MCrAlY-Legierungsziele in Beschichtungen für die Luft- und Raumfahrt

Einführung

MCrAlY-Legierungen werden seit Jahren in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, um die Leistung von Triebwerkskomponenten und Strukturen zu verbessern. Sie weisen eine hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf. Bei älteren Triebwerken und Turbinenschaufeln werden Beschichtungen aus diesen Legierungen verwendet. Ich werde Ihnen Schritt für Schritt erklären, was diese Legierungen sind, wie sie hergestellt werden, was ihre Haupteigenschaften sind und wo sie in Beschichtungen für die Luft- und Raumfahrt verwendet werden können.

Zusammensetzung und Klassifizierung von MCrAlY-Legierungen

MCrAlY-Legierungen bestehen aus einem unedlen Metall mit Zusatz von Chrom, Aluminium und Yttrium, wobei das "M" für Metalle wie Nickel oder Kobalt steht. Jedes dieser Metalle hat eine bestimmte Funktion. Chrom dient dem Schutz vor Korrosion. Aluminium bildet schützende Oxide, wenn es sich in einem heißen Zustand befindet. Yttrium erhöht die Stabilität der Oxidschicht. Je nach der Zusammensetzung dieser Elemente gibt es verschiedene Formen solcher Legierungen. Andere enthalten andere Elemente für bestimmte Anwendungen. Die Auswahl hängt von der Art der im System verwendeten Luft oder des Kraftstoffs, den Betriebsbedingungen und den zu erwartenden Belastungen ab.

Für Luft- und Raumfahrtanwendungen relevante Eigenschaften

Die wichtigsten Eigenschaften dieser Legierungen eignen sich gut für die extremen Umgebungen in der Luft- und Raumfahrt.

Sie sind in den meisten Fällen bei 1100 °C oxidationsbeständig. Ihre Mikrostruktur verleiht ihnen eine sehr gute Korrosions- und thermische Ermüdungsbeständigkeit. Mit MCrAlY-Werkstoffen beschichtete Turbinenschaufeln weisen beispielsweise eine höhere Stabilität im Flugzyklus auf. Solche Beschichtungen haben unter Laborbedingungen eine vernachlässigbare Verschlechterung durch schnelle thermische Zyklen des Aufheizens und Abkühlens gezeigt. Die Legierungen haben auch gute Hafteigenschaften, wenn sie auf Metalloberflächen aufgetragen werden. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Teile, die unter Motorbedingungen und wechselnden mechanischen Belastungen arbeiten.

Sputtering und thermisches Spritzen als Beschichtungsverfahren

Es gibt zwei allgemeine Verfahren zur Abscheidung der Legierungen als Beschichtungen: Sputtern und thermisches Spritzen.

Sputtern ist ein Vakuumverfahren, mit dem extrem dünne und flache Schichten auf Oberflächen erzeugt werden. Ich habe schon Sputtering-Beschichtungen auf empfindlichen Teilen gesehen, bei denen Präzision oberste Priorität hat. Das thermische Spritzen ist ein stärkeres Verfahren, bei dem geschmolzene oder halbgeschmolzene Partikel auf die Oberfläche gesprüht werden. Bei diesem Verfahren werden dickere Schichten erzeugt. Thermische Spritzschichten werden in den meisten Fällen auf Motorenteile aufgebracht, um diese robuster zu machen. Beide Verfahren erfordern eine präzise Steuerung der Parameter, um eine maximale Leistung der MCrAlY-Legierungsziele zu erreichen.

Anwendungen in Beschichtungssystemen für die Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt müssen die Beschichtungssysteme sowohl heißen als auch korrosiven Bedingungen standhalten.

MCrAlY-Beschichtungen werden in der Regel auf Turbinenschaufeln, Abgassystemen und anderen Hochtemperatur-Triebwerksteilen eingesetzt. Ein typisches Beispiel ist die Anwendung der Beschichtungen in Gasturbinen. In Labortests hat sich gezeigt, dass Bauteile mit diesen Beschichtungen weniger verschleißen und weniger gewartet werden müssen. Diese Zuverlässigkeit ist einer der Gründe, warum Triebwerkshersteller weiterhin in hochentwickelte Beschichtungssysteme auf der Grundlage von MCrAlY-Targets investieren.

Vorteile der Verwendung von MCrAlY-Legierungstargets

Die Vorteile der Verwendung von Targets aus MCrAlY-Legierungen liegen auf der Hand.

Die Beschichtungen verlängern die Lebensdauer kritischer Komponenten, indem sie Oxidation und Korrosion verringern. Sie können hohen Temperaturen bei minimaler Veränderung ihrer Struktur standhalten. Dies führt zu einer besseren Leistung und geringeren Ausfallzeiten in Luft- und Raumfahrtsystemen. Darüber hinaus belastet die Gleichmäßigkeit der durch Sputtern oder thermisches Spritzen hergestellten Beschichtungen die Komponenten weniger, was die Wartungskosten senkt. Aufgrund meiner langjährigen Erfahrung bin ich zu dem Schluss gekommen, dass die Anwendung dieser Ziele auf Beschichtungssysteme eine lohnende Investition in die langfristige Zuverlässigkeit ist.

Schlussfolgerung

Targets aus MCrAlY-Legierungen sind für die Beschichtungen der heutigen Luft- und Raumfahrt sehr wichtig.

Ihre ausgewogene Zusammensetzung und ihre Beständigkeit gegen raue Bedingungen eignen sich hervorragend für die Beschichtung von Triebwerkskomponenten. Die Abscheidungsmethoden bieten Flexibilität bei der Beschichtung und ermöglichen Leistungsverbesserungen. Der Luft- und Raumfahrtsektor wird durch die Verwendung dieser Legierungstargets mit einer längeren Lebensdauer der Teile und einer höheren Zuverlässigkeit belohnt. Da ich seit mehreren Jahrzehnten in diesem Bereich tätig bin, kann ich bestätigen, dass MCrAlY-Legierungen einen guten Ruf für hervorragende Leistung und Haltbarkeit in den widrigsten Umgebungen haben.

Häufig gestellte Fragen

F: Wofür werden Beschichtungen aus MCrAlY-Legierungen verwendet?

F: Sie werden auf Triebwerksteilen, Turbinenschaufeln und Abgaskomponenten verwendet, um hohen Temperaturen zu widerstehen.

F: Welchen Zweck erfüllt Yttrium in diesen Legierungen?

F: Yttrium stabilisiert die schützende Oxidschicht auf der Legierungsoberfläche, wenn diese hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

F: Wie werden MCrAlY-Schichten aufgebracht?

F: Sie werden durch Sputtern oder thermisches Spritzen aufgebracht, um eine homogene Beschichtung zu bilden.