In-situ Legierungssynthese
DFG-Projekt „In-situ Legierungssynthese von ß-NiAl-Basis-Legierungen mittels 3D-Laser-Pulver-Auftragschweißen“
Die stetige Weiterentwicklung der Antriebssysteme in der Luftfahrt führt zu steigenden Anforderungen an die eingesetzten Hochtemperatur-Strukturwerkstoffe. Bereits 1966 wurden NiAl-Basislegierungen als potentielle Strukturwerkstoffe für Hochtemperaturanwendungen identifiziert. Ihre geringe Dichte, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schmelztemperatur sowie gute Kriech- und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen machen sie zu einem vielversprechenden Werkstoff für Strukturbauteile in Strahltriebwerken. Trotz der vielen positiven Eigenschaften der NiAl-Basislegierungen haben die sehr geringe Duktilität und Bruchzähigkeit unterhalb der Spröd-duktilen Übergangstemperatur sowie die geringe Hochtemperaturfestigkeit bisher einen industriellen Einsatz verhindert. Aus diesen Problemen leitet sich die Notwendigkeit einer gezielten Legierungsmodifikation zur Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit und Raumtemperaturduktilität sowie einer werkstoffspezifischen endkonturnahen Verarbeitungsstrategie ab.
Im Rahmen dieses Vorhabens soll erstmals ein breites Spektrum unterschiedlicher Legierungen aus dem NiAl-Ta-Cr-System für die additive Verarbeitung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) erprobt werden. Dabei wird ein hybrider Prozessansatz, bestehend aus der Kombination des LPA und einer induktiven Hochtemperaturvorwärmung, zur Rissreduktion eingesetzt.
Basierend auf thermodynamischen Berechnungen der zu erwartenden Phasen erfolgt eine Hochdurchsatzuntersuchung von 13 verschiedenen Legierungen mit Ta-Gehalten von bis zu 14 Atom-% und Cr-Gehalten von bis zu 34 Atom-%. Diese werden kombinatorisch durch in-situ-Legieren von drei verschiedenen Pulverwerkstoffen (NiAl, Ta und Cr) in Form gradierter Proben hergestellt und umfassend mikrostrukturell und mechanisch charakterisiert.