22/11/2017
Door Ad Spijkers
Het Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden en Rolls-Royce Deutschland in Dahlewitz(bij Berlijn) hebben een efficiënte coating voor de inlaatzijde van een vliegtuigstraalmotor ontwikkeld.
Met als doel het rendement van de motor verder te verbeteren, ging Rolls-Royce een samenwerking op het gebied van onderzoek aan met Fraunhofer-IWS. Het zwaartepunt bij de samenwerking lag in het onderzoek van het grensvlak tussen de legering op nikkelbasis en de keramische inlaatlaag van thermisch belaste motordelen.
Hoge thermische belasting
De inlaatlaag moet bestand zijn tegen de extreme temperatuurwisselingen van meer dan 1000°C die optreden bij het starten en landen van een vliegtuig. Wanneer de onderdelen bij verhitting uitzetten, kunnen door verschillen in uitzettingscoëfficiënten van de gebruikte materialen spanningen ontstaan, die kunnen leiden tot afbladderen van de keramische laag.
Voor het versterken van de inlaatlaag worden met een nauwkeurige laser metallische microstructuren opgebracht en daarmee laag en oppervlak aan elkaar geklemd. Door deze maatregel lukte het de levensduur van de inlaatlaag te verhogen en de onderhoudsintervallen van de onderdelen te verlengen.
Simulatie en laser
Bij het begin van de samenwerking hadden de Fraunhofer-onderzoekers voor materiaaltechniek en additive manufacturing via simulatie van warmtegeleiding en warmte-overgang potentiëlen voor ontwikkeling geanalyseerd en benaderingen voor oplossingen opgesteld om de hechting van de lagen te verhogen.
De onderzoeken toonden bovendien aan, dat doelgericht ingebrachte segmenteringsscheuren in de keramische laag kunnen helpen de rektolerantie van de laag te verbeteren en daarmee de neiging tot afbladderen te verminderen. Er was een nauwkeurig opbrenglasproces met een laser voor nodig om een gedefinieerde dreidimensionale oppervlaktemorfologie te genereren.
De optimalisering van de procesparameters ging gepaard met de ontwikkeling van de systeemtechniek voor de poedertoevoer en de procesbeheersing. Behalve de speciale oppervlaktemorfologie moest de spuittechniek worden geoptimaliseerd om de segmenteringsscheuren gecontroleerd en reproduceerbaar te realiseren.
De samen door Rolls-Royce Deutschland en het Fraunhofer-IWS in het kader van de Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) projecten HolisTurb en LeanTurb ontwikkelde technologieën zullen er toe bijdragen toekomstige generaties vliegtuigmotoren nog efficiënter en milieuvriendelijker te maken.