Elementary Mechanisms During the Early Stages of Scale Formation on Single Crystalline Co- and Ni-base Superalloys at High Temperatures

Hohe Beständigkeit gegenüber thermischer Oxidation ist unabdingbar für den erfolgreichen Einsatz von Strukturmaterialien bei hohen Temperaturen. Detailliertes Verständnis komplexer Prozesse während der des Oxidwachstums ist demzufolge unabdingbar für die Entwicklung neuer Hochtemperaturlegierungen. Die vorliegende Arbeit diente der Ergründung von Elementarmechanismen der Oxidschichtbildung auf γ′-gehärteten, einkristallinen Modelllegierungen. Thermogravimetrie als klassischer experimenteller Ansatz der Oxidationsforschung wurde mit hochauflösenden Analysemethoden ergänzt.

Anhand von ternären Modellsystemen wurde die Rolle der zweiphasigen Mikrostruktur während der Frühphase der Oxidation nachgewiesen. Untersuchung zur Entstehung mehrlagiger Oxidschichten und deren Aufbau bildet einen zentralen Teil der Arbeit. Abhängig vom W-Gehalt wurden kinetische Prozesse der Hochtemperaturoxidation für die ausgewählten Legierungen zwischen 800 und 900 °C im Detail untersucht. Darüber hinaus zeigen systematischen Untersuchungen der Oxidationseigenschaften einer weiteren Serie von Modelllegierungen die Abhängigkeit der Reaktionskinetik vom Basiselement (Co oder Ni). Die Entstehung diffusions-limitierender Oxidlagen sowie die Neigung zur Bildung von Fremdphasen konnte direkt mit dem Co/Ni-Verhältnis der Proben korreliert werden.

Außerdem wurde der Materialtransport durch Oxidschichten, mit dezidierten Oxidationsexperimenten, in sequenzieller ¹⁶/¹⁸O₂-Atmosphäre untersucht. Entgegengesetzter Transport von Kationen und Anionen durch die äußeren Oxidschicht entlang unterschiedlicher Pfade konnte belegt werden.