Gefügestabilität bei hohen Temperaturen
  • Chemische Elementanalyse zur Beurteilung der Herstellroute
  • Bestimmung der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur und Bruchzähigkeit mittels Vierpunktbiegung
  • Bestimmung des Kriechverhaltens unter Zugbelastung
  • Ermittlung physikalischer Kennwerte