Untersuchungen zur Synthese und Mikrostruktur von Ti2AlN-Dünnschichten sowie deren Schutzwirkung auf ferritische Stähle

In der Arbeit wurde die Synthese von Ti2AlN MAX-Phasen-Schichten sowie ihre Performance bezüglich potenzieller Anwendungen als Barriereschichten untersucht. Zu Beginn lag der Fokus auf der Erarbeitung einer Synthese der Materialien mittels einem zweistufigen PVD-Abscheideverfahren und der mikrostrukturellen Charakterisierung. Hinsichtlich späterer Anwendungen wurden sowohl die Oxidationsbeständigkeit als auch die Barrierewirkung gegenüber Wasserstoffdiffusion untersucht.

MAX-Phasen weisen durch den nanolaminaren Aufbau des Gitters mit unterschiedlichen Bindungstypen eine einzigartige Kombination von metallischen und keramischen Eigenschaften auf. Die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie ihre Verformbarkeit bei gleichzeitig hoher Oxidationsbeständigkeit machen diese Materialien unter anderem zu vielversprechenden Schutzschichten für thermisch stark beanspruchte Bauteile, wie metallische Interkonnektoren in Festkörperoxid-Brennstoffzellen. In dieser Arbeit wurde mit Ti2AlN ein Materialsystem der MAX-Phasen von der Schichtsynthese bis hin zu anwendungsnahen Tests eingehend untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei der Abscheidung von Ti/AlN-Multilagen mit einem nachträglichen Tempern die Doppellagendicke von Ti und AlN einen entscheidenden Einfluss auf den Texturgrad der resultierenden Schicht hat. Weitere Untersuchungen zur Oxidationsbeständigkeit haben gezeigt, dass die Ausbildung von thermisch stabilem a-Al2O3 die Schicht vor weiterer Oxidation schützt. Außerdem konnte durch die gezielte Oxidation die Wasserstoffpermeation um drei Größenordnungen reduziert werden.