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Superlegierungen für die Energieversorgung von morgen

Diese Turbinenschaufeln bestehen aus einer Superlegierung. Der Ausschnitt zeigt eine Probe, welche mit der 3D-Atomsonden- tomographie analysiert worden ist. Man erkennt deutlich die einzelnen Atome der Legierungsbestandteile Nickel, Cobalt und Bor. © MPIE

Ziel des neuen Sonderforschungsbereichs der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ist es, den Wirkungsgrad von Gasturbinen für die Energieversorgung und Luftfahrt bei gleichzeitig besserer Nachhaltigkeit zu erhöhen. Dies ist nur mit einkristallinen Superlegierungen möglich. Eine neue Einkristalltechnologie soll in einem Verbundprojekt unter der Beteiligung unterschiedlicher Fachbereiche von der Physik über die Werkstoffwissenschaften bis zum Maschinenbau entwickelt werden.

Materialwissenschaftler des Düsseldorfer Max-Planck-Instituts für Eisenforschung (MPIE) erhalten zusammen mit ihren Kollegen der Ruhr-Universität Bochum (RUB), der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Forschungszentrums Jülich eine Millionenförderung der DFG. Der Sonderforschungsbereich Transregio 103 „Vom Atom zur Turbinenschaufel – wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen“ wird über vier Jahre lang mit insgesamt 12,8 Millionen Euro gefördert.

Die DFG richtet zum 1. Januar 2012 acht Sonderforschungsbereiche mit einem Förderungsbudget von insgesamt 82,7 Millionen Euro ein. Das Besondere an solchen Transregio-Sonderforschungsbereichen ist, dass sie sich auf mehrere Standorte verteilen und somit überregionale, interdisziplinäre Kompetenzen bündeln.

Das MPIE wird in der interdisziplinären Kooperation vor allem mit Hilfe der dreidimensionalen Atomsonde die chemischen Analysen und die Grenzflächenanalysen für die Superlegierungen durchführen (siehe Bild). Die Universität Erlangen stellt die zu untersuchenden Proben her und übergibt sie an das MPIE und an die RUB, welche die Sprecherrolle übernimmt und vor allem für die Durchführung von Zug- und Kriechversuchen zuständig ist. Das DLR ist für die Beschichtung der Superlegierungen verantwortlich, um diese vor Korrosion und ähnlichen Umwelteinflüssen zu schützen.

Am MPIE wird moderne Materialforschung auf dem Gebiet von Eisen, Stahl und verwandten Werkstoffen betrieben. Ein Ziel der Untersuchungen ist ein verbessertes Verständnis der komplexen physikalischen Prozesse und chemischen Reaktionen dieser Werkstoffe. Außerdem werden neue Hochleistungswerkstoffe mit ausgezeichneten physikalischen und mechanischen Eigenschaften für den Einsatz als high-tech Struktur- und Funktionsbauteile entwickelt. Auf diese Weise verbinden sich erkenntnisorientierte Grundlagenforschung mit innovativen, anwendungsrelevanten Entwicklungen und Prozesstechnologien. Das MPIE wird zu gleichen Teilen von der Max-Planck-Gesellschaft und dem Stahlinstitut VDEh finanziert.

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