Date
2020-02Metadata
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Dissertation
Oberflächennahe Schädigung von Superlegierungen unter Hochtemperatur
Abstract
In der vorliegenden Arbeit wird die Alterung von Nickelbasislegierungen in Oberflächennähe betrachtet. Dabei wird der Einfluss von Temperatur und Zeit in Zusammenhang mit der Oberflächenrauheit, Deformation und der Konzentration von Natriumsulfat an der Probenoberfläche untersucht. Zur Quantifizierung der Schädigung kommen rasterelektronenmikroskopische Methoden wie EBSD und EDX zum Einsatz.
Es wird gezeigt, dass die analysierten Verarmungs- und Vergröberungsprozesse der Gamma'-Ausscheidungen eine deutliche Legierungsabhängigkeit haben. Besonders die Gamma'-Bildner Tantal und Titan zeigen das Potenzial die Ausscheidungen zu stabilisieren. Darüber hinaus ist der Anteil von Kirkendall-Poren in Legierungen mit mittlerem Titangehalt niedriger. Jedoch zeigt sich auch die Anfälligkeit zu innerer Oxidation und Bildung von Ausscheidungen, welche die Stabilität von Oxidschichten herabsetzen.
Die plastische Deformation resultiert, neben sporadischer Rekristallisation in Gamma'-verarmten Bereichen, in der verstärkten Oxidation von Nickel. Diese Änderung der Oxidationskinetik wird durch die höhere Versetzungsdichte begründet. Ein Korrosionsfortschritt an den Korngrenzen kann in dieser Experimentreihe nicht beobachtet werden.
Im abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird gezeigt, dass Natriumsulfat bei gleichzeitiger Auslagerung auf Temperaturen zwischen 900 °C - 1000 °C Rekristallisationsprozesse auslösen kann. Diese finden unabhängig von äußerlich aufgebrachter Deformation durch die Volumenzunahme der sich im Inneren bildenden Oxide statt. Durch die Bildung einer Nickeloxidschicht an der Oberfläche ist der oxidative Fortschritt der Schädigung auf die neugebildeten Korngrenzen beschränkt. An diesen werden selektiv Gamma'-Bildner und Oxidschichtbildner gebunden. Es wird weiterhin gezeigt, dass die Bildung dieser strukturierten Schicht den Schädigungsprozess durch einen Schwefeltreibeffekt aufrecht erhält.
Es wird gezeigt, dass die analysierten Verarmungs- und Vergröberungsprozesse der Gamma'-Ausscheidungen eine deutliche Legierungsabhängigkeit haben. Besonders die Gamma'-Bildner Tantal und Titan zeigen das Potenzial die Ausscheidungen zu stabilisieren. Darüber hinaus ist der Anteil von Kirkendall-Poren in Legierungen mit mittlerem Titangehalt niedriger. Jedoch zeigt sich auch die Anfälligkeit zu innerer Oxidation und Bildung von Ausscheidungen, welche die Stabilität von Oxidschichten herabsetzen.
Die plastische Deformation resultiert, neben sporadischer Rekristallisation in Gamma'-verarmten Bereichen, in der verstärkten Oxidation von Nickel. Diese Änderung der Oxidationskinetik wird durch die höhere Versetzungsdichte begründet. Ein Korrosionsfortschritt an den Korngrenzen kann in dieser Experimentreihe nicht beobachtet werden.
Im abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird gezeigt, dass Natriumsulfat bei gleichzeitiger Auslagerung auf Temperaturen zwischen 900 °C - 1000 °C Rekristallisationsprozesse auslösen kann. Diese finden unabhängig von äußerlich aufgebrachter Deformation durch die Volumenzunahme der sich im Inneren bildenden Oxide statt. Durch die Bildung einer Nickeloxidschicht an der Oberfläche ist der oxidative Fortschritt der Schädigung auf die neugebildeten Korngrenzen beschränkt. An diesen werden selektiv Gamma'-Bildner und Oxidschichtbildner gebunden. Es wird weiterhin gezeigt, dass die Bildung dieser strukturierten Schicht den Schädigungsprozess durch einen Schwefeltreibeffekt aufrecht erhält.
Additional Information
The funding was provided by the German Federal Ministry of Economics and MA Technology (BMWi) and MTU Aero Engines AG under the Ecoflex-Turbo program (funding reference: 03ET7091F)Sponsorship
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