Entwicklung neuer oxidischer Wärme - Forschungszentrum Jülich

26 4.2 HaftvermittlerschichtenMCrAlY-Schicht zuerst geglättet werden auf R a -Werte von etwa 1-2 µm. In diesem Fall erfolgt eineAnbindung der YSZ-Schicht an die Haftvermittlerschicht entweder durch die nach der Herstellungvorhandene oder gezielt durch Voroxidation aufgebrachte Al 2 O 3 -Schicht. Zur Verbesserung desOxidationsverhaltens wird die Haftvermittlerschicht teilweise auch mit einer galvanischabgeschiedenen Platinschicht versehen [62].Als Alternative zu den MCrAlY-Schichten werden bei EB-PVD-Wärmedämmschichten auch häufigAlitierschichten verwendet, die meist aufgrund der verbesserten Oxidationsbeständigkeit zusätzlichPlatin enthalten [63]. Dazu wird erst eine etwa 5 bis 10 µm dicke Platinschicht über einengalvanischen Prozess abgeschieden. Anschließend erfolgt die Alitierung mit Hilfe eines CVD-Prozesses. Ein häufig eingesetzter Prozess ist die sogenannte Packzementierung. Dabei wird das zubeschichtende Bauteil in eine granulare Mischung aus einer Aluminiumlegierung (reines Aluminiumwürde bei der Beschichtungstemperatur von 1000-1100°C schmelzen), einem Aktivator (meist AlF 3 )und einem Füllstoff (Al 2 O 3 ) gegeben. Bei der Beschichtung zersetzt sich gasförmiges AlF 3 an derSubstratoberfläche, wobei Al mit Ni aus dem Substrat eine NiAl-Phase bildet. Das frei werdende Fluorreagiert wieder mit dem Granulatormaterial zu AlF 3 , so dass der Beschichtungsprozess bis zurErschöpfung des Aluminiums im Granulat weiterlaufen kann. An die Beschichtungsprozesse schließtsich eine Diffusionsglühbehandlung an, in deren Verlauf sich Platin in der NiAl-Schicht löst oder imäußeren Bereich ein PtAl 2 -Schicht bildet [64, 51, 65].4.2.2 Charakterisierung der verwendeten VPS – NiCoCrAlY-SchichtenDie in dieser Arbeit primär eingesetzte Haftvermittlerschicht hat die in Tabelle 2 angegebeneZusammensetzung.Da die Lebensdauer von Wärmedämmschichtsystemen auch von der Rauigkeit des InterfacesHaftvermittlerschicht / Wärmedämmschicht beeinflusst wird [66, 67], ist zur Bewertung von neuenSchichten hinsichtlich ihrer Lebensdauer die Einstellung einer definierten Haftvermittlerschicht-Rauigkeit zwingend erforderlich. Durch die Verwendung gleicher Pulverfraktionen und gleicherProzessparameter konnten eng definierte Rauigkeitswerte von R a = 5.8 ± 0.5 µm und R z = 34.7 ±2.9 µm eingehalten werden. Zusätzlich gewährleisten monatlich durchgeführte Untersuchungen derMikrostruktur und des Sauerstoffgehaltes von Standard–Haftvermittlerschichten das frühzeitigeErkennen und Beheben von Prozessabweichungen und damit gleichbleibende Qualität der Schichten.In Abbildung 3 ist eine typische Mikrostrukturaufnahme der verwendeten Haftvermittlerschicht nacheiner Wärmebehandlung mit einer homogenen Phasenverteilung von β−NiAl (dunkel) und γ-Matrix(hell) zu sehen. Genaue Phasenanalysen zeigen auch Anteile der γ´-Phase in derHaftvermittlerschicht [61]. Die Wärmebehandlung erhöht die Haftung der Beschichtung auf demSubstrat und bewirkt gleichzeitig eine Homogenisierung der Mikrostruktur, so dass die lagigeSchichtstruktur nicht mehr zu erkennen ist. Meist erfolgt diese Wärmebehandlung gleichzeitig mit der1. und 2. Ausscheidungsglühung des Substratwerkstoffs (s. Abbildung 9).Der Ausdehnungskoeffizient einer plasmagespritzten Haftvermittlerschicht liegt bei 1000°C bei etwa17.5 10 -6 /K (s. Abbildung 13) und steigt auch aufgrund von Phasenumwandlungen mit der Temperaturstark an.