Wechselwirkungen von Erdalkali-Zirkonat-Perowskiten mit Titan und Titanlegierungen bei hohen Temperaturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Schafföner
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329849558

Titanwerkstoffe weisen mit vielen keramischen Materialien eine ausgesprochene Reaktionsneigung bei hohen Temperaturen auf. Dies beeinträchtigt das Schmelzen, Gießen und Beschichten von Titanlegierungen und die Verarbeitung von Titanmatrix-Verbundwerkstoffen. Neuere Studien zeigten jedoch, dass CaZrO3 als feuerfestes Material eine bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit in Kontakt mit der vorwiegend genutzten Titanlegierung Ti6Al4V aufweist. Allerdings wurde eine ausgeprägte Reaktion mit Reintitan- (cp-Ti) und TiAl-Schmelzen beobachtet. Die Reaktionen von Titanlegierungs-Schmelzen in Kontakt mit CaZrO3 hängen somit signifikant von der Legierungszusammensetzung ab. Weiterhin wurde in früheren Untersuchungen lediglich Vakuuminduktionsschmelzen genutzt, um die Grenzflächenreaktionen von CaZrO3 mit Titan und Titanlegierungsschmelzen zu untersuchen. Obwohl Vakuuminduktionsschmelzen ein scharfes und realistisches Untersuchungsverfahren für feuerfeste Materialien ist, sind solche Untersuchungen im Allgemeinen zeitaufwendig und schwierig durchzuführen.Ziel des Projekts ist es, durch die Nutzung von Diffusionspaaren zuverlässige experimentelle Ergebnisse über die Grenzflächenreaktionen von Erdalkali-Zirkonat-Perowskiten mit Titanlegierungen zu erhalten. Dabei wird der Fokus von CaZrO3 auf eine ganze Materialklasse (Perowskite, insbesondere Erdalkali-Zirkonate einschließlich SrZrO3 und BaZrO3) erweitert. Bei Diffusionspaaren werden feste Titanlegierungen und Erdalkali-Zirkonate in unmittelbarem Kontakt bei hohen Temperaturen getempert. Nach dem Tempern und Abschrecken der Diffusionspaare werden dann die Mikrostruktur und chemischen Wechselwirkungen untersucht. Dafür wird vor allem Rasterelektronenmikroskopie (REM) zusammen mit wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie (WDS) und Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) genutzt.Diese Untersuchungen helfen, die Mechanismen beim Schmelzen, Sintern, Fügen und Beschichten von Titanlegierungen in Kontakt mit Erdalkali-Zirkonat-Werkstoffen aufzuklären. Zudem sind diese Untersuchungen hilfreich für thermodynamische Berechnungen und zur Konstruktion von Phasendiagrammen, da dies bislang aufgrund des Mangels an ausreichenden experimentellen Daten der entsprechenden quaternären Systeme (z.B. Ca-O-Zr-Ti) nicht möglich ist. Ein weiteres Ziel, welches mit der Durchführung der Experimente verknüpft ist, ist die Beherrschung und Anwendung entsprechender experimenteller Verfahren. Dies umfasst insbesondere die Nutzung der Sprühpyrolyse und Infrarotspektroskopie zur Synthese bzw. Analyse von keramischen Pulvern und die Anwendung und Analyse von Diffusionspaaren.Vorgesehene Gastinstitution ist die NTNU, Trondheim, Norwegen, da die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Tor Grande bereits für viele Jahre die Synthese und Stabilität von Perowskit-Keramiken sowie von feuerfesten Werkstoffen erfolgreich untersucht. Außerdem ist die NTNU weltweit bekannt für ihre Forschungen zur Metallurgie von Leichtmetallen inklusive der des Titans.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Gastgeber: Professor Dr. Tor Grande