Kleine Strukturen – große Wirkung

Additiv-generativ gefertigte metallische Mikrostrukturen zur Verklammerung keramischer Wärmedämmschichten. © Fraunhofer IWS Dresden

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) eine effiziente Turbineneinlaufbeschichtung für Flugzeugtriebwerke entwickelt.

Mit Hilfe eines hochpräzisen Lasers werden winzige Strukturen aus Metall erzeugt, die für eine außergewöhnliche Haftfestigkeit sorgen. Die Einlaufschicht hält bei Start und Landung eines Flugzeugs extremen Temperaturwechseln von über 1.000 Grad Celsius stand.

Mit dem Ziel die Triebwerkseffizienz weiter zu verbessern, ging Rolls-Royce eine Forschungskooperation mit dem Fraunhofer IWS Dresden ein. Der Schwerpunkt der Kooperation lag in der Untersuchung der Grenzfläche zwischen der Nickelbasislegierung und der keramischen Einlaufschicht von thermisch belasteten Triebwerksteilen.

Wenn sich Bauteile unter Erhitzung ausdehnen, können aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungs-koeffizienten der verwendeten Materialien Spannungen entstehen, die ein Abplatzen der keramischen Schicht zur Folge haben können.

Zur Stärkung der Einlaufschicht wurden mit einem hochpräzisen Laser metallische Mikrostrukturen aufgetragen und somit Schicht und Oberfläche miteinander verklammert. Durch diese Maßnahme gelang es, die Lebensdauer der Einlaufschicht zu erhöhen und die Wartungsintervalle der Bauteile zu verlängern.

Herausforderung in Anbindung und technischer Umsetzung gemeistert

Zu Beginn der Kooperation hatten die Fraunhofer-Forscher für Werkstofftechnik und Additive Fertigung per Simulation von Wärmeleitung und -übergang Entwicklungspotenziale analysiert und Lösungsansätze aufgezeigt, um die Haftfestigkeit der Schichten zu erhöhen. Die Untersuchungen zeigten zusätzlich, dass gezielt eingebrachte Segmentierungsrisse in der keramischen Schicht helfen können, die Dehnungstoleranz der Schicht zu verbessern und somit die Neigung zum Abplatzen zu verringern.

Ein präziser Laser-Auftragsschweißprozess war notwendig, um eine definierte dreidimensionale Oberflächenmorphologie zu erzeugen. Die Optimierung der Prozessparameter ging einher mit der Entwicklung von Systemtechnik für die Pulverzufuhr und Prozesskontrolle. Neben der speziellen Oberflächenmorphologie musste die Spritztechnologie optimiert werden, um Segmentierungsrisse kontrolliert und reproduzierbar zu erzeugen.

Die gemeinschaftlich von Rolls-Royce Deutschland und dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik im Rahmen der LuFo-Vorhaben HolisTurb und LeanTurb entwickelten Technologien werden dazu beitragen, zukünftige Triebwerksgenerationen noch effizienter und umweltverträglicher zu machen.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens

Mitglied der Institutsleitung
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28 | 01277 Dresden | www.iws.fraunhofer.de
christoph.leyens@iws.fraunhofer.de | Telefon +49 351 83391-3242

Dr. Ralf Jäckel

Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28 | 01277 Dresden | www.iws.fraunhofer.de ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de | Telefon +49 351 83391-3444

https://www.iws.fraunhofer.de/de/presseundmedien/presseinformationen/2017/presse…
https://www.iws.fraunhofer.de/de/zentren/additive_fertigung.html
https://www.dresden.fraunhofer.de/de/events/early_morning_science.html

Media Contact

Dr. Ralf Jaeckel Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Neue Sensorkonzepte dank integrierter Lichtwellenleiter aus Glas

Auf hoher See und in der Hochleistungs-Elektronik. In Glas integrierte Lichtleiter haben das Potenzial, die Messqualität von Sensoren für Forschung und Industrie deutlich zu verbessern. Im Projekt „3DGlassGuard“ arbeitet ein…

Regenerative Kraftstoffe: Baukasten für die Verkehrswende

Vor etwa zehn Jahren wurde an der Hochschule Coburg der Diesel-Kraftstoff R33 entwickelt – der Name steht für einen Anteil von 33 Prozent erneuerbarer Komponenten. Dieses Potenzial wurde nun mit…

‚Starke‘ Filter – Neuartige Technologie für bessere Displays und optische Sensorik

Studie zeigt, wie ein quantenmechanisches Prinzip der starken Kopplung bislang unerreichte Möglichkeiten zur Konstruktion optischer Filter eröffnet: Sogenannte „Polaritonfilter“ eröffnen revolutionäre Wege in der Bildgebung. Publikation in „Nature Communications“. Einem…