Wärmedämmschicht auf Bauteilen stationärer Gasturbinen

als PDF öffnenAuf Bauteile von stationären Gasturinen, insbesondere auf Turbinenschaufeln, wirken extreme zyklische Temperaturwechselbeanspruchungen. Durch dauerndes Abkühlen und Aufheizen der Komponenten entstehen auf Grund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungs-koeffizienten der unterschiedlichen Materialien thermische Spannungen, welche zum Verlust und zum Versagen des Gefüges führen können.

Rotor mit Schaufeln einer stationären GasturbineBei einer Turbinenschaufel beispielsweise, welche aus einer Superlegierung auf Nickelbasis besteht, werden eine Haftvermittlerschicht (bond coat) aus einer McrAlY Legierung aufgebracht. Diese dient vorwiegend dem Schutz gegen Oxydation und der besseren Haftung der darauf gespritzten Wärmedämmschicht. Hierbei handelt es sich um eine Keramikschicht aus Zirconium-Oxid, welche mit Yttriumoxid teilstabilisiert wird. Wärmedämmschichten erhöhen die Lebensdauer von Bauteilen im Bereich von Heissgasen entscheidend.

Die Wärmedämmschicht (TBC = Thermal Barrier Coating) hat also die Aufgabe die Turbinenschaufel gegen den heissen Abgasstrom zu isolieren. Wie die Bezeichnung schon ausdrückt, hat die Wärmedämmschicht eine schlechte Wärmeleitung und somit kann der Einsatzbereich der hochtermperaturfesten Nickelbasislegierung über den theoretischen Schmelzpunkt hinaus gesteigert werden. Die Vorraussetzung dazu liegt auch in den Kühlkanälen, welche durch Luftkühlung die Wärme schneller wegbringen können, als sie durch die Wärmedämmschicht zum Material vordringen kann. Das Beschichtungsverfahren darf also die Kühlkanäle nicht verstopfen.

Turbinenschaufel beim BeschichtenTurbinenschaufeln montiert