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Hightech-Beschichtungen für Turbinen und Solarkraftwerke

Forschungszentrum Jülich eröffnet neues Zentrum für thermische Spritzverfahren

Jülich, 13. Dezember 2019 – Am Forschungszentrum Jülich wurde heute ein neues Zentrum für thermische Spritzverfahren eingeweiht. Die Beschichtungstechnologie gewinnt beständig an Bedeutung, die weltweite jährliche Wachstumsrate beträgt 8 Prozent. Verschleißarme Hochtemperatur-Beschichtungen sind für vielfältige industrielle Anwendungen gefragt: beispielsweise für Flugzeugtriebwerke, Gasturbinen und Verbrennungsmotoren, sowie für Brennstoffzellen und Solarkraftwerke. Der Gerätepark des Jülich Thermal Spray Center (JTSC) mit einem Gegenwert von über 5 Millionen Euro deckt die gesamte methodische Bandbreite ab, und steht nun erstmals auch externen Nutzern offen.

APS JTSCSystem für atmosphärisches Plasmaspritzen (atmospheric plasma spraying, APS) und HVOF-Spritzverfahren mit Flüssigbrennstoff (high velocity oxygen fuel, HVOF) am Jülich Thermal Spray Center (JTSC)
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Hiltrud Moitroux

Die Einweihung fand im Anschluss an die 9. RIPT-Konferenz mit über 120 Teilnehmern statt. Die wichtigste europäische Veranstaltung für thermische Spritztechnik wechselte in diesem Jahr ans Forschungszentrum Jülich. Zuvor wurde sie zunächst in Lille und später in Limoges ausgetragen.

Viele Energieumwandlungssysteme haben einen erhöhten Bedarf an innovativen Schutzschichten, die extremen Wärme- und Umweltbelastungen standhalten. Mit den experimentellen Möglichkeiten am JTSC finden die Jülicher Wissenschaftler und ihre Partner aus Forschung und Industrie nun neue Möglichkeiten vor, um industriell hochrelevante Lösungen zu entwickeln. Ein Beispiel sind verbesserte Wärmedämmschichten für Flugzeugturbinen, die aus neuen Werkstoffen gefertigt werden und die weitgehend unempfindlich gegen Vulkanasche und Sand sind. Ein anderes sind hochtemperaturbeständige Beschichtungen für Solarkraftwerke, in denen durch Spiegel konzentrierte Sonnenenergie genutzt wird.

„Das JTSC vereint Anlagen, die in dieser Kombination einzigartig sind, sowohl aus nationaler als auch aus internationaler Sicht“, sagt Prof. Robert Vaßen vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1). „Neu hinzugekommene Gerätschaften, bei denen extrem schnelle Partikel abgeschieden werden, wie beim Kaltgasspritzen, legen den Grundstein, um innovative Konzepte in der additiven Fertigung, zur Oberflächenbehandlung und zur Aufbereitung von Hightech-Bauteilen – Stichwort: Refurbishment -- weiter voranzutreiben“, so der Leiter des Bereichs „Werkstoffe für Hochtemperaturtechnologien“, der seit 2017 der ehrwürdigen “ASM Thermal Spray Society Hall of Fame” angehört.

Offen für Kooperation

Während in der Vergangenheit bereits zahlreiche Kooperationen stattfanden, unter anderem mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) und der Ruhr-Universität Bochum, wird es das Zentrum nun allen interessierten Einrichtungen ermöglichen, Vorschläge für Forschungsarbeiten einzureichen.

Bis zu 25 Prozent der Ressourcen sind für diesen Einsatz reserviert. Kurze Vorschläge können jederzeit eingereicht werden. Nach Rücksprache über die Machbarkeit des geplanten Ansatzes wird dann innerhalb von drei Monaten eine Entscheidung getroffen.

Methodischer Hintergrund

Bei thermischen Beschichtungsverfahren wird ein Beschichtungswerkstoff in feinteiliger Form, häufig als Pulver, in eine schnell strömende und in der Regel heiße Gasfackel eingeleitet. Die beschleunigten und meist heißen Partikel treffen auf das Substrat, wo sie zu fladenartigen Gebilden (engl. „splats“) deformieren und erstarren. Je nach Deformationsvermögen, Aufschmelzgrad und Geschwindigkeit der Partikel bildet sich lamellares, poröses Gefüge aus, das unterschiedliche Anforderungen erfüllt: etwa als Wärmedämmschicht, Verschleißschutzschicht oder funktionale Elektrode in Brennstoffzellen, Festkörperbatterien oder Elektrolyseuren.

Brenner JTSCSpritzbrenner am Jülich Thermal Spray Center (JTSC)
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Hiltrud Moitroux

Meist wird der Brenner an einem Mehrachsenroboter oder einem Linearverfahrsystem befestigt. Mit dem Robotersystem lassen sich auch komplex geformte Komponenten wie Turbinenschaufeln homogen beschichten. Zum Einsatz kommen verschiedene Verfahren wie Plasmaspritzen, oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, die sich hinsichtlich der Prozesstemperatur und der eingesetzten Werkstoffe unterscheiden.

Weitere Informationen:

Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)

Jülich Thermal Spray Center (JTSC)

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Robert Vaßen
Stellvertretender Direktor und Abteilungsleiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
Telefon: +49 2461 61-6108
E-Mail: r.vassen@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Tobias Schlößer
Pressereferent, Unternehmenskommunikation
Telefon: +49 2461 61-4771
E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de