Rutheniumaluminid - Herstellung durch Laserauftragschweißen und der Einfluss von Eisen auf die Phasenbildung

Abstract

Die intermetallische B2-Phase RuAl (Rutheniumaluminid) weist eine herausragende Kombination von Eigenschaften auf, die sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für neuartige Werkstoffe für Einsatztemperaturen jenseits derer konventioneller Nickelbasis-Superlegierungen machen. Zu diesen Eigenschaften zählen unter anderem ein Schmelzpunkt von über 2300 K, Duktilität bei Raumtemperatur sowie hohe Resistenz gegenüber Oxidation und Korrosion. Die industrielle Anwendung von RuAl gestaltete sich in der Vergangenheit hauptsächlich aufgrund der problematischen Herstellung als schwierig. Daher befasst sich diese Arbeit mit neuen Herstellungsverfahren für diese intermetallische Phase. Es zeigt sich, dass es durch systematische Optimierung der Prozessparameter möglich ist, Rutheniumaluminid mittels in situ Laserauftragschweißen auf verschiedene Substratwerkstoffe, genauer Stahl und Nickel, aufzubringen. Gleiches gilt für das Vergleichsmaterial Eisenaluminid, welches mittels der dargestellten Methode sogar einphasig aufgeschweißt werden kann. Beide Beschichtungswerkstoffe haben das Potential, Bauteile vor Korrosion, Oxidation und Verschleiß zu schützen. Es zeigt sich außerdem, dass der ohnehin sehr vielseitige Laserauftragschweißprozess unter Umständen durch das Verwenden von mechanisch legiertem Pulver optimiert werden kann. Weiterhin wird erstmals komplett einphasiges B2-RuAl über die schmelzmetallurgische Route hergestellt. Die in der Literatur beschriebene Bildung einer für die Anwendung nachteiligen Zweitphase kann durch Hinzulegieren von Eisen umgangen werden. Dies wird durch einen stark ausgedehnten Bereich der B2-Phase im ternären Ru-Fe-Al-Phasendiagramm ermöglicht, dessen experimentelle Bestimmung für eine Temperatur von 1473 K in dieser Arbeit ebenfalls beschrieben wird.

The intermetallic B2-phase RuAl (ruthenium aluminide) possesses an outstanding combination of properties. It can therefore be regarded as a promissing candidate for novel materials which can operate at much higher temperatures than nickel-based superalloys. These properties include a very high melting point above 2300 K, ductility at room temperature, as well as high resistence against oxidation and corrosion. Its industrial application has been hindered so far by processing difficulties. Therefore, this work is concerned with novel processing routes for this intermetallic phase. It is shown that it is possible to apply ruthenium aluminide by in situ laser cladding on different substrate materials, namely steel and nickel, by systematically optimizing the process parameters. This is also true for iron aluminide which can even be applied as single-phase coatings. Both coating materials have the potential to protect construction parts from corrosion, oxidation and wear. It is shown that the versatile laser cladding process can in some cases be optimised by the use of mechanically alloyed powder. Furthermore, completely single-phase RuAl is produced via a melting route for the first time. The formation of a detrimental secondary phase which is reported in literature can be circumvented by the addition of iron. This is enabled by a broad single-phase B2 region in the ternary Ru-Fe-Al phase diagram which is evaluated for a temperature of 1473 K.