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Hohlkathodenverfahren

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik

Hohlkathoden Rundquelle in Betrieb

Beschichtung von Gasturbinenschaufeln

Turbinenschaufeln von Flugtriebwerken und stationären Gasturbinen sind Bauteile, die im Betrieb extremen mechanischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen ausgesetzt sind. In vielen Fällen sind die Grundwerkstoffe (überwiegend hochwarmfeste Stähle und Nickel-Basislegierungen) allein nicht in der Lage, diesen Beanspruchungen zu widerstehen. Daher werden sehr häufig Schutzschichten aufgebracht, vor allem metallische Korrosionsschutzschichten (MCrAlY, NiAl, PtAl) und keramische Wärmedämmschichten (ZrO2/ Y2O3). Aufgrund der erforderlichen Schichtdicken von einigen 10 µm bis einigen 100 µm erfolgt die Beschichtung meist mit thermischen Spritzverfahren oder mit Elektronenstrahlbedampfen.

Während die klassischen Sputterverfahren für derartige Schichtdicken zu langsam sind, ist es mit Gasflusssputtern durchaus möglich, Schichten dieses Dickenbereiches wirtschaftlich herzustellen. Die erreichbaren Beschichtungsraten liegen bei etwa 100 µm/h. Dadurch können die zusätzlichen Freiheitsgrade, die ein plasmagestützter Prozess bietet, genutzt werden.

Ein wichtiger Vorteil von Plasmaverfahren ist die Möglichkeit, durch simultanen Ionenbeschuss während der Beschichtung die Schichtstruktur definiert einstellen zu können. So können sowohl Schichten mit definierter Porosität hergestellt werden als auch sehr kompakte, dichte und harte Schichten.

Ein weiterer Vorteil von Sputterverfahren besteht darin, dass die Zusammensetzung der Schichten sehr genau eingestellt werden kann und sehr gut reproduzierbar ist, selbst wenn der Sättigungsdampfdruck einzelner Bestandteile stark variiert. Darüber hinaus lässt sich der Einbau von Luftsauerstoff zuverlässig verhindern.

Speziell das Gasflusssputtern zeichnet sich durch einen gerichteten Materialstrahl aus. Dies erlaubt eine gute Anpassung der Beschichtung an die Bauteilform und ermöglicht so auch eine hohe Materialausbeute.

Schließlich führt die üblicherweise vor Beschichtungsbeginn durchgeführte Plasmavorbehandlung der Oberfläche zu atomar sauberen und chemisch aktiven Oberflächen und damit zu einer sehr guten Schichtanbindung.

Bilder

Zuletzt aktualisiert am: 2013-09-22 21:57:42 CEST
Quelle: http://hohlkathoden.fraunhofer.de/de/anwendungen/beschichtung-gasturbinenschaufeln/
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