Welche Hochtemperaturlegierungen werden in der Luft- und Raumfahrt häufig mit TBC kombiniert?
Legierungsauswahl für die TBC-Integration
In Luft- und Raumfahrtanwendungen werden TBCs typischerweise mit Nickelbasis- und fortschrittlichen Titanlegierungen kombiniert, die nahe an ihren thermischen Grenzen arbeiten. Nickel-Superlegierungen werden aufgrund ihrer hohen γ′-Verstärkungsphase und ausgezeichneten Kriechbeständigkeit am häufigsten verwendet. Legierungen wie Inconel 718, Inconel 738LC und Hochleistungsserien wie CMSX-4 und PWA 1484 sind ideale Substrate für TBC, da sie bei erhöhten Temperaturen ihre strukturelle Integrität bewahren und gleichzeitig erheblich von der thermischen Schutzschicht profitieren.
Diese Materialien werden häufig für Turbinenschaufeln, Leitschaufeln und Brennkammerauskleidungen gewählt, wo TBC höhere Betriebstemperaturen ermöglicht, die über den Schmelz- oder Kriechgrenzwert der Legierung hinausgehen.
Einkristall- und gerichtet erstarrte Legierungen
Für die anspruchsvollsten Stufen von Luftfahrtantrieben bieten Einkristall- und gerichtet erstarrte Legierungen überlegene Kriechbeständigkeit und Korngrenzenstabilität. Legierungen, die beim Einkristallguss verwendet werden – wie Rene N5, TMS-138 und RR3000 – werden häufig in Hochdruckturbinenstufen mit TBC kombiniert. TBC reduziert thermisch induzierte Spannungen und mildert Phaseninstabilität bei langfristiger Einwirkung von Verbrennungsgasen.
Gerichtet gegossene Legierungen, die beim gerichteten Guss von Superlegierungen verwendet werden, können ebenfalls von TBC profitieren, um Korngrenzen vor Rissbildung während thermischer Zyklen zu schützen.
Titanlegierungen in heißen Bereichen
Während Titanlegierungen typischerweise in kühleren Motorenzonen verwendet werden, kommen Hochleistungstypen wie Ti-6Al-4V und fortschrittliche Versionen wie Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) zunehmend in heißeren Zonen in Kombination mit TBC zum Einsatz. Beschichtungen helfen, Oxidation zu verhindern und die thermische Ermüdungsbeständigkeit zu verbessern, insbesondere in Verdichterstufen und Strukturgehäusen.
In Kombination mit präziser CNC-Bearbeitung von Superlegierungen erreichen Titanlegierungen Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Haltbarkeit.
Anwendungs-Priorisierung
Je nach Motorenabschnitt werden unterschiedliche Legierungen in Kombination mit TBC ausgewählt:
Hochdruckturbinenschaufeln → CMSX-/ Rene-/ PWA-Einkristalllegierungen
Brennkammerauskleidungen → Inconel 713C / 738LC
Verdichter- und Strukturteile → Ti-6Al-4V oder Ti5553 mit moderater TBC
Alle diese Komponenten sind auf TBC nicht nur für den Hitzeschutz, sondern auch für die Lebensdauerverlängerung und reduzierte Kriechverformung angewiesen.
