Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Neue eutektische hoch-schmelzende Mo-Si-Ti Legierungen hergestellt mittels additiver Fertigung: Mikrostruktur, Textur und daraus folgende Eigenschaften

Dr.-Ing. Daniel Schliephake

Motivation

Mo-basierte Silizide werden schon seit über 20 Jahren aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften als potentielle Hochtemperaturwerkstoffe untersucht. Durch die Hinzugabe von Bor lassen sich nicht nur die mechanischen Eigenschaften verbessern, sondern auch das Oxidationsverhalten bei erhöhten Temperaturen.
Ein großes Problem hierbei ist jedoch das bei refraktären Metallen auftretende sogenannte Phänomen des „Pesting“. Hierbei bilden sich bei Temperaturen unterhalb der Einsatztemperatur oft flüchtige Oxide, wodurch der Werkstoff desintegriert werden kann. Mo-Si-Ti Legierungen mit einem hohen Anteil an eutektischen Gefüge sind bisher die einzigen bekannten Mo-Silizide, die auch im üblichen Bereich des Pestings oxidationsbeständig sind.
Ein weiteres Problem Mo-basierter Silizide ist ihre oft hohe Spröd-Duktil-Übergangstemperatur (BDTT), wodurch die Herstellung und Bearbeitung von Bauteilen aus diesen Legierungen erschwert wird. Durch den Einsatz moderner additiver Verfahren, wie dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM), kann die BDTT umgangen werden. Dadurch können sich komplexe Bauteile herstellen, die nur noch einen minimalen Nachbearbeitungsbedarf besitzen.

Ziele

  • Identifizierung einer geeigneten Mo-Si-Ti Legierung (in Zusammenarbeit mit M.Sc. Susanne Obert)
  • Entwicklung geeigneter Prozessparameter zur Herstellung einfacher Geometrien für anschließende Charakterisierung
  • Ermittlung des Einflusses der Prozessparameter auf Gefüge und Textur von Mo-Si-Ti Legierungen
  • Charakterisierung des mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen (bis 1200°C)
  • Charakterisierung des Oxidationsverhaltens im Bereich des Pestings und bei möglichen Anwendungstemperaturen
  • Korrelation zwischen Prozessparameter, Gefüge und Eigenschaften

Untersuchungen

  • Parameterstudie zur Herstellung möglichst porenfreier Proben
  • Gefügecharakterisierung und Gefügestabilität bei hohen Temperaturen
  • Chemische Elementanalyse zur Beurteilung der Herstellroute
  • Bestimmung mechanischer Kennwerte in Biege-, Druck- und Zugbelastung