Eine Haifischhaut für Hochtemperaturanwendungen - strömungsoptimierte Schutzschichten

点击翻译按钮获取中文摘要

Ziel des Antrags ist die Verknüpfung der Schutzfunktion von Oberflächen auf heißen Bauteilen in Gasströmungen mit der Optimierung der Strömungs- und ggf. Selbstreinigungseigenschaften durch gezielte Einstellung der Oberflächentopographie. Die Schutzschichtoberfläche soll so strukturiert werden, dass eine Verminderung der aerodynamischen Verluste bei gleichzeitiger Erhaltung ihrer sonstigen Funktionalität erzielt wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht die Übertragung der im ersten Antragsteil geschaffenen wissenschaftlichen Grundlagen zur Herstellung solcher strukturierten Oberflächen mit gleichzeitigem Oxidationsschutz auf anwendungsnahe Oberflächen. Die grundlegenden Untersuchungen zur Eignung verschiedener Strukturierungsmethoden (geometrische, chemische und Precursor-Strukturierung) für verschiedene Anwendungsfelder und Werkstoffe werden abgeschlossen und neue interessante Methoden wie galvanische Abscheidung, Doppelhalogenierung und Nutzung des Lasers werden bewertet. Ausgewählte Methoden werden dann zur Strukturierung der optimierten Oberflächensysteme eingesetzt. Weiterhin werden die Eignung der Strukturierungsmethoden für gekrümmte Bauteiloberflächen untersucht und die Regenerations- und Selbstheilungsfähigkeit der strukturierten Oberflächen bestimmt. Die Möglichkeit der Vermeidung einer Verschmutzung der Strukturen im späteren Betrieb (Selbstreinigungseffekt) wird experimentell validiert. Der Aspekt der Selbstreinigung stellt eine wichtige Erweiterung des zu untersuchenden Eigenschaftsprofils der Oberflächen dar, die erst durch die Forschungsergebnisse der ersten Phase des Projektes möglich erscheint. Neu zu entwickelnde röntgenographische orts- und tiefenaufgelöste in-situ Messmethoden tragen wesentlich zum Verständnis der Mechanismen der Bildung und Veränderungen der Oberflächenstrukturen bei. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Charakterisierung und Prüfung der Funktionalität und der Mikrostruktur der Oberflächen sowie ihr dauerhafter Erhalt beim Langzeiteinsatz in unterschiedlichen Atmosphären bei hohen Temperaturen und unter mechanischer und erosiver Beanspruchung. Abschließend wird an ausgesuchten Beispielen die aerodynamische Verminderung der Strömungsverluste experimentell bestimmt.