Schrauben und andere Befestigungselemente aus Niob- und Tantallegierungen wie Cb752 und Ta10W für den Hermes Raumtransporter werden bei wiederholtem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre etwa 20 min einer Temperatur von 1300 Grad C ausgesetzt. Zum Schutz der Befestigungselemente vor der Hochtemperaturoxidation wurden Edelmetall-, SiC-TiN-Mehrfachschichten und Silicid-Beschichtungen getestet. Bei durch Sputtern aufgebrachten Edelmetallschichten bildeten sich in wenigen h Platinide und Iridide, die aufgrund von Volumenänderungen zum Rißbildung und Abplatzungen führte. Auch gesputterte Zwischenschichten aus HfC und HfN als Diffusionsbarrieren konnten die Bildung von intermetallischen Verbindungen sowie von Rissen und Abplatzungen nicht verhindern. SiC-TiN-Mehrfachschichten mit minimalen Unterschied zur Wärmedehnung des Substrates wurden chemisch aufgedampft. Einige Proben mit der keramischen Mehrfachschicht versagten bereits nach wenigen Zyklen bei Oxidationstemperaturen von 1000 und 1150 Grad C. Bei 1300 Grad C wurden bereits nach dem 2. Zyklus Risse und in ihnen Oxide des Substrates festgestellt. Die Si20Cr20Fe-Schichten wurden durch Ionenplattieren mit dem Elektronenstrahl erzeugt und bei unterschiedlichen Temperaturen im Vakuum geglüht. Die 3 h bei 1300 Grad C geglühten Proben zeigten die besten Ergebnisse. Durch das Glühen waren 5 Diffusionsschichten mit Niobsilicide an der Unterseite entstanden, deren einzelne Schichtdicken sich während der Oxidationsversuche veränderten. Durch die Oxidation entstand auf der Oberfläche eine passivierende Chromoxidschicht, die für die anfängliche Gewichtszunahme der Proben verantwortlich war. Die Silicidschicht eignete sich als Einzige für den Oxidationsschutz der Befestigungselemente. Da sie sehr spröde ist, muß bei dem Einbau der Elemente die Entstehung von mechanischen Spannungen in ihr verhindert werden. Zur Zeit wird ihre Zusammensetzung im Hinblick auf ihre Wärmdehnung und ihre Selbstausheilung optimiert.
Protection of Nb- and Ta-based alloys against high temperature oxidation
Schutzschichten für Niob- und Tantallegierungen gegen die Hochtemperaturoxidation
International Journal of Refractory Metals and Hard Materials ; 12 , 5 ; 283-293
1994
11 Seiten, 14 Bilder, 1 Tabelle, 7 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Nioblegierung , Tantal , Hartstoffüberzug , Hochtemperaturkorrosion , Ionenplattieren , Gasphasenabscheidung , Kathodenzerstäubung , Silicid , Titancarbid , Titannitridbeschichtung , Spannungsriss , Platin , Iridium , intermetallische Phase , Raumfahrzeug , Wiedereintritt , Chromdioxid , Oxidation , Hartstoff , Beschichtung (Überzug) , Ionenstrahlbeschichten , chemisches Aufdampfen , Spannungsrissbildung , Chromoxid , Mehrfachschicht