Hochtemperatur- und Funktionsschichten

Hochtemperatur- und Funktionsschichten



Funktionsschichten

In der Abteilung „Hochtemperatur- und Funktionsschichten“ werden Beschichtungen entwickelt, die das Einwirken schädigender Umgebungsmedien auf Werkstoffe, Bauteile und Strukturen verhindern. Dies umfasst sowohl metallische als auch keramische Schutzschichten für monolithisch metallische und keramische bzw. metallische Verbundwerkstoffe entwickelt.

Ein Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten sind Wärmedämmschichten zur Absenkung der Betriebstemperatur von Turbinenschaufeln in Gasturbinen. Bei modernen Flugtriebwerken führt dies zu einer Reduktion des spezifischen Treibstoffverbrauchs von 2 bis 3% sowie zu einem entsprechend verminderten Schadstoffausstoß.
Die beim DLR eingesetzte Herstellungsmethode Elektronenstrahlverdampfung (EB-PVD) erzeugt äußerst glatte und schadenstolerante Wärmedämmschichten. Sie sind für hochbelastete Flugturbinenschaufeln besonders geeignet, da die kolumnare Schichtstruktur für ausgezeichnete Toleranz gegen extrem schnelle Temperaturänderungen und thermomechanische Spannungen sorgt. In der Abteilung werden gemeinsam mit Anlagenbauern, Schicht- und Triebwerksherstellern, Anwendern und Kooperationspartnern aus der Forschung neuartige komplexe EB-PVD Schichtsysteme für höchstbelastete Turbinenschaufeln entwickelt. In der Abteilung werden dabei als Haftvermittlerschichten sowohl plasmagespritzte und EB-PVD NiCoCrAlY-Schichten, optimierte MCrAlY’s (z.B. refraktär- oder Seltene Erden-haltige) als auch diffusionsbasierte NiPtAl-Schichten untersucht.

Daneben dient die genaue Kenntnis der Versagensmechanismen der weiteren Verbesserung der Schichtsysteme sowie der Entwicklung von Lebensdauervorhersagemodellen. Zur Beurteilung des Schichtverhaltens werden neben analytische und mikrostrukturelle Charakterisierungsmethoden anwendungsnahe Schichtenprüfverfahren eingesetzt, welche von standardisierten Temperaturwechselversuchen über Oxidationsversuche bis hin zur komplexen thermomechanischen Prüfung reichen.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten ist die Entwicklung von Oxidationsschutzschichten für Nickellegierungen (zumeist als Haftvermittler für Wärmedämmschichten, siehe dort), Titanwerkstoffe, Keramiken und neue Silizidhaltige Hochtemperaturwerkstoffe. Der Hochtemperatureinsatz von Titanlegierungen und Titanaluminiden wird u.a. durch die geringe Beständigkeit in oxidierender Atmosphäre begrenzt. Daher ist ein wirkungsvoller Schutz vor Oxidations- und Korrosionsvorgängen notwendig, um den sicheren Betrieb der Bauteile unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten. Schwerpunkt der Arbeiten sind Magnetron-Sputterschichten für Einsatztemperaturen bis 900°C.

Im Bereich Funktionsschichten erfolgt die Entwicklung multifunktionaler Schichtsysteme für schadstoffreduzierende und Reformer-Katalysatoren und von integrierten Gas- und Kraftsensoren. Weiterhin erfolgen Entwicklungsarbeiten an nanostrukturierten schichtbasierten Elektroden für Sensor- und Energiespeichersysteme. Ziele sind eine erhöhte Energiedichte und effizientere Energieumwandlungssysteme.Die Herstellung dieser Werkstoffsysteme erfolgt der Zielanwendung angepasst mit Magnetron-Sputtern, Sol- Gel Verfahren, elektrochemischen Verfahren und Elektronenstrahlverdampfung.

 


Kontakt
Dr.-Ing. Uwe Schulz
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Hochtemperatur- und Funktionsschichten
Tel: +49 2203 601-2543

Fax: +49 2203 696480

E-Mail: Uwe.Schulz@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/wf/desktopdefault.aspx/tabid-1694/2318_read-4736/