Potential des Halogeneffektes für neuartige Hochtemperaturleichtbaulegierungen mit Al-Gehalten weniger als 48 At.-%

Thermodynamische Berechnungen zum Halogeneffekt zeigten, dass für die Fluor, Chlor, Brom und Jod die Konzentrationsfenster für den positiven Halogeneffekt von mehreren Parametern abhängen. Mit abnehmendem Al-Gehalt in der Legierung verengt sich z.B. das „Halogeneffekt-Fenster“, während es sich mit zunehmender Temperatur tendenziell erweitert.

Der Einfluss der Implantationsparameter wurde dabei in Abhängigkeit von der Dosis, der Energie und den Legierungszusammensetzungen berechnet. Nach den Monte-Carlo Simulationen können für alle Legierungen die gleichen Implantationsparameter für Fluor bzw. Chlor verwendet werden. Die Berechnungen ergeben, dass die Dichte der Legierungen im Bereich 3,6 bis 5,2 g/cm³ keinen signifikanten Einfluss auf die Implantationsprofile der Halogene besitzt. Es wurde für alle Legierungen die gleiche optimale Energie und Dosis gefunden.

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Fluor-, Chlor- und Bromimplantation für Al-Gehalte höher als 40 At.-% einen positiven Effekt bewirkt. Bei Chlor besteht ein gut Oxidationsschutz nur bei isothermer Auslagerung. Für Gehalte niedriger als 40 At.-%, bei denen sich entsprechend den thermodynamischen Berechnungen das Halogeneffekt-Fenster verengt, konnte für Fluor und Chlor kein positiver Effekt gefunden werden. Bei niedrigen Al-Gehalten scheint sich für Brom ein initialer Halogeneffekt einzustellen.

Das Hauptergebnis dieses Projektes ist, dass die Fluorimplantation für Al-Gehalte bis hinab zu 40 At.-% einen sehr guten Langzeitoxidationsschutz bei isothermen und thermozyklischen Auslagerungen in Luft bietet. Bei Al-Gehalten von größer als 40 At.-% ist somit der Oxidationsschutz für die wichtigsten technischen Legierungen gegeben.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 04/05 bis 07/07 am Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA e.V. (Theodor-Heuss-Alle 25, 60486 Frankfurt am Main, Tel.: 069/7564-0) unter Leitung von Prof. Dr. M. Schütze (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. G. Kreysa) und an der Johann-Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, Institut für Kernphysik (Max-von-Laue-Straße 1, 60438 Frankfurt am Main, Tel.: 069/798-47003) unter Leitung von Prof. Dr. R. Dörner (gleichzeitig Leiter der Forschungsstelle).