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FP7

NECTAR Ergebnis in Kürze

Project ID: 303409
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Spanien

Neue Superlegierungen für hocheffiziente Düsentriebwerke

Superlegierungen, Materialien mit überragenden Eigenschaften, welche im Gegensatz zu anderen Materialien der von Düsentriebwerken produzierten Hitze standhalten können, machen das Fliegen möglich. EU-finanzierte Wissenschaftler untersuchten eine neue Generation nickelbasierter Superlegierungen, die eine höhere Betriebstemperatur von Triebwerken und somit eine höhere Effizienz ermöglichen sollen.
Neue Superlegierungen für hocheffiziente Düsentriebwerke
Die Temperaturen innerhalb von Flugzeugmotoren können zwar den Schmelzpunkt dieser Metalle überschreiten, diese verflüssigen sich jedoch aufgrund der ausgezeichneten Verhaltenseigenschaften mancher Materialien nicht. Superlegierungen, welche mechanische Stärke, Widerstand gegenüber thermischer Kriechverformung, eine gute Oberflächenstabilität und eine Resistenz gegenüber Korrosion oder Oxidation in sich vereinen, sind typischerweise als Legierungen definiert, die für höhere Temperaturen konzipiert sind.

So wie bei jedem anderen Material auch, sind die Eigenschaften von Superlegierungen stark von ihrer Mikrostruktur beeinflusst, welche wiederum durch die Zusammensetzung und Verarbeitung im Vorfeld bestimmt ist. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts NECTAR (New generation of NiAl-based eutectic composites with tuneable properties) sind eingehendere Untersuchungen zu Kompositwerkstoffen durchgeführt worden, die auf Nickelaluminid (NiAl)-Superlegierungen basieren, indem hochmoderne Konzepte aus dem Bereich der rechnerischen Thermodynamik sowie fortschrittliche Design- und Verarbeitungskonzepte miteinander kombiniert wurden.

Bei Erreichen des eutektischen Punkts befinden sich die verschiedenen Komponenten einer Mischung in unterschiedlichen Phasen – Flüssigphase, Alpha-Phase und Beta-Phase – die alle in einem Gleichgewicht sind. Im Fokus standen Zusammensetzungen einer Mischung, die vier Komponenten beinhaltet. Hierzu zählten bspw. Nickel, Aluminium, Chromium, Wolfram, Rhenium und Vanadium. Nachdem alle experimentellen Informationen über die quartären Phasendiagramme und die thermodynamischen Eigenschaften jeder Phase gesammelt worden waren, erstellten die Wissenschaftler thermodynamische Datenbanken für die drei Phasen der unterschiedlichen möglichen quaternären Systeme.

Nach der Auswahl zweier eutektischer Systeme wurden von dem Team strukturelle Karten entwickelt und die Zusammensetzung der Phasen festgelegt. Zur Modellierung des Verfestigungsprozesses der eutektischen Legierungen wurden Diffusions- und Phasenfeldmodelle entwickelt. Darüber hinaus modellierten Wissenschaftler die Mikrostruktur, die Wachstumsmorphologie, die Regularität und die Einheitlichkeit der eutektischen Systeme.

Schließlich beschrieb das Team die Temperaturabhängigkeit mechanischer Eigenschaften als Funktion des Volumenanteils der Verstärkungsphase, der Bruchfestigkeit und der Fehlermechanismen sowie die Kriecheigenschaften des eutektischen Systems. Es wurde festgestellt, dass Legierungen mit einem geringeren Faservolumenanteil eine höhere Stärke und Kriechresistenz besitzen, wohingegen sich Legierungen mit einem höheren Volumenanteil als duktiler erwiesen und eine bessere Bruchfestigkeit zeigten.

NECTAR zielte auf eine neue Generation von Kompositverbundwerkstoffen ab, die auf NiAl mit einstellbaren Eigenschaften basieren und die Temperaturen von mehr als 1150 °C, die Düsentriebwerke üblicherweise erreichen, standhalten, um eine bessere Leistung als moderne nickelbasierte Legierungen zu bieten.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Superlegierungen, Düsentriebwerke, NECTAR, eutektisch, Nickelaluminide, Thermodynamik
Datensatznummer: 190977 / Zuletzt geändert am: 2017-02-01
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