Flugzeug- und Kraftwerksturbinen funktionieren unter sehr schwierigen Bedingungen und sind extremen Belastungen ausgesetzt.
Ein Team von Wissenschaftlern hat eine keramische Beschichtung entwickelt, die bestimmte Mikrorisse beim Erhitzen verschließen kann. Die Idee ist einfach: Die Temperatur, die normalerweise für den Verschleiß verantwortlich ist, soll eine teilweise Reparatur des Materials auslösen.
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Die Beschichtung enthält unter anderem Kobalt- und Chromoxide. Bei hohen Temperaturen wandert ein Teil dieser Elemente langsam in die beschädigten Bereiche. Dort können sie kleine Risse auffüllen, bevor diese sich vergrößern.
Diese Reparatur erfolgt ohne Sensor oder äußeren Eingriff. Sie geschieht jedoch nicht sofort und setzt ein stark beschädigtes Bauteil nicht instand. Der Mechanismus wirkt vor allem bei kleinen Defekten, die während des Betriebs allmählich entstehen.
Die Forscher testeten mehrere Zusammensetzungen, die hohen Temperaturen und Reibung ausgesetzt wurden. Formulierungen mit Kobalt widerstanden Rissen und Verschleiß besser als solche, die ausschließlich auf Chromoxid basierten.
Die Versuche wurden unter anderem bei 600 °C und 800 °C durchgeführt – Temperaturen, die für einige heiße Industrieumgebungen typisch sind. Bei 800 °C konnte die Beschichtung ohne Kobalt Risse bekommen und lokal Material verlieren. Der Zusatz von Kobalt verbesserte ihre Beständigkeit deutlich.
Dieses Verhalten könnte für Turbinen interessant sein, da ein Riss in einer Schutzbeschichtung schließlich das darunterliegende Bauteil freilegen kann. Wenn sich solche Schäden langsamer ausbreiten, könnten bestimmte Bauteile länger im Einsatz bleiben, bevor eine Wartung erforderlich wird.
Bisher wurde die Technologie an Materialproben getestet, nicht an einer vollständigen, laufenden Turbine. In den nächsten Schritten muss überprüft werden, ob diese Fähigkeit zur Selbstreparatur auch nach vielen Zyklen aus Erwärmung, Abkühlung und Reibung wirksam bleibt.