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.<ref name="Maj">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]</ref> 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.<ref name="Maj" />

Eigenschaften

Datei:MAUD-MTEX-TiAl-hasylab-2003-Liss.png

Textur Polfiguren von gamma-TiAl in einem gewalzten Blech einer alpha2-gamma Zweiphasenlegierung.<ref name=Liss>Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2</ref>

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<ref>Titanaluminid - MTU Aero Engines entwickelt neuen Werkstoff für Turbinenschaufeln. In: pressebox.de. MTU Aero Engines, 23. März 2015, abgerufen am 16. Dezember 2017. </ref>) 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.<ref>TU Chemnitz: Vorlage:Webarchiv/Wartung/Today.</ref> 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.<ref>Dechema-Projekt zum Halogeneffekt an Titanaluminiden in der Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe (Memento vom 2. Dezember 2021 im Internet Archive)</ref>
• Bereits 2008 wurde an Gamma-Titanaluminid für den ultraleichte Kurbeltriebe geforscht.<ref>Unknown, TIB-Technische Informationsbibliothek Universitätsbibliothek Hannover, Technische Informationsbibliothek (TIB), Peter Janscheck, Knut Bauer-Partenheimer: Gamma-Titanaluminid für den ultraleichten Kurbeltrieb - Prozessroutenentwicklung und Bauerteilerprobung, Teilvorhaben: Schmiederoutenentwicklung : Abschlußbericht ; Laufzeit: 01.01.2004 bis 31.12.2007. 2008, S. Online–Ressource (27 S., 7,14 MB), doi:10.2314/gbv:59787350x. </ref>

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

<references />