HOTWIN – Neue Hochtemperaturwerkstoffe für extreme Bedingungen

Gasturbinen zur Energiegewinnung und Flugzeugtriebwerke sind extremen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt, die spezielle Hochtemperaturwerkstoffe erfordern. Wie können diese entscheidenden Werkstoffe verbessert werden?

Eine Doktorandin bereitet Pulvermischungen der Hochtemperaturwerkstoffe vor

Eine Doktorandin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg bereitet die Pulvermischungen für die Herstellung neuer Hochtemperaturwerkstoffe vor. © S. Berger/OVGU

Das Ende November 2015 abgeschlossene deutsch-ukrainische Vorhaben HOTWIN hat für die Anwendung in den genannten und weiteren Bereichen neuartige Werkstoffe entwickelt. Üblicherweise kommen hier derzeit Nickelbasis-Superlegierungen mit maximalen Anwendungstemperaturen von etwa 1100°C zum Einsatz. Anwendungen bei noch höheren Temperaturen werden möglich über die Substitution durch höchstschmelzende metallische Werkstoffe, die sogenannten Refraktärmetalle.

Ziel: den Einsatz in höheren Temperaturbereichen ermöglichen

Das Vorhaben mit einer Laufzeit von zwei Jahren verfolgte den Ansatz, derartige Refraktärmetalle wie Molybdän, Wolfram und Chrom mit intermetallischen oder keramischen Verstärkungselementen in nur einem Prozessschritt direkt aus einer Mischung elementarer Pulver mithilfe des Zonenschmelzverfahrens herzustellen. Bei diesem Prozess werden die Größe und die Verteilung der Werkstoffbestandteile gezielt durch die Herstellungsparameter beeinflusst.

Die erfolgreich hergestellten neuartigen Werkstoffe werden einen Beitrag zur Wirkungsgradsteigerung und somit zum ökonomischeren Betrieb von technischen Aggregaten, z. B. von Gasturbinen zur Energiegewinnung und Flugzeugtriebwerken, leisten. Dadurch stehen zukünftig breitere Auswahlmöglichkeiten für diverse technische Hochtemperaturanwendungen zur Verfügung.

Ukrainisch-deutsche Zusammenarbeit

Die Entwicklung der neuen Hochtemperaturwerkstoffe erfolgte in einer deutsch-ukrainischen Kooperation. Die Zusammenarbeit zeichnete sich dabei durch das komplementäre Know-how der Projektpartner aus: Der ukrainische Partner stellte einen speziell für derart hochschmelzende Werkstoffe konstruierten Zonenschmelzofen zur Verfügung, der die Herstellung der beim deutschen Partner konzipierten Werkstoffzusammensetzungen ermöglichte. Der deutsche Partner brachte seine Expertise zur Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen bis zu 1400°C ein. Ein besonderer Mehrwert lag in der intensiven Einbeziehung von Nachwuchswissenschaftlern aus beiden Partnereinrichtungen.

Besondere Ergebnisse und Erfolge der Maßnahme

Die hierzu genutzte Methodik des tiegelfreien Zonenschmelzens eignet sich hervorragend für die Herstellung von Hochtemperaturwerkstoffen, weil eventuelle Reaktionen mit dem Schmelztiegel bei Schmelztemperaturen oberhalb von 2000°C ausgeschlossen und somit Verunreinigungen der entstehenden Werkstoffe vermieden werden. Die entstehenden hochreinen Werkstoffe sind äußerst stabil und weisen hervorragende Festigkeiten bei Temperaturen bis zu 1400°C auf.

Mit dem bilateralen Vorhaben wurden die wissenschaftlichen Grundlagen für die effiziente Herstellung von Hochtemperaturwerkstoffen mit verstärkenden Strukturen gelegt. Mithilfe der technischen Ergebnisse wird die bekannte Werkstoffpalette um neue leistungsfähige und hochtemperatur-feste Legierungen erweitert.

Weitere Informationen finden Sie auf der Projekt-Webseite.

Ansprechpartner/in:

Dr Erich Rathske
DLR Projektträger | Internationales Büro
Tel: +49 228 3821 1464
Erich.Rathske@dlr.de

Jun.-Prof. Dr.-Ing. Manja Krüger
Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik
Tel: +49 391 67 14516
manja.krueger@ovgu.de