Structural evolution of protective coatings for gamma-TiAl based alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Ausgezeichnete Materialeigenschaften machen gamma-TiAl Basislegierungen zu einem interessanten Werkstoff für Anwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie. Die geringe Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen über 750 °C verhindert jedoch eine breite Anwendbarkeit. Somit müssen Schichtsysteme entwickelt werden die gamma-TiAl vor Oxidation, und Hochtemperatur-Erosion und -Korrosion schützen. In dieser Arbeit wurde daher die Strukturentwicklung und deren Auswirkung auf thermische Stabilität, Oxidationsschutz, mechanische Eigenschaften sowie Beeinflussung des gamma-TiAl Substrates von zwei inhärent unterschiedlichen Schichtsystemen untersucht: metallische Schichten auf Basis der intermetallischen Al2Au Phase und einer Übergangs-Metall Nitrid Schicht auf Basis von (Ti1-xAlx)1-yYyN. Al-Au Schichten wurden mittels unbalanziertem Magnetron-Sputtern mit Al/Au at.% Verhältnissen von 1.85 bis 4.32 hergestellt. Obwohl in all diesen Schichten die Mehrheitsphase Al2Au ist, haben die Systeme signifikant unterschiedliche Mikrostrukturen. In dieser Arbeit wird die mikrostrukturelle Entwicklung erklärt sowie gezeigt, dass eine einphasige Al2Au Schicht die besten mechanischen und thermischen Eigenschaften im Vergleich zu Schichten mit höheren Al- oder Au-Gehalten aufweist. Außerdem, bietet diese Schicht ausgezeichneten Oxidationsschutz bis 850°C. Der Einfluss von Y-Zugabe auf Mikrostruktur, sowie mechanische und thermische Eigenschaften von metastabilen Ti0.45Al0.55N ist untersucht. Die Zugabe von 6 at.% Y verringert die Löslichkeitsgrenze der erwünschten kubischen Phase von 69 auf 56 mol% AlN. Daher führt schon die Zugabe von nur 1 at.% Y zu einphasig-kubischen Ti0.45Al0.55N zu einer binären Phasenzusammensetzung von kubischen und hexagonalem (Ti1-xAlx)1-yYyN mit drastisch verringerter Härte und Oxidationsresistenz. Wenn jedoch die Plasma- und Wachstumsbedingungen während der (Ti1-xAlx)1-yYyN Schichtherstellung durch die Anwendung von bipolar-gepulstem Magnetron Sputtern verändert werden, können einphasig-kubische (Ti1-xAlx)1-yYyN Schichten erzeugt werden. Diese vereinen die ausgezeichneten Materialeigenschaften von kubischen Ti0.45Al0.55N mit erhöhtem Oxidationsschutz durch die Zugabe von Y.

Details

Titel in ÜbersetzungStrukturentwicklung von Schutzschichten für gamma-TiAl Basislegierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2008