Pulversynthese und Eigenschaften von Mo-Si-Ti für die additive Fertigung und Entwicklung von oxidationsbeständigen Cr-Mo-Si-Legierungen

Motivation

Das Graduiertenkolleg 2561 MatCom-ComMat (Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen) beschäftigt sich mit der Entwicklung von Verbundwerkstoffen zum Einsatz bei Betriebstemperaturen von über 1300 °C und extremen Umgebungsbedingungen. Beteiligt sind Forschende des KIT, der Technischen Universität Darmstadt und des Dechema Forschungsinstituts. Hochschmelzende mehrphasige refraktärmetallbasierte Materialien sollen hierbei als Substratmaterial zur Beschichtung mit aus Polymeren abgeleiteten keramischen Nanokompositen auf Si(M)CX -Basis dienen. Projekt Nummer 8 widmet sich im Rahmen des Graduiertenkollegs der Synthese, Prozessierung und Charakterisierung von Refraktärmetallsilizidbasierten Hochtemperaturlegierungen für den Einsatz als Substratmaterial des neuen Werkstoffverbunds.

Einerseits wird die pulvermetallurgische Prozessierung einer metallisch/intermetallischen Legierung aus dem Mo-Si-Ti System untersucht, um die Bauteilherstellung mittels Additiver Fertigung zu ermöglichen. Die Legierung mit der Zusammensetzung Mo-20Si-52,8Ti (At.%) bietet ein vielversprechendes Eigenschaftsprofil aufgrund ihrer hervorragenden Mikrostrukturstabilität und Kriecheigenschaften bei ultrahohen Temperaturen, sowie exzellenter Oxidationsbeständigkeit.

Andererseits wird die Vielfalt möglicher Substratmaterialien durch Charakterisierung neuer Legierungen im System Cr-Mo-Si vorangetrieben. Besondere Bedeutung kommt der Oxidationsbeständigkeit neuer Legierungen oberhalb 800 °C zu. An Cr-Mo-Si Legierungen werden gezielt feinlamellare, zweiphasige Gefüge eingestellt, die denen oxidationsbeständiger Mo-Si-Ti Legierungen ähneln. In zyklischen Oxidationsversuchen werden die Legierungen wiederholt starken Temperaturschwankungen ausgesetzt, wodurch ein anwendungsnaher Belastungsfall simuliert wird. Die Beurteilung der Oxidationsbeständigkeit erfolgt auf durch die Analyse von Massenänderung und Oxidschichtwachstum.

Ziele

• Herstellung von Mo-Si-Ti Pulvern mittels Ultraschallverdüsung
• Charakterisierung Ultraschallverdüstem Mo-Si-Ti Pulver. Vergleich zu industriell hergestelltem EIGA-Pulver
• Gezielte Legierungsanpassung zur Einstellung feinlamellarer zweiphasiger Gefüge im System Cr-Mo-Si mit hohem Anteil Mo-haltigen Mischkristalls
• Untersuchung der Oxidationsbeständigkeit neuer Cr-Mo-Si Legierungen bezüglich ihrer Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit zwischen 800 °C und 1200 °C

Untersuchungen

• Legierungssynthese mittels Arc Melting
• Metallographische Probenpräparation
• Wärmebehandlungen in SchutzgasatmosphäreZyklische Oxidationsversuche an Luft
• Rasterelektronenmikroskopiebasierte Charakterisierung von Gefüge und Oxidschichten mittels Rückstreuelektronenkontrast und energiedispersiver Röntgenspektroskopie
• Phasenidentifikation mittels Röntgendiffraktometrie
• O/N-Analyse mittels Heißgasextraktion

Förderung

Gradiertenkolleg 2561 "Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen" der Deutschen Forschungsgemeinschaft