Beschichtungserfolg Heraeus-Verfahren macht Hochleistungslegierungen wesentlich robuster

Redakteur: Peter Königsreuther

Mit einem patentierten Beschichtungsverfahren zeigt Heraeus, wie man Legierungen für Brennöfen und Chemieanlagen eine bis zu achtfache Lebensdauer verleiht.

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Diese Art der Beschichtung von Heraeus kann die Standzeit von Hochtemperaturlegierungen auf das achtfache Niveau heben, heißt es. Die lebensverlängernden Materialpartikel werden dabei mithilfe eines Trägergases beschleunigt und auf das Substrat aufgebracht.
Diese Art der Beschichtung von Heraeus kann die Standzeit von Hochtemperaturlegierungen auf das achtfache Niveau heben, heißt es. Die lebensverlängernden Materialpartikel werden dabei mithilfe eines Trägergases beschleunigt und auf das Substrat aufgebracht.
(Bild: W. Hartmann / Heraeus)

Eine der größten Herausforderungen von Hochtemperaturlegierungen ist, dass Korrosionsattacken ihre Lebensdauer begrenzen, wie Heraeus klar macht. Ist es geschehen, verursacht das nicht nur Ausfallzeiten sondern auch das Problem, dass Partikel abblättern und die Produkte während der Produktion verunreinigen. Das muss nicht sein, denn mithilfe des patentierten Verfahrens Aerosol Deposition können die Legierungen mit einer Schutzschicht aus ⍺-Al2O3 versehen werden. Mögliche Anwendungen sind laut Heraeus zum Beispiel Öfen zur Kalzinierung und Trocknung, die unter Anderem in der Metallsubstratfertigung oder bei der Herstellung von Batteriematerialien eingesetzt werden. Denn in diesen Sektoren komme es auf hohe Reinheit an. Verunreinigungen zu vermeiden bedeutet folglich, den Ausschuss zu reduzieren, um gleichzeitig die Produktivität zu steigern, so Heraeus.

So entsteht das zu vermeidende Korrosionsproblem

Hochtemperaturlegierungen zeichnen sich durch hohe Kriechfestigkeit und mechanische Beständigkeit bei hohen Temperaturen aus. Deshalb werden sie dann eingesetzt, wenn Temperaturen zwischen 400 und 1400 °C herrschen, erklärt Heraeus.

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Wenn die Legierungen mindestens 0,5 Prozent Aluminium enthalten, sind sie schon begrenzt fähig, sich selbst zu schützen, indem sie eine Al2O3-Schicht auf der Legierungsoberfläche bilden. Bei Temperaturen unter 1000 °C bilden sich jedoch metastabile Phasen wie θ- und ɣ-Al2O3. Beim Hoch- und Herunterfahren der Temperatur kommt es folglich zu Phasenübergängen mit entsprechenden Volumenänderungen. Diese Phasenübergänge führen zu Hohlräumen, die Korrosionsangriffe begünstigen. Außerdem wird das für die Al2O3-Schichtbildung benötigte Aluminium schnell verbraucht, die Legierung verarmt zusehends und die Eigenschaften leiden, führt Heraeus weiter aus.

Dass Aerosol Deposition wirkt, belegt eine Studie

Für eine vom Entwickler des Verfahrens durchgeführte Studie wurde mit der Legierung 602 (NiCr25FeAlY), einer MCrAlY-Legierung mit einem Aluminiumgehalt zwischen 1,8 und 2,4 Prozent gearbeitet. Die hergestellten Proben wurden bei Raumtemperatur durch Aerosolabscheidung mit einer 5 Mikrometer messenden ⍺-Al2O3-Schicht ausgerüstet. Danach wurde eine 50-stündige Hitzebehandlung bei 1000 °C durchgeführt, welche die Temperatur im tatsächlichen Einsatz simuliert. Im Gegensatz zu einer unbehandelten Probe zeigte die beschichtete Probe im rastermikroskopischen Querschnitt keine mikrostrukturellen Veränderungen (siehe Bilder). Diese Ergebnisse lassen sich laut Heraeus auf alle Nickellegierungen mit einem Mindestgehalt von 0,5 Prozent Aluminium übertragen. Jetzt folgen zusätzliche Langzeittests unter Realbedingungen und Tests mit anderen Legierungen, um die Wirksamkeit der ⍺-Al2O3-Schicht weiter zu belegen, wie Heraeus abschließend erklärt.

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