- TiAl
-
Bei Titanaluminiden (TiAl) handelt es sich um intermetallische Verbindungen aus Titan und Aluminium. Sie sind sowohl als Strukturwerkstoff wie auch als Beschichtungsstoff darstellbar.
Inhaltsverzeichnis
Struktur
Im 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
Titanaluminide weisen bei geringer Dichte (3.8 g/cm³) sehr gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften (160 GPa[2]) auf und sind bei Temperaturen bis zu 750°C kriechfest [3]. Diese technologisch wichtigen Eigenschaften prädestinieren sie als Leichtbauwerkstoff und können für bestimmte Bauteile (z. B. Gasturbinen) 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 Karl-Winnacker-Institut (DECHEMA) arbeitet an schützenden Oberflächenbeschichtungen durch Halogenierung, welche die Oxidationsbeständigkeit deutlich verbessern und somit den nutzbaren Temperaturbereich auf über 1000 °C ausdehnen.[5]
- Das Institut für spanende Fertigung (ISF) der Technische Universität Dortmund arbeitet am Einsatz von γ-Titanaluminid als Werkstoff für Pleuel und Ventile in Kfz-Motoren.[6]
- Am Institut für Werkstoffforschung des GKSS-Forschungszentrum Geesthacht werden in enger Kooperation mit Industrieunternehmen Legierungen für den Einsatz in Motoren und Turbinen auf Basis von γ-Titanalumiden sowie geeignete Herstellverfahren für Gieß- und Umformtechnologien entwickelt.[7]
Quellen
- ↑ a b T. Majewski: Spurenbestimmung metallischer Verunreinigungen in γ-TiAl und den hochreinen Ausgangsmaterialien Al und Ti mittels ICP-Massenspektrometrie., Diss., S. 5. sowie Quellen [14]-[19]
- ↑ H. Richter, W. Smarsly: Röntgenografische Spannungsmessungen an dem Titanaluminid-Werkstoff Ti48Al2Cr. (Abstract) Wehrwissenschaftliches Institut für Materialuntersuchungen, Erding
- ↑ Titanaluminid-Legierungen auf dem Weg in die Anwendung., GKSS-Forschungszentrum
- ↑ TU Chemnitz: Neues Herstellverfahren für Titanaluminide
- ↑ Dechema-Projekt zum Halogeneffekt an Titanaluminiden
- ↑ Gamma-Titanaluminid-Pleuel
- ↑ Metallphysik, GKSS-Forschungszentrum
Weblinks
Wikimedia Foundation.