Nickelaluminid

Ein Nickelaluminid ist ein Werkstoff. Genauer gesagt sind Nickelaluminide intermetallische Phasen deren Hauptbestandteile die chemischen Elemente Nickel und Aluminium darstellen. Diese Phasen kommen mit drei wesentlichen chemischen Zusammensetzungen vor. Es handelt sich hierbei um NiAl, Ni₃Al und NiAl₃.

Nickealuminide kommen dabei als mikroskopisch kleine Bestandteile in Nickelbasislegierungen vor oder werden in letzter Zeit auch häufig als eigenständiger Konstruktionswerkstoff eingesetzt. Nickelbasislegierungen verdanken ihre positiven Eigenschaften vorwiegend der Phase Ni₃Al, welche für die Festigkeitssteigerung verantwortlich ist.

Da die Phase Ni₃Al als eigenständiger Konstruktionswerkstoff nur wenige Vorteile im Vergleich zu den hochentwickelten Nickelbasislegierungen aufweist, wird es in dieser Form vorwiegend für weiterführende Untersuchungen eingesetzt. Als Konstruktionswerkstoff findet hauptsächlich das Nickelaluminid NiAl Anwendung und wird zum Großteil als Hochtemperaturwerkstoff eingesetzt. Dabei werden beispielsweise diverse Bestandsteile von Turbinen, z. B. Turbinenschaufeln, aus Nickelaluminid gefertigt.

Ein wesentlicher Vorteil von NiAl im Vergleich zu Nickelbasislegierungen oder zu der intermetallischen Phase Ni₃Al ist der höhere Aluminiumanteil. Durch den erhöhten Aluminiumanteil in NiAl ist die Dichte im Vergleich zu Nickelbasislegierungen geringer, was mit einer Gewichtsreduktion und somit mit einer Erhöhung der Energieeffizienz der Anlagen verbunden ist. Neben der geringen Dichte weist NiAl auch eine hohe Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute Beständigkeit gegenüber Oxidation und Kriechen auf. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit einer geringen Dichte ist die Temperaturleitfähigkeit von NiAl ebenfalls hoch. In der folgenden Tabelle sind einige physikalische Größen von NiAl angegeben.

Die Wärmeleitfähigkeit von NiAl ist etwa drei bis acht Mal höher als von Nickelbasislegierungen, weshalb geringere temperaturbedingte mechanische Spannungen in NiAl Bauteilen auftreten. Somit weist NiAl auch eine gute Beständigkeit gegenüber thermischer Materialermüdung auf.

Ein wesentlicher Nachteil von NiAl ist die geringe Duktilität bis zu einer Temperatur von etwa 300 °C. Oberhalb dieser Temperatur verhalten sich NiAl Werkstoffe duktil. Durch geeignete Legierungsbildung und spezielle Herstellverfahren kann dieses Problem reduziert werden. Zusätzlich weisen Nickelaluminide eine geringere Zeitstandfestigkeit als Nickelbasislegierungen auf. Im Anwendungsfall muss somit häufig ein Kompromiss zwischen einer guten Hochtemperaturbeständigkeit und der geringeren Duktilität bei niedrigen Temperaturen gewählt werden.

Synonym(e):

Ni-Al-Legierung

Englische Übersetzung(en):

nickel aluminid