58. Metallographie-Tagung 2024 - Materialographie
Vortrag
18.09.2024 (CEST)
Grenzflächenanalyse diffusionsgeschweißter Werkstoffpaarungen Nickel/ Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4
BC

Prof. Dr.-Ing. Bettina Camin

Hochschule Bremerhaven

Camin, B. (V)¹; Kemper, M.¹; Nasonov, I.¹; Retzlaff, T.¹; Krämer, D.¹; Skrotzki, B.²; Wedell, W.²
¹Hochschule Bremerhaven; ²Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin
Vorschau
24 Min. Untertitel (CC)

Der Kirkendall-Effekt tritt bei aneinandergrenzenden Metallpaarungen auf, die höheren Temperaturen ausgesetzt sind. Es findet als Funktion von der Temperatur, der Zeit und der Konzentration die Diffusion von Atomen und Leerstellen über die Phasengrenze hinweg statt. Für die Untersuchung des Kirkendall-Effekts wurde mittels Diffusionsschweißens eine Werkstoffpaarung bestehend aus reinem Nickel (Ni) und der Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4 hergestellt. Das Gefüge des reinen Nickels ist polykristallin und von CMSX-4 einkristallin. Da der Kirkendall-Effekt neben den oben genannten Parametern zudem von der Kristallorientierung abhängig ist, wurden zwei verschiedene Kristallorientierungen, die [111]- und [001]-Richtungen, gewählt. Es wurden Werkstoffpaarungen von reinem Nickel mit drei CMSX-4-Varianten -mit einer γ/γ‘-Mikrostruktur- kombiniert: Ni/ CMSX-4 [111], Ni/ CMSX-4 [001] und Ni/ CMSX-4 [001]-HIPed. Die entstehenden Grenzschichten wurden mittels Stereo-, Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie EDX-Analysen untersucht. Bei allen Diffusionsschweißungen entstand eine feste Verbindung zwischen den Werkstoffpaarungen. Es bildete sich bei allen Proben auf der Rein-Nickelseite der Grenzfläche ein Porensaum aus, während sich auf der CMSX-4-Seite ein γ‘-freie Zone bildet. Sowohl die jeweilige Porosität als auch Porengröße des Porensaums der drei Werkstoffpaarungen ist verschieden. Dieses gilt ebenso für die durchschnittliche Schichtdicke der γ‘-freie Zone. EDX-Messungen (Linescans) von der CMSX-4-Seite über die γ‘-freie Zone bis in den Nickelwerkstoff zeigen, dass es eine Diffusion von Nickel über die Grenzfläche in die γ‘-freie Zone stattfindet. Entgegengesetzt diffundiert das Element Aluminium von der CMSX-4-Seite zur Nickelseite.

Abstract

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