TU BRAUNSCHWEIG

Kobalt-Rhenium-Legierungen

Um die Einsatztemperatur von Gasturbinen deutlich zu steigern, sindneue Grundwerkstoffe notwendig, die an die Stelle der bisher verwendeten Nickelbasis-Legierungen treten können.

Ein vielversprechender innovativer Kandidat sind Kobalt-Rhenium-Legierungen. Kobalt-Legierungen sind als hochfeste Materialien in verschiedenen Anwendungen im Einsatz, beispielsweise auch für Implantate. Im Turbinenbereich können sie für Anwendungen bis
1000°C eingesetzt werden. Der Schmelzpunkt von Kobalt liegt allerdings nur geringfügig oberhalb dessen von Nickel, so dass herkömmliche Kobaltlegierungen Nickellegierungen nicht ersetzen können.

Der Schmelzpunkt von Kobalt kann aber durch Zulegieren des Elements Rhenium deutlich gesteigert werden.  Rhenium ist ein Metall mit einem sehr hohen Schmelzpunkt von 3186°C. Bereits heute wird es als Legierungsbestandteil in kleinen Mengen in Nickellegierungen eingesetzt, weil es die Festigkeit erhöht und die Stabilität der Nanowürfel bei hohen Temperaturen verbessert.  Rhenium wird nur in sehr kleinen Mengen hergestellt (die Weltproduktion liegt bei weniger als 100 Tonnen pro Jahr) und ist mit einem Preis von mehreren Tausend Euro pro Kilogramm sehr teuer. Trotzdem kann sich der Einsatz lohnen, wenn der Wirkungsgrad der Turbinen entsprechend gesteigert werden kann. Das Institut für Werkstoffe ist eines des führenden Institute, die sich mit der Entwicklung dieser neuen Legierungen beschäftigen.

Bereits 17% Rhenium erhöhen den Schmelzpunkt von Kobalt von 1495°C auf über 1700°C. Dementsprechend steigt auch die Festigkeit des Materials bei hohen Temperaturen. Eine einfache Legierung aus Kobalt und Rhenium ist allerdings spröde und stark oxidationsanfällig. Deshalb müssen weitere Elemente zulegiert werden. Chrom kann, wie auch in Stählen, eingesetzt werden um die Oxidationsbeständigkeit zu erhöhen, wobei Zugabe von Silizium die Beständigkeit weiter verbessert. Eine solche Legierung kann bereits bei Temperaturen 1100°C eingesetzt werden und erreicht damit das Niveau von Nickelbasislegierungen. Durch Hinzufügen weiterer Legierungselemente wie Aluminium kann die Temperaturbeständigkeit weiter gesteigert werden.


  last changed 11.03.2015
TU_Icon_E_Mail_1_17x17_RGB pagetop