Titanaluminide

Bei Titanaluminiden (TiAl) handelt es sich um intermetallische Verbindungen aus Titan und Aluminium. Sie sind sowohl als Strukturwerkstoff wie auch als Beschichtungsstoff darstellbar.

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

Textur Polfiguren von gamma-TiAl in einem gewalzten Blech einer alpha2-gamma Zweiphasenlegierung.[2]

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]
Das Institut für spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund arbeitete 2012 am Einsatz von γ-Titanaluminid als Werkstoff für Pleuel und Ventile in Kfz-Motoren.[6]

Literatur

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

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, Nr. 3/4, 2003, S. 219–52. doi:10.1080/07303300310001634952.
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 (Memento vom 6. Januar 2013 im Webarchiv archive.today).
Dechema-Projekt zum Halogeneffekt an Titanaluminiden in der Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe
[https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Defekte_Weblinks&dwl=http://www.isf.de/forschung_neu/zerspanung/gamma_titanaluminid/index.html Seite nicht mehr abrufbar], Suche in Webarchiven: @1@2Vorlage:Toter Link/www.isf.de[http://timetravel.mementoweb.org/list/2010/http://www.isf.de/forschung_neu/zerspanung/gamma_titanaluminid/index.html Gamma-Titanaluminid-Pleuel]@1@2Vorlage:Toter Link/www.isf.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. The authors of the article are listed here. Additional terms may apply for the media files, click on images to show image meta data.

[Maj-1] 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-2] 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, Nr. 3/4, 2003, S. 219–52. doi:10.1080/07303300310001634952.

[3] Titanaluminid - MTU Aero Engines entwickelt neuen Werkstoff für Turbinenschaufeln. In: pressebox.de. MTU Aero Engines, 23. März 2015, abgerufen am 16. Dezember 2017.

[4] TU Chemnitz: Neues Herstellverfahren für Titanaluminide (Memento vom 6. Januar 2013 im Webarchiv archive.today).

[5] Dechema-Projekt zum Halogeneffekt an Titanaluminiden in der Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe

[6] [https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Defekte_Weblinks&dwl=http://www.isf.de/forschung_neu/zerspanung/gamma_titanaluminid/index.html Seite nicht mehr abrufbar], Suche in Webarchiven: @1@2Vorlage:Toter Link/www.isf.de[http://timetravel.mementoweb.org/list/2010/http://www.isf.de/forschung_neu/zerspanung/gamma_titanaluminid/index.html Gamma-Titanaluminid-Pleuel]@1@2Vorlage:Toter Link/www.isf.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.