Entwicklung von Schutzschichtsystemen für Hochtemperaturanwendungen

Abstract

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie und im Zweig der Energieerzeugung werden Werkstoffe verwendet, die extremen mechanischen und thermischen Bedingungen ausgesetzt sind. Der Einsatz von Materialien bei Temperaturen oberhalb von 700 °C stellt dabei stets einen Kompromiss zwischen optimalen mechanischen Eigenschaften hochbelasteter Bauteile und dem Oxidationsverhalten der verwendeten Legierungen dar. So erfolgen ständig Weiterentwicklungen dieser Werkstoffe. Neben thermischen und mechanischen Eigenschaften spielt auch die Wirtschaftlichkeit eine große Rolle. Deshalb werden u.a. neue Materialsysteme wie Titan-Aluminid-Legierungen entwickelt. Da sie in etwa die Hälfte der Dichte von normalerweise verwendeten Nickel-Superlegierungen besitzen, sind TiAl-Legierungen aufgrund der potentiellen Gewichtsersparnis sehr attraktiv. Ihr Einsatz ist lediglich durch die Oxidationsbeständigkeit bis zu Temperaturen von 750°C begrenzt. Um mit TiAl in den Hochtemperatur-anwendungsbereich, z.B. als Turbinenschaufeln, von bis zu 1000°C vorzustoßen, werden Oxidationsschutzschichten erforscht und eingesetzt. Eine Neuentwicklung ist das zusätzliche Aufbringen einer keramischen Wärmedämmschicht, was bei einer gleichzeitigen Bauteilkühlung eine um 150°C erhöhte Einsatztemperatur ermöglicht. Im Vortrag wird das Anwendungspotential mittels Magnetronsputtern aufgebrachter intermetallischer und nitridischer Oxidationsschutzschichten vorgestellt und deren Verhalten auf TiAl bei Temperaturen von 900°C und 950°C diskutiert. Zusätzlich wird auf die Wechselwirkung zwischen Wärmedämmschicht, abgeschieden mittels Elektronstrahl-verdampfen, und Oxidationsschutzschicht eingegangen.