Study of crystallography and erosion behavior of single and multilayer coatings used for applications in aero engines

Der Wunsch der Menschen nach steigender Mobilität erfordert den weltweiten Ausbau/die weltweite Expansion des Flugbetriebs. Dabei ist nicht immer auszuschließen, dass Flugzeuge und Helikopter auch staubbelastetete Gebiete durchqueren müssen. Staub-/Sandansammlungen, wie sie bei/nach Vulkanausbrüchen oder z.B. durch Sand-Transport aus der Sahara und aus industriellen Quellen in der Atmosphäre vorkommen, stellen eines der Hauptprobleme für den vorzeitigen Verschleiß von Triebwerkskomponenten dar. Der Durchsatz scharfkantiger kristalliner Staub- und Sandpartikel erodiert die Oberflächen der Turbinenschaufeln und verändert Symmetrie und Abstimmung und somit die Effizienz des Triebwerks.

Ziel dieser Doktorarbeit war die Entwicklung, Herstellung und experimentelle Untersuchung aufgedampfter Schichten (PVD = Physical Vapor Deposition) zur Anwendung hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer von Komponenten in Gasturbinen. In einer Vakuum-Aufdampfanlage (PVD-Anlage) wurden ein- und mehrlagige Schichten auf ein Target aufgebracht und dieses anschließend in einem Erosionsprüfstand mit unterschiedlichen Parametern getestet. Aus der Analyse von Phasenentwicklung und der mechanischen Eigenschaften für die hergestellten Beschichtungen wurde versucht, eine Prognose über das Verschleißverhalten der Beschichtung zu erstellen. Die erodierten Schichten wurden im Raster-Elektronenmikroskop (REM) untersucht und unterschiedliche Verschleißmechanismen während des Erosionsprozesses besprochen. Die Ergebnisse werden ferner anhand theoretischer Modelle und der Nano-Indentierungs-Methode diskutiert.