Textur-, Dehnungs-/Spannungsentwicklung in Oxidschichten

Werkstoffe werden einer Hochtemperaturbeanspruchung in einer Vielzahl von technischen Prozessen und Umgebungen ausgesetzt, z.B. in Turbinen, Motoren, Katalysatoren und Kraftwerken. Die Lebensdauer der Bauteile hängt wesentlich von der Dichtheit der Oxidschicht ab. Sowohl die mechanische Integrität der Schicht als auch die Barrierewirkung der Schicht gegen Oxidationsprozesse hängen von der Schichtzusammensetzung sowie von der Schichtmorphologie, der Textur und dem Spannungs- / Dehnungszustand der Schicht ab.Die Bestimmung der Wachstumsdehnungen/-spannungen in der Schicht ist nur durch in-situ Messungen möglich, da bei einer Abkühlung zusätzliche Abkühleigenspannugen entstehen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es Modelle für Oxidationsprozesse, insbesondere für die Entwicklung der Mikrostruktur, der Textur und des Spannungs-/Dehnungszustandes der Schicht zu verifizieren bzw. neu zu erstellen. Systematische Untersuchungen werden mit Oxidschichten auf Einkristallen beginnen und später zu grob- und feinkristallinem Eisensustraten fortschreiten. Hierdurch ist eine Trennung der Einflüsse der inneren/äußeren Oxidation möglich. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur, der Textur und des Dehnungs- / Spannungszustandes der Oxidschichten werden im wesentlichen mikroskopsische Methoden und Diffraktionsmethoden eingesetzt. Neue Untersuchungsverfahren mit Synchrotronstrahlung ermöglichen in-situ Experimente, so dass die Entstehung der Oxidschichten und ihres Dehnungs-/Spannungszustandes direkt verfolgt werden kann. Durch das Abkühlen der Proben würde der Spannungszustand deutlich verändert werden, da beim Abkühlen thermische Dehnungen im Substrat und der Schicht auftreten, die zu Mikrorißbildung und Delamination der Schicht und dait zur Spannungsrelaxation führen können. Da die Schichtmikrostruktur, -morphologie, die Textur und der Dehnungs- /Spannungszustand wesentlich für die mechanische Integrität der Oxidschicht, ihre Barrierewirkung für Diffusionsprozesse und die Haftung auf dem Substrat sind, wird die Kenntnis der Oxidschichtentwicklung wesentlich zu einer Erhöhung der Lebensdauer von hochtemperatur-beanspruchten Bauteilen beitragen können.

Werkstoffe werden einer Hochtemperaturbeanspruchung in einer Vielzahl von technischen Prozessen und Umgebungen ausgesetzt, z.B. in Turbinen, Motoren, Katalysatoren und Kraftwerken. Die Lebensdauer der Bauteile hängt wesentlich von der Dichtheit der Oxidschicht ab. Sowohl die mechanische Integrität der Schicht als auch die Barrierewirkung der Schicht gegen Oxidationsprozesse hängen von der Schichtzusammensetzung sowie von der Schichtmorphologie, der Textur und dem Spannungs- / Dehnungszustand der Schicht ab.Die Bestimmung der Wachstumsdehnungen/-spannungen in der Schicht ist nur durch in-situ Messungen möglich, da bei einer Abkühlung zusätzliche Abkühleigenspannugen entstehen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es Modelle für Oxidationsprozesse, insbesondere für die Entwicklung der Mikrostruktur, der Textur und des Spannungs-/Dehnungszustandes der Schicht zu verifizieren bzw. neu zu erstellen. Systematische Untersuchungen werden mit Oxidschichten auf Einkristallen beginnen und später zu grob- und feinkristallinem Eisensustraten fortschreiten. Hierdurch ist eine Trennung der Einflüsse der inneren/äußeren Oxidation möglich. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur, der Textur und des Dehnungs- / Spannungszustandes der Oxidschichten werden im wesentlichen mikroskopsische Methoden und Diffraktionsmethoden eingesetzt. Neue Untersuchungsverfahren mit Synchrotronstrahlung ermöglichen in-situ Experimente, so dass die Entstehung der Oxidschichten und ihres Dehnungs-/Spannungszustandes direkt verfolgt werden kann. Durch das Abkühlen der Proben würde der Spannungszustand deutlich verändert werden, da beim Abkühlen thermische Dehnungen im Substrat und der Schicht auftreten, die zu Mikrorißbildung und Delamination der Schicht und dait zur Spannungsrelaxation führen können. Da die Schichtmikrostruktur, -morphologie, die Textur und der Dehnungs- /Spannungszustand wesentlich für die mechanische Integrität der Oxidschicht, ihre Barrierewirkung für Diffusionsprozesse und die Haftung auf dem Substrat sind, wird die Kenntnis der Oxidschichtentwicklung wesentlich zu einer Erhöhung der Lebensdauer von hochtemperatur-beanspruchten Bauteilen beitragen können.