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
| | ;
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
es 1 CooL Al Lo! Lak
Tabell« ;
21
2073