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Neue Prüfmöglichkeit für Hochtemperaturwerkstoffe und Schutzschichten im Temperaturgradienten

09. Februar 2016

 Überblick Prüfstand
zum Bild Überblick Prüfstand

Am Institut für Werkstoff-Forschung wird seit Herbst 2015 eine neue Prüfeinrichtung betrieben, mit der das Verhalten von Hochtemperatur-Werkstoffen und insbesondere von Schutzschichten in einem realistischen Temperaturprofil untersucht wird. In den Proben können Temperaturgradienten und transiente Temperaturänderungen erzeugt werden,  die auch in realen gekühlten Bauteilen in Flugturbinen und stationäre Gasturbinen vorherrschen. Damit kann man wesentlich realitätsnäher testen als dies z.B. mit einem „furnace cycle test“ möglich ist, der auch beim DLR in automatisierten Prüfständen zur Schichtentwicklung und –Qualifikation betrieben wird. Möglich wurde der Betrieb des neuen Gradienten-Testrigs durch eine Zusammenarbeit mit der Firma Sensor Coating Systems Ltd (SCS) aus London, wo dieser Prüfstand gebaut und auch bereits erfolgreich betrieben wurde.  Eine ausführliche Beschreibung des Testrigs ist unter www.sensorcoatings.com zu finden.

Der Prüfstand (s. Abb. 1) verfügt über maximal 4 Plätze für die gleichzeitige Prüfung mehrerer Proben, homogene Gasflammenheizung  und Rückseitenkühlung, kontinuierliche Temperaturaufzeichnung von Front- und Probentemperatur mit Pyrometer und Thermoelement, frei programmierbare Zyklenverläufe und die Möglichkeit zur Anpassung von Probengeometrie und Applikation von Prüfstäuben wie CMAS oder Vulkanasche.

 Typisches Temperaturprofil einer Probe mit Wärmedämmschicht
zum Bild Typisches Temperaturprofil einer Probe mit Wärmedämmschicht

Der Prüfstand ist unter anderem geeignet für metallische Werkstoffe wie Ni-Basislegierungen, keramische monolithische oder Verbundwerkstoffe, Silizide oder auch Aluminide. Besonders wertvoll ist er für die Prüfung von Wärmedämmschichten und Environmental Barrier Coatings für Ceramic Matrix Composits (CMCs). Hier konnte die Expertise von SCS und des DLR gebündelt werden, um zusätzlich das Verhalten von Schichten unter Einwirkung von CMAS oder Vulkanasche zu prüfen. Während der Prüfung einer Probe im Temperaturgradienten sowie mit erfolgreicher Infiltration von CMAS konnte bereits in den ersten Versuchen gezeigt werden, dass eine gezielte teilweise Infiltration der Wärmedämmschichten im Temperaturgradienten mit CMAS realisierbar ist, was dem tatsächlichen Schädigungsverhalten in Triebwerkskomponenten wesentlich näher kommt als unter isothermen Prüfbedingungen. Das DLR betreibt den Prüfstand für eigene Forschung sowie in Projekten mit anderen Partnern aus Forschung und Industrie.

 


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Hochtemperatur- und Funktionsschichten (1,14 MB)
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