Patentiertes Beschichtungsverfahren von Heraeus

Eine der größten Herausforderungen von Hochtemperaturlegierungen ist, dass ihre Lebensdauer durch Korrosion begrenzt ist. Neben Ausfallzeiten verursache Korrosion insbesondere, dass Partikel abblättern und Produkte während der Produktion verunreinigen. Verunreinigungen zu vermeiden, bedeute daher, Ausschuss zu reduzieren und die Produktivität zu steigern.

Entstehung von Korrosion

Hochtemperaturlegierungen zeichnen sich durch hohe Kriechfestigkeit und mechanische Beständigkeit bei hohen Temperaturen aus. Deshalb werden sie in vielen Anwendungen eingesetzt, in denen Temperaturen zwischen 400-1400 °C herrschen.

Ein patentiertes Beschichtungsverfahren von Heraeus kann die Lebensdauer von Hochtemperaturlegierungen für Brennöfen und Chemieanlagen verlängern: Mithilfe von Aerosol Deposition werden die Legierungen mit einer Schicht aus ⍺-Al₂O₃ geschützt. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel Öfen zur Kalzinierung und Trocknung, die unter Anderem in der Metallsubstratfertigung oder der Herstellung von Batteriematerialien eingesetzt werden.

Wenn die Legierungen mindestens 0,5 % Aluminium enthalten, sind sie 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 zu Phasenübergängen mit entsprechenden Volumenänderungen. Diese Phasenübergänge führen zu Hohlräumen, die Korrosion ermöglichen. Außerdem wird das für die Al₂O₃-Schichtbildung benötigte Aluminium schnell verbraucht, die Legierung verarmt, die Eigenschaften leiden.

Studie zu Schutzwirkung

Heraeus führte eine Studie durch, bei der mit der Legierung 602 (NiCr₂₅FeAlY), einer MCrAlY-Legierung mit einem Aluminium-Gehalt von 1,8 – 2,4 % gearbeitet wurde.

Proben wurden bei Raumtemperatur durch Aerosolabscheidung mit einer 5 µm dicken ⍺-Al₂O₃-Schicht beschichtet. Danach wurde eine 50-Stündige Hitzebehandlung bei 1000 °C durchgeführt, die die Temperatur im tatsächlichen Einsatzgebiet simuliert. Im Gegensatz zu einer unbehandelten Probe zeigte die beschichtete Probe im rastermikroskopischen Querschnitt keine mikrostrukturellen Veränderungen.

Diese Ergebnisse lassen sich laut Heraeus auf alle Nickellegierungen mit einem Mindestgehalt von 0,5 % Aluminium übertragen. „Selbstverständlich führen wir nun zusätzlich Langzeittests unter Realbedingungen und Tests mit anderen Legierungen durch, um die Wirksamkeit unserer ⍺-Al₂O₃-Schicht weiter zu belegen“, so Dr. Ilka Luck, Leiterin Heraeus High Performance Coatings.

Die Ergebnisse der Studie seien sehr vielversprechend: „Die Beschichtung verhindert jegliche mikrostrukturellen Veränderungen, Hohlräume und Ausscheidungen. Somit wird die Korrosion der Legierung stark vermindert. Legierungen können dadurch bis zu acht Mal länger eingesetzt werden.“

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