Korrosion in Titan-Aluminium Basislegierungen

Aufbauend auf einer systematischen Untersuchung der Dreistoffsysteme Ti-AI-M, die die Löslichkeitsgrenzen, die Bildung ternärer Verbindungen, die Strukturchemie dieser Verbindungen und deren Phasenbeziehungen insbesondere im Bereich der Duplexlegierung alpha2 Ti 3 AI+gammaTiAI umfasst, wird im vorliegenden Projekt vorgeschlagen, das Korrosionsverhalten dieser ternären Verbindungen im Hinblick auf ihre chemische Wechselwirkung mit Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff im Bereich zwischen Rt und 1000C und bis zu 1 atm N(O) bzw bis zu 50 atm H zu untersuchen. Diese Forschungsarbeit soll die Systeme Ti-AI-M behandeln, wobei M ein Übergangsmetall der 5. bis 8. Gruppe im Periodensystem darstellt. Diese Untersuchungen sollen grundlegende Erkenntnisse über die Wechselwirkung technischer Legierungen mit den interstitiellen Elementen H,N,O insbesondere im Bereich der Phasenzusammensetzung alpha2 Ti 3 AI+gammaTiAI+psi liefern, wobei psi eine ternäre Phase im Gleichgewicht mit der Duplex Legierung ist. Mittels Ab-initio Methoden werden atomistische und thermodynamische Parameter berechnet speziell die bevorzugte Besetzung von Gitterplätzen durch M-atome in yTiAI und alpha2 Ti 3 AI auch in Abhängigkeit interstitieller Atome (X=H,N,O). Weiters sind Berechnungen geplant bezüglich der Energie, atomarer Geometrie und elektronischer Struktur der Grenzfläche yTiAI /alpha 2 Ti 3 AI in Abhängigkeit der Legierungskomponente M und der Einfluss durch interstitielle Elemente X. Für die vereinfachten Methoden wie EAM werden geeignete Parameter abgeleitet um damit komplexere Sysrteme und ihre physikalischen Parameter berechnen zu können.

Die aus dem Projekt gewonnenen Ergebnisse konnen in vier Kategorien zusammengefasst werden: (ii) Bestimmung der Phasengleichgewichte in den ternären Systemen Ti-Nb-Al; Ti-Re-Al, Ti-Ru-Al sowie Teil- Gleichgewichte in den Systemen Ti-Co-Al, Ti-Ir-Al, Ti-Ni-Al, Ti-Pt-Al für die Phasenregion die an die Duplex Legierung a 2 Ti 3 Al+TiAl) anschliesst, (iii) Details der atomaren Bestzung in den Kristallstrukturen der Phasen die mit der Duplex Legierung a 2 Ti 3 Al+TiAl im Gleichgewicht stehen (G-Phasen, Laves Phasen, Cu3 Au-Typ Phasen), (iv) Details zum Korrosionsverhalten (Korrosion an Luft für Ru-legiertes TiAl, Wasserstoffaufnahme in G- Phasen und Stickstoffkorrosion in Ti-Mn Legierungen) (v) Erstellung von ab-initio Rechnungen für Laves phases und Legierungen auf Ti-Basis sowie Berechnung der Wechselwirkungen an den Grenzflächen a 2 Ti 3 Al+TiAl (Bestimmung der Bildungswärme für die Laves Phasen (Ti, Zr, Hf)Mn 2 sowie für eine Reihe weiterer Laves phasen. Berechnung der Grundzustände Ti-Aluminiden sowie für die Grenzfläche interface TiAl-Ti 3 Al. Die erarbeiteten Resultate, insbesondere die Phasengleichgewichte sowie die Phasenbereiche mit ihren Löslichkeiten, bilden eine gute metallurgische Grundlage im Design von hochtemperaturfesten Strukturwerkstoffen auf TiAl Basis. Weiters sind für die thermodynamische Berechnung der Phasengleichgewichte und in der Folge der Erstarrungswege in den untersuchten Systemen eine detaillierte Bestimmung der atomaren Platzbesetzung in den ternären Verbindungen und Löslichkeitsbereichen von besonderer Bedeutung, um entsprechende thermodynamische Modelle zur Beschreibung der Phasen erstellen zu können (Untergitter-Modelle). Details zum Korrosionsverhalten werden für die Auswahl geeigneter Legierungskomponenten für an Luft korrosionsfeste Hochtemperatur- Materialienwill help to select proper alloy combinations for high air corrosion resistance. Die Untersuchungen zum Wasserstoffeinbau in die so-genannten G-Phasen (Kein Einbau von H 2 unter Drucken bis zu 5 MPa) ermöglichen den Einsatz derartiger Phasen in Aushärteprozessen um die Festigkeit der Strukturwerkstoffe auf TiAl Basis zu erhöhen. Ab-initio Berechnungen für Laves Phasen auf Ti-Basis and Ti-Legierungen bestätigen im Vrgleich mit experimentellen Messungen die hohe Genauigkeit der Rechnungen, die umständliche und zeitraubende kalorimetrische Messungen in Zukunft ersetzen können. Nebenbei liefern die Rechnungen wertvolle Daten zur mechanischen Stabilität drer Legierung. Zum ersten Mal wurde eine theoretische Berechnung der elektronischen Wechselwirkung an der Grenzfläche a 2 Ti 3 Al+TiAl unternommen.