New Concepts and Mechanisms behind a Multifunctional Coating with Combined Catalytic and Protective Properties for High Temperature Applications

Hochtemperaturbeschichtungen müssen nicht nur eine gute Schutzwirkung bereithalten, sondern auch eine möglichst geringe Degradation durch Interdiffusion mit dem Substrat aufweisen. Eine Möglichkeit letzteres zu gewährleisten, ist die Verwendung von Diffusionsbarrieren. In bisherigen Ansätzen stellten Diffusionsbarrieren eigenständige Schichten dar, die zwischen Beschichtung und Substrat aufgetragen wurden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neues Konzept entwickelt, welches die gesamte Beschichtung in eine Art Diffusionsbarriere verwandelt. Exemplarisch wird hierfür eine multifunktionale Beschichtung vorgestellt, die gegen Aufkohlung schützt, eine gezielte katalytische Oberflächenaktivität aufweist und gleichzeitig von Interdiffusionseffekten weitgehend unbeeinträchtigt bleibt. Das ausgearbeitete Konzept basiert auf Aktivitätsanpassungen des am stärksten diffundierenden Elementes in der Beschichtung an das Aktivitätsniveau des entsprechenden Elementes im Substrat. Genauer wurde die Chromaktivität in der Beschichtung an die Chromaktivität der chromreichen Nickelbasislegierung angepasst. Hierfür wurden thermodynamische Berechnungen durchgeführt, um zunächst diejenigen Elemente zu bestimmen, die den Aktivitätsgradienten zwischen Beschichtung und Substrat verringern und somit einen positiven Effekt auf die Chromaktivität der Beschichtung haben. Abschließend wird die Reichweite des Konzeptes diskutiert. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf seiner Übertragbarkeit und Anwendbarkeit für diverse Beschichtungs/Substratkombinationen in anderen Hochtemperaturbereichen wie der Luftfahrt oder der Energiegewinnung.