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Hohlkathodenverfahren

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik

Hohlkathoden Rundquelle in Betrieb

Erosionsschutzschichten

Unter Erosion wird in der Technik jener Typ von Materialverschleiß verstanden, bei dem ein Materialabtrag durch auftreffende Feststoff- oder Flüssigkeitspartikel erfolgt. In Flugtrieb-werken beispielsweise treten Erosionsschäden durch in der angesaugten Luft enthaltene Sand- oder Aschepartikel auf. Betroffen sind vor allem die Verdichterbauteile. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen kann die Lebensdauer der Verdichterschaufeln durch Erosion drastisch herabgesetzt werden, was zu erheblichen Zusatzkosten bei Wartung und Reparatur führt.

Ein Schutz vor Erosion ist durch Aufbringen von Schutzschichten aus mechanisch besonders widerstandsfähigen Materialien möglich. Die Erosionsmechanismen von Partikeln gegenüber metallisch-duktilen und keramisch-spröden Werkstoffen sind jedoch sehr unterschiedlich. Je nach Partikelgröße und -form, Einschlag-Energie, Auftreffwinkel, Temperatur und chemischer Umgebung haben die beiden Werkstoffklassen spezifische Vor- oder Nachteile. Keramische Schutzschichten können kleineren Partikeln gut standhalten, nach Beschädigungen und Riss-bildungen kommt es jedoch zum (vollständigen) Versagen. Metallisch-duktile Schichten können dagegen durch plastische Deformation viel Energie aufnehmen, durch ihre geringere Härte werden sie aber kontinuierlich abgetragen.

Als besonders wirksam haben sich Schichtsysteme erwiesen, die aus wechselnden Lagen von Metall und Keramik bestehen und so die Vorteile beider Materialklassen kombinieren. Im Idealfall stoppt die Rissausbreitung an den metallischen Zwischenlagen, die auch eine gewisse Verformungsenergie aufnehmen. Je nach Anforderungsprofil kann die Zahl der Lagen und die Gesamtdicke angepasst werden. Auch der Charakter des Schichtsystems kann durch asymmetrische Schichtfolgen eher keramisch oder metallisch eingestellt werden. Darüber hinaus lassen sich Härte und Verspannungszustand des Schichtsystems gezielt beeinflussen. Beanspruchungstests wurden mit SiO2-Partikeln bei Temperaturen bis 450 °C und unter verschiedenen Einschlag-Winkeln durchgeführt. Sie belegen die gute erosionshemmende Wirkung des untersuchten Schichtsystems.

Die Schichten wurden mittels Gasflusssputtern hergestellt, welches für die gegebene Anwendung spezifische Vorteile hinsichtlich der Beschichtungsrate und der Beschichtung komplex geformter Bauteile aufweist.

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