Die mangelnde Oxidationsbeständigkeit von Titanlegierungen bei hohen Temperaturen schränkt ihre Anwendung stark ein. Dieses Papier nutzt die Interdiffusion und die gegenseitige Reaktion der Grenzfläche während des 800°C zyklischen Oxidationsprozesses, um eine spezielle doppellagige Nitridbeschichtung zu entwickeln, die 200 Stunden an der Luft bei 800°C halten kann und keine signifikanten Veränderungen auftreten nach 40 Zyklen auftreten. Rissbildung oder Delamination bilden keinen offensichtlichen Oxidfilm. Das Beschichtungssystem hat das Potenzial für eine großindustrielle Produktion.

Aufgrund der geringen Dichte, der hohen spezifischen Festigkeit und der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit von Titan und Titanlegierungen werden sie häufig in Gasturbinen von Flugtriebwerken (wie Fanschaufeln, Kompressoren usw.), der Automobilindustrie und medizinischen Implantaten verwendet. Es ist allgemein bekannt, dass eine Erhöhung der Einlasstemperatur einer Gasturbine die Triebwerkseffizienz erhöhen kann, wodurch die Effizienz fossiler Brennstoffe verbessert wird. Titanlegierungen weisen jedoch bei hohen Temperaturen eine unzureichende Oxidationsbeständigkeit auf, was ihre Anwendungsmöglichkeiten stark einschränkt. In vielen Anwendungen, insbesondere bei der Konstruktion von Flugzeugtriebwerken, hofft man, Titan oder seine Legierungen bei höheren Temperaturen verwenden zu können, aber die Gefahr von Oxidation oder Feuer bleibt eine langjährige Herausforderung.

In einer aktuellen gemeinsamen Studie der University of Manchester und der Manchester Metropolitan University im Vereinigten Königreich wurde eine spezielle doppellagige Nitridbeschichtung entwickelt, indem die Interdiffusion und die gegenseitige Reaktion der Grenzfläche während des zyklischen Oxidationsprozesses bei 800°C genutzt wurden, um die Beschichtung anzupassen und Die thermische Fehlanpassungsspannung zwischen den Substraten bietet einen neuen Designansatz für Legierungsbeschichtungen mit hervorragender Leistung.

In dieser Arbeit verwendeten die Forscher die Magnetron-Sputter-Technologie, um eine Mo-Übergangsschicht (300 nm) auf der Oberfläche von Ti- und Ti6Al4V-Legierungen herzustellen. Durch die Interdiffusion und gegenseitige Reaktion der Grenzfläche während der zyklischen Oxidation bei 800°C wird ein geschichtetes Nitridschichtsystem aus SiAlN-Deckschicht, TiN0.26 und Ti5Si3-Mischphasenzwischenschicht und Ti-Mo-Mischkristall gebildet, das macht es mehr Starke Diffusionsbindung und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit. Durch Forschungen wurde festgestellt, dass die neue TiN0.26-Zwischenschicht eine adaptive Integration durch mechanische Zwillingsbildung aufweist, wodurch die thermische Fehlanpassungsspannung zwischen der Beschichtung und dem Substrat angepasst wird. Die Beschichtung wird nicht reißen, abblättern und oxidieren, nachdem sie Hunderte von Stunden (>800 Mal) in der Luft bei 40°C zirkuliert und oxidiert wurde.

Im Allgemeinen weist die doppellagige Titannitrid-Beschichtung dieser Studie aufgrund der gegenseitigen Diffusion und gegenseitigen Reaktion eine verbesserte Haftung des geschichteten Nitrid-Beschichtungssystems nach thermischer Einwirkung auf und kann an ein breites Anwendungsspektrum angepasst werden. Thermozyklus (bis zu 200 Stunden an der Luft bei 800 °C, 40 Zyklen), es treten keine offensichtlichen Risse oder Abplatzungen auf und es wird kein offensichtlicher Oxidfilm gebildet. Diese Mo-Zwischenschicht enthaltende SiAlN-Beschichtung kann auch in anderen Titanlegierungen verwendet werden, sogar in intermetallischen γ-TiAl-Verbindungslegierungen. Darüber hinaus hat das Beschichtungssystem aufgrund der Skalierbarkeit und relativ geringen Kosten der Magnetron-Sputter-Technologie das Potenzial für eine großindustrielle Produktion sowie potenzielle Anwendungsperspektiven bei Beschichtungen im Bereich medizinischer Implantate.

Link zu diesem Artikel: Neue Art von Legierungsbeschichtung, reißt oder oxidiert nicht bei 800 ℃ in Luft für 200 Stunden

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