Titan-Eisen-Legierung

Titan-Eisen-Legierungen (auch Ferrotitan) bestehen aus verschiedenen Legierungen von intermetallischen Titan-Eisen-Verbindungen, in denen sich Eisen und Titan im Überschuss befinden. Zudem kommen je nach Zusammensetzung noch verschiedene Eisenkristallspezifikationen und intermetallische Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen vor. Im Allgemeinen ergibt sich ein Mischgefüge aus verschiedenen Kristallen.

Die reine Ferrotitan-Legierung hat einen eutektischen Punkt bei einem Mischverhältnis von etwa 80 % Eisen und 20 % Titan. An diesem Punkt haben die meisten Eisen-Titan-Legierungen auch einen festen Schmelzpunkt. Die Struktur dieser Titan-Eisen-Legierung zeichnet sich durch eine besonders hohe Zugfestigkeit von über 2 GPa aus. Sie kommt dadurch zustande, dass zwei verschiedene intermetallische Titan-Eisen-Verbindungen in einer fein verästelten eutektischen Mikrostruktur miteinander verzahnt sind. Eisen-Titan-Legierungen werden u. a. im Schiffbau, als Legierungsbasis für die Edelstahlherstellung und im U-Boot-Bau eingesetzt. Die eutektische Titan-Eisen-Legierung ist Untersuchungsgegenstand eines großen DFG-Verbundprojektes der RWTH Aachen, des Max-Planck-Instituts in Düsseldorf und des Leibniz-Instituts (Institut für komplexe Materialien) in Dresden.

Vor allem der Physiker Helmut Wenzl beschäftigte sich mit den verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten der Legierung. In den 1970er Jahren experimentierte das Unternehmen Daimler-Benz mit entsprechenden Wasserstoff-Speichern. Die Speicher arbeiten mit einem Druck von 30 bar und brauchen nur ein Drittel der Masse und des Volumens einer Gasdruckflasche mit 100-200 bar. Diese wurde bereits als Einstieg in die Wasserstoff-Technologie gesehen.^[1]

Ein Problem in der Herstellung ist die Kontrolle des Kristallwachstums unter verschiedenen Abkühlungsbedingungen. So kann infolge eines Temperaturgradienten ein lamellares Kristallwachstum beobachtet werden, das entsprechend stark anisotrope Materialeigenschaften hervorruft. Ziel ist ein allgemeines dendritisch feinst verzahntes Kristallgefüge hoher Festigkeit.

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1 Literatur

Auf dem Weg zu neuen Energiesystemen, Teil III: Wasserstoff und andere nichtfossile Energieträger, Herausgegeben vom Bundesministerium für Forschung und Technologie, Bonn 1975