Wissenschaftler des Dechema-Forschungsinstituts versuchen durch ein kostengünstiges Pulverpackverfahren die Oberflächen von Titan- und Nickel-Legierungen so zu schützen, dass längere Einsätze bei Temperaturen bis zu 1.100 °C möglich werden.

Titan-Legierungen werden wegen ihrer Eigenschaften häufig als Strukturwerkstoffe eingesetzt. Dank ihrer geringen Dichte (ca. 4,5 g / cm³) und guten mechanischen Eigenschaften eignen sie sich hervorragend als Leichtbaumaterial. Allerdings treten bereits oberhalb von 500 °C Schäden durch Korrosion und Oxidation auf.
Bauteile in stationären Gasturbinen und in Hochdruckturbinen von Flugtriebwerken bestehen aus Nickel-Basislegierungen. Damit sie Temperaturen von 900 °C standhalten, muss aufwändig ein komplexes Wärmedämmschichtsystem aufgebracht werden.
Bisher werden die Oberflächen der beiden Legierungsklassen durch Beschichtung aus der Gasphase (PVD) oder durch thermische Spritzverfahren (VPS) geschützt. Dazu sind mehrere Prozessschritte notwendig. Die erzeugten Schutzschichten sind relativ dick (>50 um) und häufig spröde.
In einem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung versuchen Wissenschaftler des Dechema-Forschungsinstituts durch ein kostengünstiges Pulverpackverfahren die Oberflächen von Titan- und Nickel-Legierungen in einem einstufigen Prozess so zu schützen, dass sogar Einsätze bei Temperaturen bis zu 1.100 °C über einen längeren Zeitraum möglich werden. Dabei entsteht eine dünne (<10µm) homogene Aluminium-Diffusionsschicht, die eine perfekt schützende Schicht aus α-Aluminiumoxid ausbildet.
Thermische Anlagen und Turbinen könnten so bei höheren Temperaturen betrieben werden, bei gleicher oder sogar verlängerter Lebensdauer. Neben dem Temperatureffekt wird zusätzlich die Effizienz gesteigert, denn leichtere Bauteile erlauben ein schnelleres Anfahren und Anhalten von bewegten Komponenten. Gerade im Transportsektor sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie kann damit der Schadstoffausstoß deutlich reduziert werden.

IGF-Vorhaben 18947N
Hochtemperaturoxidationsschutz für technische Titan- und Nickellegierungen durch kombinierte Alitierung und Fluorierung in einem einstufigen Prozess