Schutzschichten für leichte metallische Bauteile
Von der Gewichtsverringerung metallischer Bauteile bei gleichzeitiger Verbesserung physikalischer, chemischer und mechanischer Eigenschaften profitieren Branchen wie der Automobilbau und die Luftfahrt enorm. Solche Eigenschaften führen zu einem niedrigeren Energieverbrauch und einer längeren Nutzungsdauer der Bauteile, die Umweltauflagen sowie allgemeiner Abnutzung und Verschleiß ausgesetzt sind. Aluminium und Titan sind zwei Metalle mit geringer Dichte; dies bedeutet auf das Volumen gesehen ein niedriges Gewicht. Sie sind auch korrosions- und relativ hitzebeständig. Titanaluminid (TiAl) ist eine Legierung, die aus der Kombination der beiden Materialien besteht. Bei den drei wichtigen Bauteilen, in denen Titanaluminid verwendet wird, stand Gamma-TiAl am meisten im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit, insbesondere in der Luftfahrt. Jedoch wird die weitreichende Verwendung trotz seines umfassenden Potenzials und des geleisteten Fortschritts in der Verarbeitung und der Konstruktion teilweise von unzulänglicher Leistung unter strengen Umweltauflagen und bei Temperaturen über 800 Grad Celsius sowie von der Brüchigkeit oder der eingeschränkten Dehnbarkeit begrenzt. Europäische Forscher starteten das Projekt Innovatial, um Schutzschichten für Gamma-TiAl-Materialien zu entwickeln und der steigenden Nachfrage des Marktes gerecht zu werden. Es wurden vier verschiedene Arten von ultra leistungsfähigen im Nanomaßstab strukturierten Dünnschichten entwickelt: Nano-Multischichten, Nanoverbundstrukturen, intermetallische Schichten und Wärmedämmschichten (TBC, Thermal Barrier Coating). Über die Entwicklung neuer Schichten hinaus nutzte das Innovatial-Konsortium einen neuen Vorgang zur Anwendung der Schichten. Diese Methode für die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD, Physical Vapour Deposition) dünner Schichten wird High-Power-Impuls-Magnetron-Sputtern (HIPIMS) genannt. HIPIMS hat den Vorteil, dass Schichten mit höherer Dichte hergestellt werden, die belastbarer sind, was für eine erhöhte Attraktivität von Gamma-TiAl besonders wichtig ist. Innovatial-Schichten zeigten einen besseren langfristigen Schutz für Gamma-TiAl-Verbindungen. Die Vermarktung bietet das Potenzial, dass Gamma-TiAl die steigende Nachfrage aus der Luftfahrt, Automobilbranche und dem Energiebereich nach leichten, hoch leistungsfähigen Materialien leichter erfüllt, die hohen Temperaturen und einer längeren Einsatzzeit ausgesetzt sind.
