REM-Untersuchung des Oxidschichtwachstums auf der einkristallinen 
Nickelbasis-Superlegierung SRR 99 
Gisela Bauer, Werner Österle, Haroldo Cavalcanti-Pinto 
Bundesanstalt fiir Materialforschung und —priifung, Berlin 
Abstract 
Die Kinetik des Oxidschichtwachstums auf der einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung SRR 99 
wurde mittels rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen an Querschnittspriparaten nach 
Kurzzeitglithversuchen bei 980°C in einem Strahlungsofen ermittelt. Die Schichten bestanden im 
wesentlichen aus einer äußeren Chromoxid- und einer inneren Aluminiumoxidlage. Als Exponent 
des Zundergesetzes wurde nicht, wie erwartet, 0,5 sondern 0,25 gefunden. Ferner war die 
Zunderkonstante für eine {100}-Orientierung deutlich größer als für eine {110}-Orientierung. 
STURT Thin 
Einleitung 
Einkristalline Superlegierungen auf Nickelbasis werden als Turbinenschaufeln in Flugtriebwerken 
Ste of und stationären Gasturbinen fiir die Stromerzeugung eingesetzt. Sie sind sehr komplexen zyklischen 
| Spannungs-Dehnungs-Beanspruchungen bei hohen Temperaturen (bis zu 1000°C) ausgesetzt. 
„times higher Wichtig ist bei diesen Werkstoffen die Ausbildung einer stabilen Oxidschicht zum Schutz der 
Oberfläche vor lokaler Schädigung. Trotz Applikation von Korrosionsschutz- und 
Wärmedämmschichten ist die Fähigkeit zur „Selbstheilung“ von großer Wichtigkeit, und zwar in 
Hinblick auf Risswachstumsmechanismen bei hohen Temperaturen. Deshalb war es wichtig, die 
Oxidationskinetik bei kurzen Haltezeiten zu studieren. Oxidationsvorgänge wurden z.B. von Liu 
und Oshida (1) bei der Modellierung des Ermüdungsrissfortschritts bei hohen Temperaturen 
berücksichtigt. Allerdings handelte es sich hierbei um polykristallines Material bei dem die schnelle 
Oxidation entlang von Korngrenzen ausschlaggebend war. Bei der einkristallinen Superlegierung 
CMSX3 wurden Hinweise auf einen Übergang von einer linearen zu einer parabolischen 
Oxidationskinetik bei kurzen Haltezeiten bei 1200°C gefunden (2). Untersuchungen an mehreren 
EM BO einkristallinen Superlegierungen mit langen Haltezeiten zwischen 30 und 1000 h wurden von Göbel 
a et al. durchgeführt (3). Diese Autoren fanden bei 800°C eine parabolische Massenzunahme mit der 
Ab” Zeit, wobei allerdings der Exponent des Zeitgesetzes nicht explizit angegeben wurde. Ab 
a Temperaturen von 1000°C platzten die Oxidschichten der meisten Superlegierungen beim 
. Abkiihlen ab (3) so dass dann Masseverluste gemessen wurden. 
Material und Versuchsbedingungen 
Die Zusammensetzung der von Rolls Royce entwickelten Superlegierung SRR 99 ist Tabellel zu 
entnehmen. 
Werkstoff-SRR99 
Element |Cr |Co [Ti |Al [|W |™ ye Tre Te Is Tzr Twa |B Li 
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Masse-% |8.61 |5.10 |2.23 [5.49 [9.38 [2.72 [<0.1 [0.06 [0.018 |<0.1 [<0.01 a fa 
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