* M. Sc. Tiancheng Liang Telefon: +49 241 80-95346 E-Mail: liang@iot.rwth-aachen.de

Oxidations- und Diffusionsbeständigkeit von HS-PVD (Cr,Al)ON- γ-TiAl-Legierungen beschichteten DFG BO 1979/40-1, 01.06.2015-31.01.2018K. Bobzin, T. Brögelmann, C. Kalscheuer, T. Liang*

Zielsetzung § Herstellung dicker (d ≈ 15 µm) (Cr,Al)ON-Beschichtungen mittels High-Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD)-Technologie

§ Untersuchung der Eignung der (Cr,Al)ON-Beschichtungen zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von γ-TiAl

Motivation

§ Untersuchung der Morphologie und Mikrostruktur mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissions-elektronenmikroskopie (TEM)

§ In-situ Phasenanalyse bei hohen Temperaturen bis T = 950 °C mittels Hochtemperaturröntgendiffraktometrie (HT-XRD)

§ Beurteilung der Diffusionseffekte unter Einsatz der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) und Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA)

Ausblick

Ergebnisse § Dichte (Cr,Al)ON-Beschichtungen mit einer Nanokomposit-Mikrostruktur

§ Hohe Abscheiderate dd/dt > 16 µm/h bei der Herstellung von (Cr,Al)ON-Beschichtungen

§ Hohe Phasenstabilität der (Cr,Al)ON-Beschichtungen bis T = 950 °C mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) nachgewiesen

§ Röntgenamorph bis Temperaturen T = 950 °C ohne Phasenumwandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre

§ Signifikante Unterbindung der Interdiffusion

§ Entwicklung und Herstellung von dicken (Si,Al)ON-Beschichtungen

§ Charakterisierung der Systemeigenschaften in Langzeitversuchen

§ Applikation der Beschichtungen auf Turbinenschaufeln

Danksagung

Institut für OberflächentechnikRWTH Aachen UniversityKackertstraße 15, 52072 Aachen, GERMANYwww.iot.rwth-aachen.deTelefon: +49 241 80-95346Fax: +49 241 80-92941

Fanschaufeln

KompressorBrennkammer

Hochdruck-turbine

Niederdruck-γ-TiAl-Legierungen

Einsatz von γ-TiAl in der Gasturbine [GE Aviation]

HT-XRD-Spektren der (Cr Al )O N -32 30 35 3

Beschichtung

Das Forschungsvorhaben BO 1979/40-1 wird durch die Deutsche Forschungs-gesellschaft (DFG) finanziert. Für diese Förderung und Unterstützung sei gedankt.

Inte

nsi

tät

[a. u

.]

20 30 40 50 60 70 80

Beugungswinkel 2θ [°]

turbine

16,5 µmCrAl Interlayer

WC-Co-Substrat

(Cr Al )O N -Beschichtung37 34 28 1

10 µm

Morphologie und Mikrostruktur der as-deposited (Cr Al )O N -Beschichtung 37 34 28 1

mittels REM und TEM

T = 950 °C

T = 850 °C

T = 750 °C

T = 650 °C

T = 550 °C

Einbettmittel

(Cr Al )O N -Beschichtung32 30 35 3

CrAl Interlayer

Ti-48Al-2Cr-2Nb

Röntgenamorphe (Cr Al )O N -32 30 35 3

Beschichtung nach HT-XRD-Untersuchungen bei T = 950 °C

Ch

em

isch

e Z

usa

mm

en

setz

un

g [a

t.%

]

0

20

40

60

Lin

ien

scan

0 10 20Abstand x [µm]

EDX-Linienscan der (Cr Al )O N -32 30 35 3

Beschichtung nach den HT-XRD-Untersuchungen

Cr

O

Al

Ti

NbN

Scanrichtung

(Cr Al )O N -32 30 35 3

Beschichtung IDZ

* Ti-48Al-2Cr-2Nb

Interdiffusions-zone (IDZ)

*

Methoden

§ Anwendung von γ-TiAl als Leichtbauwerkstoff in Turbinen

§ Geringe Oxidationsbeständigkeit von γ-TiAl bei Temperaturen T > 850 °C