Bei Titanaluminiden (TiAl) handelt es sich um intermetallische Verbindungen aus Titan und Aluminium. Sie sind sowohl als Strukturwerkstoff wie auch als Beschichtungsstoff darstellbar.
Struktur
BearbeitenIm binären Phasendiagramm Titan-Aluminium nach Murray, McCullough und Huang existieren mindestens vier intermetallische Phasen.[1] Die beiden wichtigsten sind das hexagonale α2–Ti3Al, welches bei Raumtemperatur etwa 25 bis 35 % Aluminium enthalten kann und das γ–TiAl mit 50 bis 55 % Aluminium, L10-Überstruktur und einer tetragonal verzerrten kubisch flächenzentrierten Elementarzelle. Einige der technisch bedeutsamen Ti-Al-Legierungen bestehen bei Aluminiumgehalten zwischen 35 und 50 % auch aus einem Gemisch dieser beiden Phasen.
Daneben gibt es noch die weniger temperaturbeständigen Phasen TiAl2 mit etwa 65 % und η–Al3Ti mit ca. 75 % Aluminium. Die geordneten Phasen Ti2Al5 und Ti5Al11 sind noch nicht hinreichend untersucht.[1]
Eigenschaften
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Titanaluminide weisen bei geringer Dichte (3,8 g/cm³) sehr gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf und können für bestimmte Bauteile (z. B. Gasturbinen und Triebwerke[3]) Nickellegierungen mit wesentlich höherer Dichte (8,5 g/cm³) ersetzen. Dem großen Vorteil des geringen Gewichtes stehen jedoch die Probleme
- hoher Preis sowie
- hohe Oberflächenoxidation gegenüber.
Die Oberflächenoxidation limitiert die maximale Arbeitstemperatur auf ca. 750 °C. In Forschungsprojekten wird daher versucht, dem Material weitere Einsatzbereiche zu erschließen:
- An der TU Chemnitz wurde 2005 ein kostengünstigeres Herstellungsverfahren entwickelt und patentiert.[4] Es nutzt Abfälle aus der Titan- und Aluminiumproduktion, die in einem Sinterprozess zu Titantrialuminiden verarbeitet werden.
- Das DECHEMA-Forschungsinstitut arbeitet an schützenden Oberflächenbeschichtungen durch Halogenierung, welche die Oxidationsbeständigkeit deutlich verbessern und somit den nutzbaren Temperaturbereich auf über 1000 °C ausdehnen.[5]
- Bereits 2008 wurde an Gamma-Titanaluminid für den ultraleichte Kurbeltriebe geforscht.[6]
Literatur
Bearbeiten- J. H. Westbrook, Robert L. Fleischer (Hrsg.): Intermetallic Compounds: Principles and Applications. 2 Volume Set: Principles/Practice v. 1 & 2. John Wiley & Sons, 1994, ISBN 0-471-93453-4.
- J. H. Westbrook, Robert L. Fleischer (Hrsg.): Intermetallic Compounds: Progress: 3. John Wiley & Sons, Chichester 2002, ISBN 0-471-49315-5.
- Gerhard Sauthoff: Intermetallics. Wiley-VCH, 1995, ISBN 3-527-29320-5.
Quellen
Bearbeiten- ↑ a b Tom Majewski: Spurenbestimmung metallischer Verunreinigungen in γ-TiAl und den hochreinen Ausgangsmaterialien Al und Ti mittels ICP-Massenspektrometrie. Dissertation, Universität Hannover 2002, DNB 965453219/34, S. 5. sowie Quellen [14]–[19]
- ↑ Liss KD, Bartels A, Schreyer A, Clemens H: High energy X-rays: A tool for advanced bulk investigations in materials science and physics. In: Textures Microstruct. 35. Jahrgang, Nr. 3/4, 2003, S. 219–52, doi:10.1080/07303300310001634952 (englisch).
- ↑ Titanaluminid - MTU Aero Engines entwickelt neuen Werkstoff für Turbinenschaufeln. In: pressebox.de. MTU Aero Engines, 23. März 2015, abgerufen am 16. Dezember 2017.
- ↑ TU Chemnitz: Neues Herstellverfahren für Titanaluminide ( vom 6. Januar 2013 im Webarchiv archive.today).
- ↑ Dechema-Projekt zum Halogeneffekt an Titanaluminiden in der Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe ( vom 2. Dezember 2021 im Internet Archive)
- ↑ Unknown, TIB-Technische Informationsbibliothek Universitätsbibliothek Hannover, Technische Informationsbibliothek (TIB), Peter Janscheck, Knut Bauer-Partenheimer: Gamma-Titanaluminid für den ultraleichten Kurbeltrieb - Prozessroutenentwicklung und Bauerteilerprobung, Teilvorhaben: Schmiederoutenentwicklung : Abschlußbericht ; Laufzeit: 01.01.2004 bis 31.12.2007. 2008, S. Online–Ressource (27 S., 7,14 MB), doi:10.2314/gbv:59787350x.