Turbinenschaufeln arbeiten bei mehr als 1.000 Grad Celsius. Und das sollten sie möglichst lange und treibstoffsparend tun.

Damit Turbinen in Flugzeugen und Gaskraftwerken möglichst lange leben und effizient arbeiten, optimiert das Team des Sonderforschungsbereichs 103 „Vom Atom zur Turbinenschaufel – wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen“ die Mikrostruktur des Turbinenmaterials. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat jetzt die dritte und damit letzte Förderphase des Sonderforschungsbereichs/Transregios (SFB/TR) an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) bis 2023 bewilligt. Nach der Entwicklung der Grundlagen in den vergangen acht Jahren stehen jetzt Herstellungsverfahren im Mittelpunkt.

Die Mikrostruktur optimieren
Im SFB/TR 103, an dem neben der RUB die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beteiligt ist, geht es um eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen, aus denen Schaufeln für Turbinen hergestellt werden. Diese müssen bei extrem hohen Temperaturen mechanischen Belastungen und chemischen Angriffen standhalten. „Ihre chemische Zusammensetzung und ihre Mikrostruktur müssen optimiert werden, um höhere Wirkungsgrade zu erzielen“, sagt der Sprecher des SFB/TR, Prof. Dr. Gunther Eggeler, vom Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft der RUB. Dabei geht es heute vor allem darum, Ressourcen effizient zu nutzen: Ziel ist es unter anderem, den Treibstoffverbraucht zu verringern und die Lebensdauer von Komponenten zu verlängern.

Näher an die Anwendung
In den ersten zwei Förderphasen hat das Team des SFB/TR 103 Grundlagen erarbeitet zur Herstellung von Legierungen, zu Legierungskonzepten, zur skalenübergreifenden Modellierung, zur mechanischen Prüfung und zur mikrostrukturellen Charakterisierung. In der nun beginnenden dritten Förderphase wollen die Forscherinnen und Forscher diese Ergebnisse anwenden und weiterentwickeln. „In der zweiten Förderphase haben wir einen großen Schritt in Richtung Anwendung von Methoden und in Richtung höherer Komplexität gemacht“, so Eggeler. „Für die Grundlagenprojekte heißt das Betrachtung noch komplexerer Legierungszusammensetzung, für die werkstofftechnischen Projekte bedeutet das eine Annäherung an tatsächliche Herstellungsverfahren.“