Lebensdauer und Oxidationsverhalten von Wärmedämmschicht-Systemen auf gamma-Titanaluminiden
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Beschreibung
Die Reduktion des Treibstoffverbrauchs durch die Verwendung von Leichtbaumaterialien ist ein zentrales Ziel im Flugzeugbau. Durch die Hochtemperaturanwendung von ɣ-Titanaluminiden als Material für Turbinenschaufeln in Flugtriebwerken, anstelle der bisher etablierten Nickelbasislegierungen, lassen sich Gewichtseinsparungen von bis zu 50% erzielen. Für den Einsatz bei Betriebstemperaturen von über 800° C sind jedoch Oxidationsschutzschichten in Verbindung mit keramischen Wärmedämmschichten auf ɣ-Titanaluminiden erforderlich.
Innerhalb der vorliegenden Dissertation wurden intermetallische Schichten auf der Basis von Ti-Al-Cr mit Zusätzen der sauerstoffreaktiven Elemente Yttrium und Zirkonium mittels Kathodenzerstäubung auf ɣ-Titanaluminiden abgeschieden. Das Potenzial dieser Haftvermittlerschichten, eine schützende thermisch gewachsene α-Al2O3-Schicht auszubilden und gleichzeitig für einen ausreichenden Oxidationsschutz für das Substratmaterial zu sorgen, war zentraler Forschungsschwerpunkt der vorliegenden Arbeit.
Des Weiteren wurde der sogenannte Halogeneffekt zur Ausbildung einer thermisch gewachsenen α-Al2O3-Schicht auf ɣ-Titanaluminiden untersucht. Hierzu wurden in Kooperation mit dem DECHEMA-Forschungsinstitut physikalische und chemische Verfahren getestet, Fluor in die Oberfläche von Titanaluminid-Legierungen einzubringen.
Mittels Elektronenstrahlverdampfung wurden auf die voroxidierten intermetallischen Haftvermittlerschichten, sowie auf die fluorierten ɣ-Titanaluminid-Oberflächen mit Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxidschichten abgeschieden und die Lebensdauer und das Oxidationsverhalten dieser Wärmedämmschicht-Systeme bei thermozyklischen Hochtemperaturauslagerungen bei 900 und 1000°C untersucht.
Autor*in
Nadine Laska