H2 -Verbrennung im Triebwerk: Auswirkungen auf das Werkstoff- und Schutzschichtverhalten

Kurzfassung

Flugturbinen und auch Gasturbinen als unverzichtbarer Bestandteil der Energieversorgung für eine lastflexible und zuverlässige Stromversorgung emittieren Kohlendioxid und Stickoxide. Eine Minimie-rung dieser klimaschädlichen Abgase ist möglich, wenn in Turbinen Wasserstoff verbrannt wird, da dann hauptsächlich Wasserdampf entsteht. Wasserstoffbetriebene Triebwerke sind eine vielver-sprechende Zukunftstechnologie, die allerdings neue Herausforderungen an die Materialien stellt. Traditionelle Superlegierungen auf Ni-Basis werden zunehmend durch leichte Alternativen wie in-termetallische γ-TiAl-Legierungen und SiC-basierte Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) er-setzt, und alle diese Werkstoffe werden auch heute schon mit Schutzschichten versehen. Eine erhöh-te Konzentration von Wasserdampf durch die Wasserstoffverbrennung verändert das Hochtempera-turoxidationsverhalten dieser verwendeten Materialien und Schichten. Im Vortrag wird auf die möglichen Auswirkungen von zusätzlichem Wasserdampf auf wesentliche Materialien und Schutzschichten im Triebwerk eingegangen. Daher wurde das Oxidationsverhalten von beschichteten Ni-Legierungen, γ-TiAl-Legierungen mit MAX-Phasen-Beschichtungen (z.B. Ti2AlC, Cr2AlC) und von SiC/SiC CMCs mit einer mehrlagigen EBC-Schutzschicht unter Laborbedingungen in Luft und mit erhöhtem Wasserdampfgehalt getestet, um ihre Oxidationskinetik und Phasenbildung zu vergleichen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bewertung des Oxidationsverhaltens und der Unter-suchung von Mikrostruktur und Phasenentwicklung in den Werkstoffen und Schichten.