Viele Flughäfen befinden sich in sandreichen Regionen. Bei starkem Wind sind Sandkörnchen in der Luft, die die Turbinen ansaugen und deren Schaufeln erodieren lassen. Ebenso wirkt Asche aus Vulkanen, die die Luftfahrt im Extremfall sogar lahmlegt.
Innerhalb eines aktuellen Vorhabens der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Federführung der AiF-Forschungsvereinigung DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. eine Oxidations- und Verschleißschutzschicht für Titanaluminiden-Legierungen sowie deren Hochtemperatureinsatz in oxidierenden Atmosphären. Bei Titanaluminiden (TiAl) handelt es sich um intermetallische Verbindungen aus Titan und Aluminium. Sie sind vor allem wegen ihrer exzellenten spezifischen Festigkeiten bei hohen Temperaturen von Bedeutung. Der Einsatz von Hochtemperatur-Leichtbauwerkstoffen ermöglicht bei Flugzeugturbinen ein effizienteres Triebwerkdesign und dadurch auch erhebliche Kraftstoffeinsparungen.
Turbinenschaufeln müssen darüber hinaus Temperaturen von 400 bis 700 Grad Celsius standhalten. Mit steigenden Temperaturen erhöhen sich die Verschleißraten erheblich. In dem IGF-Projekt wurden verschiedene Beschichtungen erprobt. Vor allem haben sich die sogenannten MAX-Phasen bewährt, die als ein- und mehrlagige Schutzschichtsysteme sowohl das Oxidations- als auch das Verschleißverhalten von TiAl verbessern können. Die beschichteten Proben besaßen eine herausragende Oxidationsresistenz bei bis zu 800 Grad Celsius sowie ausgewogene mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur. MAX-Phasen gelten als Material der Zukunft. Es ist leicht, temperaturbeständig und hart wie Keramik, dabei aber gut formbar wie erwärmte Metalle.
Dieser Ansatz einer MAX-Phasen-Beschichtung ist grundsätzlich auch für weitere Legierungssysteme im Hochtemperatureinsatz interessant und kann in dem breiten Bereich des Leichtbaus genutzt werden. Im Rahmen des aktuellen IGF-Vorhabens, das 2019 beim „Gordon Research Seminar on High Temperature Corrosion“ (USA) mit einem Posterpreis ausgezeichnet wurde, entstand eine Dissertation. Das vorwettbewerbliche IGF-Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln gefördert. (frd)
Forschungsvereinigung
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.
Forschungseinrichtung
Hochtemperaturverschleißschutzschichten für TiAl-Legierungen - IGF-Projektsteckbrief 19655 N
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