Ein Forschungsteam hat eine Hochentropie-Legierungs-Verbundbeschichtung entwickelt, die gleichzeitig Schmierung, Verschleißfestigkeit und Kavitationserosionsschutz in niedrigviskosem Flugzeugkerosin bietet. Die in Tribology Advances veröffentlichte Arbeit adressiert eine anhaltende Herausforderung bei Flugzeugtriebwerk-Kraftstoffpumpen, bei denen Drucklager unter ölarmen Bedingungen betrieben werden, die Verschleiß und Kavitationsschäden verursachen.
Die als Al10Cr28Co28Ni34/Ag bezeichnete Beschichtung wurde mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) hergestellt. Ihr Design nutzt die kubisch-flächenzentrierte (FCC) Struktur, die sowohl die Al10Cr28Co28Ni34-Hochentropielegierung (HEA) als auch Silber teilen. Da beide Phasen die gleiche Kristallstruktur aufweisen, verformen sie sich unter Reibung und Aufprall ähnlich, wodurch Spannungskonzentrationen an Phasengrenzen reduziert werden, die bei herkömmlichen Beschichtungen typischerweise zu Rissbildung und Materialverlust führen.
Testergebnisse in Flugzeugkerosin zeigten einen Reibungskoeffizienten unter 0,1, eine Verschleißrate nahe null und eine Kavitationserosions-Massenverlustrate von weniger als 0,1 mg pro Stunde. Die Forscher führen diese Leistung auf die Bildung kugelförmiger Partikel an der Reibungsgrenzfläche zurück, die zwischen den Oberflächen rollen und zu einem Roll-Gleit-Mechanismus beitragen. Die HEA bietet Tragfähigkeit und Kaltverfestigung, während Silber als festes Schmiermittel mit niedriger Scherfestigkeit wirkt.
Die Ergebnisse, detailliert in der unter https://doi.org/10.3724/trad-20260019 verfügbaren Studie, bieten eine neue Strategie zum Schutz von Kraftstoffpumpen-Reibpaarungen. Bestehende gebundene feste Schmierstoffbeschichtungen können den Verschleiß unter ölarmen Bedingungen reduzieren, versagen jedoch oft unter Kavitation, da ihre organischen Harzmatrizen unzureichende Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen. Das neue rein metallische FCC/FCC-Design der Beschichtung vermeidet diese Einschränkungen.
Für die Luftfahrtindustrie sind die Auswirkungen erheblich. Kraftstoffpumpen sind entscheidend für die Zuverlässigkeit von Triebwerken, und Verschleiß oder Kavitationserosion können die Kraftstoffförderleistung verringern und die Flugsicherheit beeinträchtigen. Eine Beschichtung, die beiden Schadensarten widersteht, könnte die Lebensdauer von Komponenten verlängern, die Wartung reduzieren und die Betriebsbereitschaft verbessern. Die Forschung wurde vom Nationalen Wissenschafts- und Technologie-Großprojekt, der National Natural Science Foundation of China, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderen Programmen unterstützt.
Über die Luftfahrt hinaus könnte das FCC/FCC-Kompatibilitätskonzept auf andere tribologische Systeme übertragen werden, in denen niedrigviskose Schmierstoffe und Kavitation auftreten, beispielsweise in Marine- oder Industrie pumpen. Die Studie unterstreicht, wie die strukturelle Abstimmung zwischen Beschichtungsphasen kombinierte Eigenschaften ermöglichen kann, die mit herkömmlichen Materialdesigns schwer zu erreichen sind.
