Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3818
Verlotski, Vadim
Metall-Glas-Wärmedämmschichten für Turbinenschaufeln
101 S., 2000
Die Oxidation an Bondcoats in Wärmedämmschichtsystemen während des Betriebes ist eines der zentralen Probleme des Einsatzes von Wärmedämmschichten (WDS) auf Gasturbinenschaufeln. Diese Oxidation ruft die Abplatzungen der oxidkeramischen WDS hervor und begrenzt damit die möglichen Einsätze der WDS im Turbinenbau. In dieser Arbeit wird ein neuer Werkstoff für WDS hergestellt und untersucht, dessen Hauptaufgabe es ist, neben der Wärmedämmfunktion einen verbesserten Oxidationsschutz zu leisten. Als neuer Werkstoff wird Metall-Glas eingesetzt; im Unterschied zu oxidkeramischen Schichten besitzt eine Metall-Glas-WDS keine Rißstruktur und kann deswegen gasdicht hergestellt werden. Eine hohe Thermoschockbeständigkeit des neues WDS-Systems wird mittels einer genauen Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat erreicht. Außerdem können die Metall-Glas-Schichten bei Temperaturen höher als 500-600°C die thermischen Spannungen durch plastische Verformung abbauen.
Die Metall-Glas-Verbundwerkstoffe besitzen die thermischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die weder für Metalle noch für Gläser typisch sind: sie bilden also eine neue Werkstoffart, die besonders für Schichten neue Perspektiven öffnet.
Im Vergleich zu WDS-Systemen aus YSZ sind die Metall-Glas-Systeme fast gar nicht erforscht. Diese Systeme können aus mehreren unterschiedlichen Legierungen und Gläsern bestehen und dabei ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Die Metall-Glas-WDS, die in dieser Arbeit untersucht wurden, wurden für den Einsatz in Gasturbinen entwickelt und müssen den harten Betriebsbedingungen entsprechen: Temperatur auf der WDS-Oberfläche ca. 1200°C, starker Thermoschock, Betriebsdauer mehr als 10000h. Es gibt natürlich andere Einsatzmöglichkeiten für diese neue Schichtart. In Frage kommen die Fälle, in denen es um Gaskorrosionsschutz und eine Wärmedämmung geht. Die Metall-Glas-WDS könnten z.B. für Dieselmotoren (Wärmedämmung der Kolben) sehr interessant sein.
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