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41,85 €ISBN 978-3-8191-0409-1118 Seiten89 AbbildungenDeutschDissertation
November 2025
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Jonas Vogler
Mechanische Eigenschaften und Oxidationsverhalten von gelöteten Nickelbasis-Superlegierungen für Einlaufbeläge
Einlaufbeläge aus Nickelbasis-Superlegierungen ermöglichen auch bei hohen Temperaturen einen minimalen Spalt zwischen Turbinenschaufeln und Gehäuse und steigern dadurch die Effizienz moderner Turbinen. Bei der Herstellung von Einlaufbelägen spielt der Hochtemperaturlötprozess eine zentrale Rolle. Daher werden in dieser Arbeit Bleche der Nickelbasis-Superlegierung Haynes 214 mit dem kommerziellen Lot BNi-5 und einer neuen Hochtemperatur-Lotlegierung mit komplexer Zusammensetzung (Mn38Cu18Ni18Co21Fe5 in Ma%) gefügt. Untersucht werden das Benetzungs-, Oxidations- und Anstreifverhalten sowie die mechanischen Eigenschaften der gelöteten Verbindungen.
Beim Löten mit BNi-5 verschlechtert sich das Oxidationsverhalten deutlich: Nach Auslagerung bei 1000°C bildet sich anstelle einer schützenden Aluminiumoxid- eine abplatzende Chromoxidschicht auf den Haynes 214 Blechen. Zugversuche zeigen zudem eine Reduktion der Bruchdehnung von 36% auf 18% infolge spröder Chromkarbide in der Lötverbindung. Mit der neuen CCA-Legierung konnte dagegen eine Bruchdehnung von 28% erzielt werden.
Abschließend werden neue Einlaufgeometrien und Verbindungskonzepte entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der Dichtungssysteme weiter zu verbessern. Strömungssimulationen zeigen, dass Einlaufbeläge mit quadratischer oder rautenförmiger Geometrie im Vergleich zu herkömmlichen Honigwabendichtungen die Leckageströme um bis zu 16% reduzieren und die beim Anstreifen auftretende Radialkraft mehr als halbieren. Dadurch lässt sich die Effizienz des Dichtungssystems steigern und die mechanische Belastung auf die Turbinenschaufeln deutlich verringern.
Beim Löten mit BNi-5 verschlechtert sich das Oxidationsverhalten deutlich: Nach Auslagerung bei 1000°C bildet sich anstelle einer schützenden Aluminiumoxid- eine abplatzende Chromoxidschicht auf den Haynes 214 Blechen. Zugversuche zeigen zudem eine Reduktion der Bruchdehnung von 36% auf 18% infolge spröder Chromkarbide in der Lötverbindung. Mit der neuen CCA-Legierung konnte dagegen eine Bruchdehnung von 28% erzielt werden.
Abschließend werden neue Einlaufgeometrien und Verbindungskonzepte entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der Dichtungssysteme weiter zu verbessern. Strömungssimulationen zeigen, dass Einlaufbeläge mit quadratischer oder rautenförmiger Geometrie im Vergleich zu herkömmlichen Honigwabendichtungen die Leckageströme um bis zu 16% reduzieren und die beim Anstreifen auftretende Radialkraft mehr als halbieren. Dadurch lässt sich die Effizienz des Dichtungssystems steigern und die mechanische Belastung auf die Turbinenschaufeln deutlich verringern.
Schlagwörter: Nickelbasis-Superlegierung; Löten; Oxidation; Honigwabendichtung
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Print-Version: 978-3-8191-0345-2
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