Ungleiche Schweißungen von Titan und Nickellegierungen mit Hochentropie-Füllmaterialien

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Die Verbindung von Nickel-basierten und Titan-basierten Legierungen ist für die Herstellung von Komponenten in vielen Industrien, wie der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie sowie im Bereich der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS), erforderlich. Dennoch bleibt die Herstellung einer qualitativ hochwertigen Verbindung zwischen Titan- und Nickel-basierten Legierungen problematisch, insbesondere aufgrund einer starken Neigung zur Bildung von intermetallischen Phasen. Eine vielversprechende Strategie ist die Verwendung eines Zusatzwerkstoffes (engl. „filler“), der die Bildung von intermetallischen Phasen unterdrücken oder begrenzen kann. Jedoch bleibt die Auswahl geeigneter Zusatzwerkstoffe und entsprechender Schweißbedingungen eine anspruchsvolle Aufgabe. In diesem gemeinsamen Projekt zielen wir darauf ab, qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen reinem Titan/Nickel und zwischen den beiden am häufigsten verwendeten Titan- und Nickellegierungen für Hochtemperaturanwendungen, nämlich Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo und Inconel 718, herzustellen. Dies soll durch den Einsatz speziell entwickelter Hochentropie-Legierungen (HEA) als Zusatzwerkstoffe und die Optimierung der Laserstrahlschweiß- (LBW) und/oder Diffusionsverbindungs- (DB) Bedingungen erreicht werden. HEAs sind mehrkomponentige Legierungen, die speziell entwickelt wurden, um die Bildung von intermetallischen Phasen zu unterdrücken. Diese Eigenschaft, zusammen mit ihrer mehrkomponentigen Natur, die die Variation verschiedener physikalischer und mechanischer Eigenschaften ermöglicht, macht sie zu äußerst attraktiven Materialien für diesen Anwendungsbereich. Basierend auf experimentellen Daten und CALPHAD Rechnungen werden vielversprechende HEAs ausgewählt, hergestellt und als Zusatzwerkstoffe in den Schweißprozessen getestet. Eine skalierungsübergreifende Mikrostrukturcharakterisierung sowie mechanische und Diffusionsanalysen über einen weiten Temperaturbereich werden durchgeführt, einschließlich zeitaufgelöster Phasenanalyse während des LBW mit einem Hochenergie-Röntgenstrahl. Schließlich wird besonderes Augenmerk auf die Optimierung der Schweißbedingungen (Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit, Vorwärmtemperatur usw.) gelegt. Darüber hinaus wird aufgrund der einzigartigen Möglichkeit, komplexe Teile zu verbinden, die DB-Verbindung zwischen Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo und Inconel 718-Legierungen unter Verwendung des entwickelten HEA-Zusatzwerkstoffs untersucht. Als Ergebnis dieses gemeinsamen Projekts werden neue Zusatzwerkstoffe sowie LBW- oder DB-Bedingungen entwickelt, um qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo und Inconel 718-Legierungen zu erhalten, welche frei von Poren oder Rissen sind. Die Ergebnisse der vorgeschlagenen Arbeit werden technologische Fortschritte in vielen Industrien fördern und eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von HEAs bieten, die als Zusatzwerkstoffe für das Schweißen von anderen Materialpaaren verwendet werden können.