Neue Legierungsstrategien für Mo-basierte Hochtemperaturwerkstoffe

Hinsichtlich der Schonung von Ressourcen und der Verringerung von Umweltbelastungen ist die Steigerung des Wirkungsgrades von Turbinen im Kraftwerks- und Triebwerksbereich ein an Bedeutung zunehmender Forschungsschwerpunkt. Insbesondere ternäre Mo-Si-B Legierungen, deren Gefüge möglichst aus einer kontinuierlichen Mo-Mischkristallmatrix mit homogen verteilten intermetallischen Phasen bestehen, bieten eine ausgewogene Kombination der Hoch- und Raumtemperatureigenschaften. Da die mechanischen Eigenschaften der Mo-basierten Legierungen signifikant durch das Herstellungsverfahren beeinflusst werden, wird an pulvermetallurgischen, schmelzmetallurgischen und additiven Fertigungsverfahren geforscht.
Die verhältnismäßig hohe Dichte (> 9 g/cm³) dieser Legierungsklasse stellt allerdings einen entscheidenden Nachteil bei der potentiellen Anwendung als Turbinenschaufel dar. Ziel soll es sein, die Dichte dieser ternären Legierungen mit Hilfe von geeigneten Legierungsstrategien auf Werte unter 8 g/cm³ zu reduzieren, um die Konkurrenzfähigkeit dieser Werkstoffe zu erhöhen. Die Herausforderung besteht insbesondere darin, dass die wichtigen mechanischen Eigenschaften, wie die Risszähigkeit bei vergleichsweise tiefen Temperaturen und die Kriechbeständigkeit bei Temperaturen oberhalb von 1000°C nicht wesentlich beeinträchtigt werden.

New alloying strategies for Mo-based high temperature materials

The demand for new high temperature alloys increases due to economic reasons and stricter climate protection and resource conservation requirements. For applications in the field of energy conversion, new Mo-Si-B materials are in the focus of current research. There is a specific interest in alloys with a continuous Mo matrix phase and silicide particles, which provide an acceptable fracture toughness and high creep resistance at the same time.
A drawback of potential applications of Mo-Si-B alloys, e.g. as rotating turbine blades, is the density of > 9 g/cm³. Therefore, this project aims into a density reduction of this alloy type, meeting values of < 8 g/cm³. This is challenging because significant losses in the fracture toughness and the creep resistance should be avoided.