Sirris informeert over de toepassing van ‘Thermal Barrier Coatings’ (TBC’s). Deze thermische barrièrecoatings kunnen ingezet worden om turbineschoepen te beschermen tegen hoge thermische belasting. Door middel van plasmaspuiten worden de coatings aangebracht op turbineschoepen van motoren voor de vliegtuigindustrie en energiecentrales.
Om de hoge gastemperaturen in turbines te kunnen weerstaan, worden turbineschoepen van nikkelsuperlegeringen gemaakt. Door deze extra te voorzien van TBC-coatings kan de maximale werkingstemperatuur verhoogd worden van ongeveer 1.000 °C tot boven 1.300 °C. TBC’s zijn keramische oxiden die via plasmaspuiten worden aangebracht.
De opbouw van ‘Thermal Barrier Coatings’ (bron: The Ohio State University) (foto bij intro: Sulzer). De video hieronder toont het aanbrengen van een TBC op een motoronderdeel van een MIF 23
Topcoat
De topcoat – 0,1 tot 3 mm laagdikte – van een TBC is een dikke keramische laag die bestaat uit zirkoniumoxide met 7% yttriumoxide (7YSZ). De technieken die gebruikt worden om deze coatings af te zetten zijn ofwel atmosferisch plasmaspuiten (APS), ofwel electron beam PVD-technieken (EBPVD).
Sandwich
Tussen de topcoat en de metallische turbineschoep zitten nog twee andere lagen zodat men vaak van een sandwichstructuur spreekt. Op de schoep wordt na een voorbereidende straalbehandeling meestal eerst een bondcoat (30-100 micrometer ) aangebracht die bestaat uit een nikkelaluminiumlegering of een MCrAlY-legering (M staat voor Ni, Co+Ni of Fe). Deze zorgt voor een eerste thermische bescherming van de schoep én laat een dunne (0,1 tot 10 micrometer) TGO (thermally grown oxyde) aluminiumoxidecoating ontstaan bovenop. Het is deze laag die zorgt voor de oxidatiebescherming, de topcoat is namelijk vrij poreus en laat zuurstof door. Op deze TGO-laag wordt dan uiteindelijk de topcoat aangebracht.