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Die Leit- und Laufschaufeln in der Turbine sind extremen Temperaturen ausgesetzt, denn das Gas, das aus der Brennkammer einströmt, kann über 1600 °C heiss sein. Darüber hinaus sind sie auch mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um sie vor Hitze und Umgebungseinflüssen zu schützen empfiehlt sich das thermische Spritzen als sehr kosteneffizientes Verfahren.

Schaufeln

Wir verstehen etwas von Schaufeln – und Ihren Herausforderungen

Der heisseste Bereich für Komponenten befindet sich im ersten Bereich der Turbine: Leitschaufeln sorgen hier dafür, dass der aus der Brennkammer austretende Luftstrom richtig geleitet wird. Rotierende (Lauf-)Schaufeln wandeln dann die kinetische Energie des ausströmenden heissen Gases um, sodass der Verdichter angetrieben wird, und die Bordelektronik, Versorgungeinrichtungen und die Komfortsysteme für die Passagiere mit Strom versorgt werden können.

Der Beschichtungsprozess für diese Schaufeln ist komplex und mehrstufig. Normalerweise wird mittels eines elektrochemischen Prozesses (PtAl) oder thermischem Spritzen (VPS-Plasmaspritzen unter kontrollierter Atmosphäre) eine Haftschicht aufgetragen. Danach folgen verschiedene Wärmebehandlungsschritten und das Aufbringen einer YSZ-Deckschicht mittels physikalischer Elektronenstrahl-Dampfabscheidung (EB-PVD).

Bei Bauteilen in späteren Stufen und solchen, die geringeren (Temperatur-)Belastungen ausgesetzt sind, kommen manchmal HVOF-Haftschichten in Kombination mit atmosphärisch plasmagespritzten (APS) Wärmedämm-Deckschichten zum Einsatz. Für einige Anwendungen werden die Standflächen der Leitschaufeln mit APS YSZ-Beschichtungen gespritzt, und die Schaufel selbst mittels EB-PVD beschichtet. Die Designanforderungen variieren je nach Turbine, Bauteil und Betriebsbedingungen.

Suspensionsplasmaspritzen (SPS) – eine kostengünstige Technologie

Das Suspensionsplasmaspritzen ist eine zukunftsweisende Technologie, die wir in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickelt haben, und deren Investitionskosten im Vergleich zu EB-PVD-Anlagen deutlich niedriger sind. Das Ziel ist, SPS-Schichten für bauteilspezifische Anwendungen zu entwickeln, deren Leistung jener von EB-PVD-Schichten entspricht – denn wir sind von den Mikrostruktureigenschaften der SPS-Schichten und den weitaus geringeren Investitionskosten für ein thermisches Spritzsystem im Vergleich zu EB-PVD-Systemen überzeugt. Oerlikon Metco bietet die gesamte Palette an SPS-Suspensionswerkstoffen, Brenner- und Förderertechnik an, um Kunden bei der Weiterentwicklung dieser Technologie zu unterstützen.

Wir forschen an den Lösungen von morgen: umhüllende Schutzschichten (EBC)

Wir bei Oerlikon Metco sind überzeugt, dass umhüllende Schutzschichten (Environmental Barrier Coatings, EBCs) irgendwann Wärmedämmschichten ersetzen werden. EBCs schützen die siliziumbasierten, leichteren Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) insbesondere vor Wasserdampf, der bei der Verbrennung des Kraftstoffs entsteht. Neben dem geringeren Gewicht haben CMCs den Vorteil, dass sie widerstandsfähiger sind gegenüber höheren Temperaturen als Superlegierungssubstrate.

Oerlikon Metco investiert seit Jahren in die EBC-Forschung und wird das auch in Zukunft tun. Wir wollen Werkstoffe und Prozesse optimieren, denn für EBCs sind sehr dichte (hermetische) Schichten nötig – das ist ein sehr anspruchsvoller Teil des Schichtdesigns. Je höher die Betriebstemperatur, umso komplexer wird die Gleichung, da es dann zusätzlich auch noch um die Beständigkeit gegen CMAS* geht.

Oerlikon Metco beteiligt sich bei mehreren Kunden an EBC-Entwicklungsprogrammen für Proof-of-Concept-Werkstoffzusammensetzungen und Optimierung der Mikrostrukturen von Schichten. Durch unsere Zusammenarbeit mit Forschungsorganisationen wie z.B. der NASA konnten wir neue Erkenntnisse gewinnen und Erfahrung mit diesen komplexen Material- und Anwendungsentwicklungen sammeln. Heute setzen unsere Kunden unsere EBC-Werkstoffe, z.B. Haft- und Deckschichten, bereits bei zukünftigen Triebwerksbeschichtungsdesigns ein.

Werkstoffe und Anwendungsentwicklung: Ihr Gesamtpaket für Beschichtungslösungen

Die Teams, die bei Oerlikon Metco Beschichtungen für spezifische Anwendungen entwickeln, arbeiten eng mit Erstausrüstern und Anwendern zusammen. So entwickeln sie nicht nur neue Beschichtungslösungen, sondern auch Schichten für zukünftige Triebwerksgenerationen. Unser Wissen und unsere Erfahrung umfassen nicht nur die verschiedenen thermischen Spritzverfahren und deren Nuancen, sondern wir wissen auch, wie Bewegungen für geometrisch komplexe Bauteile wie Schaufeln optimal programmiert werden müssen. So können wir unseren Kunden die komplette Prozesslösung anbieten, die ihnen den entscheidenden Wettbewerbsvorteil verschafft. Die einzigartige Kombination aus Werkstoffwissen und Erfahrung in der Beschichtungsanwendung ermöglicht es uns, rasch neue Schichtlösungen zu entwickeln - das wird von unseren Kunden sehr geschätzt.

*CMAS = Kalzium-Magnesium-Aluminium-Silikat; Sand, der von der Turbine eingesaugt wird, schmilzt und erstarrt auf der Wärmedämmschicht, was Schichtprobleme verursacht.

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