Reibungs- und Verschleißerscheinungen beeinflussen die Lebensdauer technischer Komponenten in vielen Technologiebereichen maßgeblich. So sind vor allem jene Systeme besonders stark betroffen, bei denen metallische Oberflächen unter mechanischer Last in direktem Kontakt zueinander stehen und darüber hinaus während des Betriebs hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.
Bei derartigen »Tribokorrosionsprozessen« kommt es zu einem Zusammenspiel zwischen der mechanischen Belastung und den entstehenden Korrosionsprodukten, welche mit zunehmender Umgebungstemperatur zu deutlich veränderten Verschleißmechanismen führen. Hierbei können sich bei hohen Umgebungstemperaturen Oxidschichten auf den belasteten Oberflächen wie eine Glasur ausbilden (engl. glazed oxides), die den direkten Kontakt der beteiligten Reibpartner während des Prozesses weitestgehend verhindern und somit den Verschleißverlust stark reduzieren.
Auch in Flugzeugtriebwerken kommt es zwangsläufig zu derartigen Verschleißphänomenen. Besonders stark betroffen sind hierbei die Kontaktstellen zwischen den metallischen Turbinenschaufeln und -scheiben, die trotz optimierter Passung geringfügigen Spielraum aufweisen und demnach Reibung ausgesetzt sind. Neben den klassischen Nickel-Basis Superlegierungen werden heutzutage sogenannte Titanaluminide (TiAl) als Schaufelmaterial im Niederdruckbereich der Turbinen eingesetzt, die unter anderem aufgrund ihrer erheblich geringeren Dichte von ca. 3,94,2 g/cm³ zu einer hohen Effizienzsteigerung führen. Obwohl Titanaluminidlegierungen bereits seit 2011 in Flugzeugtriebwerken eingesetzt werden, ist deren Verschleißverhalten speziell bei hohen Temperaturen weitestgehend unerforscht.
Untersuchungen bei Raumtemperatur deuten hingegen bereits an, dass TiAl schlechte bis unzureichende Verschleißresistenz aufweist. Folglich setzt sich das von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) finanzierte Forschungsprojekt mit obigem Titel zum Ziel, das Hochtemperaturverschleißverhalten von TiAl grundlegend zu untersuchen und zu verbessern. Das Projekt wird dabei von Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe des DECHEMA-Forschungsinstitutes bearbeitet.
Die Verschleißuntersuchungen werden mittels Hochtemperaturtribometer bei Temperaturen von bis zu 800°C im Kontakt mit verschiedenen Reibpartnern durchgeführt. Übergeordnetes Ziel ist es dabei, eine verschleißresistente Beschichtung zu entwickeln, die zusätzlich auch die langfristige Oxidationsbeständigkeit des Werkstoffs gewährleistet.
Bildquelle(n): M.SC. Lukas Mengis, DECHEMA-Forschungsinstitut
zum InhaltsverzeichnisHier können Sie das DFI-Magazin 01/19 herunterladen:
