Neue Motorbeschichtungen versprechen höhere Wirkungsgrade und längere Lebensdauer
Forscher an der TU Delft in den Niederlanden haben selbstheilende Wärmedämmschichten (thermal barrier coating, TBC) zur Verbesserung des Wirkungsgrads von Gasturbinenmotoren entwickelt. Die TBC wurden an Flugzeugmotoren getestet, können potenziell aber auch für Schiffs- und U-Bootmotoren und sogar für Stromgeneratoren verwendet werden. Die Forscher, die am Projekt für selbstheilende Wärmedämmschichten, dem SAMBA-Projekt, arbeiteten, wollten ein System entwickeln, mit dem neue Keramik-TBC auf die wichtigsten Motorenteile aufgebracht werden können. Damit könnten Betreiber diese Motoren über den Schmelzpunkt der Bauteile hinaus beanspruchen. Indem sie höhere Betriebstemperaturen zulassen, können die Keramikbeschichtungen den Unternehmen Treibstoffkosten ersparen und die Senkung der CO2-Emissionen unterstützen. Der Betrieb von Motoren ist von der Zuverlässigkeit der wesentlichen Komponenten abhängig, die mit einer TBC beschichtet werden. Ein Versagen der TBC kann zu einer schnelleren Abnutzung eines wichtigen Teils, wie z. B. einer Schaufel, und letztlich zum Betriebsausfall führen. Die Fähigkeit der Keramik-TBC, kleine Risse zu reparieren, kann so die Lebensdauer von Beschichtungen um 20 - 25 % verlängern und damit die Wartungskosten deutlich reduzieren. Sie führt auch zu einer Reduzierung des Ersatzteilbedarfs während der Lebensdauer einer Gasturbine. Im Verlauf des Projekts arbeiteten Industrie und Universitäten zusammen an der Entwicklung und Verbesserung der TBC. Die neue Keramikbeschichtung besteht aus einer Schicht Zirkonoxid mit kleinen Molybdän- und Siliziumpartikeln. Diese kleinen Partikel ermöglichen es, dass sich die Beschichtung selbst heilt. Bei einem Bruch oxidiert das Silizium und füllt den Riss mit Siliziumoxid. Dann reagiert das Siliziumoxid mit der Keramikbeschichtung und bildet eine stabile Füllung des Risses. Die derzeitige TBC-Generation verfügt nicht über solche Selbstheilungsfähigkeiten, was bedeutet, dass die neuen, im Rahmen des SAMBA-Projekts entwickelten, selbstheilenden TBC eine potenzielle Revolution in der Behandlung von Turbomotoren darstellen. Hinzu kommt noch, dass TBC potenziell in jedem Bereich Verwendung finden können, in dem Hitzebeständigkeit und Treibstoff-Effizienz verbessert werden sollen. Das Projekt wurde von der EU im 7. Rahmenprogramm mit 3,2 Mio. EUR gefördert.Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://www.SAMBAproject.eu