WO2008049460A1 - Method for adjusting the surface roughness in a low temperature coating method, and component - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for adjusting the roughness in low-temperature coating method and a component according to claim 14.
- the object is achieved by a method according to claim 1 and a component according to claim 14.
- Figure 1, 2 is a schematic arrangement of the component
- Exemplary embodiment Figure 7 shows a gas turbine
- FIG. 8 shows in perspective a turbine blade
- FIG. 9 shows in perspective a combustion chamber
- FIG. 1 shows a turbine blade 120, 130 (FIGS. 7, 8) or in general a component 1, which is coated by means of a nozzle 13.
- turbine runner 120 In the case of components for turbine components, e.g. Combustor 155 (FIG. 9), turbine runner 120, or vanes 130 use nickel- or cobalt-based superalloys, which are provided with corrosion and / or oxidation protection layers, such as carbon black.
- corrosion and / or oxidation protection layers such as carbon black.
- Such a corrosion and / or oxidation protection layer may represent an outermost layer (overlay) or serve as an intermediate layer for an outer ceramic heat-insulating layer.
- a fine surface roughness is preferably required, whereas for thermal dam layers applied by plasma spraying (APS, VOPS, LPPS) on the underlying layer a rough surface roughness is advantageous as compared to "overlay"
- APS, VOPS, LPPS plasma spraying
- a less rough or fine interlayer is for EB-PVD coated ceramic layers such as yttria stabilized zirconia (YSZ) or PVD or CVD. necessary (Fig. 4).
- a nozzle 13 generates with a coating material a particle stream 22 which impinges on the surface 3 of the component 1, 120, 130, 155 at a certain angle of incidence ⁇ .
- the nozzle 13 and / or the component 1, 120, 130, 155 can preferably be pivoted accordingly.
- This angle of incidence ⁇ is set at about 90 °, ie 90 ° + 2 °, in particular at 90 °, in order to produce coarse surface roughness in low-temperature processes such as HVOF (high velocity oxy fuel) or cold gas spraying.
- the angle of incidence ⁇ can be related to the surface 3 of the component 1, 120, 130, 155 or to the longitudinal axis 121.
- Low-temperature process means that the coating material does not melt.
- the component to be coated (substrate) can be additionally heated, but not so strong that the impinging coating material melts.
- the method is preferably carried out with metallic layers.
- the lower limit here is 45 °. Again, this is preferably done with metallic layers.
- any known measure of roughness can be used.
- the difference between "coarse” and “fine” is at least 20%, especially at least 30%.
- Blade sheet 406 coated at the predetermined angle ⁇ if an impact angle ⁇ of about 90 ° is desired, this is done for most of the airfoil 406 and an impact angle ⁇ ⁇ 80 ° is set in the transition 19 and / or on the blade form 403 (shown schematically in FIG. 5).
- the blade 120 may be coated to the blade tip 415 and / or the blade tip 415 may be coated at an impact angle of about 90 °.
- a guide blade 130 in which two platforms 403, 403 '(FIG. 2) are present likewise only a partial region 27 of the blade 406 is coated with an impact angle ⁇ .
- this can be set for the entire surface to be coated 403, 403 ', 406, 415 by the angle of incidence ⁇ ⁇ 90 °.
- FIG. 3 shows a substrate of a component 1, 120, 130, 155, on which an intermediate layer 43 is applied.
- the intermediate layer 43 has a rough surface roughness on which an outer layer 46 is then applied.
- the intermediate layer 43 is preferably metallic, whereas the outer layer 46 is ceramic. Particularly in the case of plasma-sprayed ceramic layers, a coarse surface roughness of the underlying layer 43 is necessary.
- FIG. 5 once again schematically shows that the intermediate layer has two different surface areas, here identified by 406, 19, which have different surface roughnesses.
- Figure 6 a component 1, 120, 130, 155 is shown, wherein the layer 43 produced by the method represents the outermost layer having a fine surface roughness.
- the method is not applicable to PVD, CVD or galvanic processes, and plasma spraying (APS, LPPS, VPS) is to be excluded from the invention. On the other hand, these methods can be used as a subsequent coating method
- FIG. 7 shows by way of example a gas turbine 100 in a long partial section.
- the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
- a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
- annular annular hot gas channel 111 for example.
- turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
- Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
- a series of guide vanes 115 follows a series of vanes 120 in the hot gas duct 111 of a row of vanes 115.
- the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the rotor blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
- Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
- air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
- the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
- the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
- the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
- the working medium 113 expands on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and this drives the working machine coupled to it ,
- the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during the operation of the gas turbine 100.
- the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
- substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only slow grains (DS structure).
- iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
- Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
- a thermal insulation layer On the MCrAlX may still be present a thermal insulation layer, and consists for example of Zr ⁇ 2 , Y 2 ⁇ 3 Zr ⁇ 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), are used to produce protuberant grains in the thermal insulation layer.
- the vane 130 has a Leitschaufelfuß facing the réellegehause 138 of the turbine 108 (not shown here) and a Leitschaufelfuß the opposite vane head on.
- the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
- FIG. 8 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a flow machine, which extends along a longitudinal axis 121 and which are coated by means of the method according to the invention.
- the flow machine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant to produce electricity, a steam turbine or a compressor.
- the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 in succession a fastening region 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
- the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
- a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
- the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schissebwschwanzfuß are possible.
- the blade 120, 130 has a flow-on edge 409 and a downstream edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
- conventional blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
- Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
- the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a Fras vide or combinations thereof.
- Single-crystalline structures or structures are used as components for machines that are subject to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
- the production of such monocrystalline workpieces takes place, for example. by directed solidification from the melt.
- These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
- dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline
- Grain structure (columnar, i.e. grain which run the whole length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i.
- the whole work consists of a single crystal.
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni),
- X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
- Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
- the density is preferably 95% of the theoretical density.
- Warmedamm can still be present, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially ⁇ or fully stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- the thermal insulation layer covers the entire MCrAlX layer. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), are used to produce protuberant grains in the thermal insulation layer. Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
- APS atmospheric plasma spraying
- LPPS LPPS
- VPS VPS
- CVD chemical vapor deposition
- the thermal insulation layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The Warmedammtik is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
- Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130, in particular using the method according to the invention and a renewed use of the component 120, 130.
- the blade 120, 130 may be hollow or solid. When the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and possibly still has film cooling holes 418 (indicated by dashed lines).
- FIG. 9 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
- the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction around a rotation axis 102 pass into a common combustion chamber space 154, which produce flames 156.
- the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
- the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
- the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155, which are coated with the method according to the invention.
- Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
- MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
- Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
- ceramic maintenance may be medamm Mrs, consisting for example of ZrO> 2, ZrO 2 Y2Ü3-ie, it is not partially full text or ⁇ dig stabilized by yttrium oxide and / or calcium and / or magnesium oxide.
- Electron Beam Evaporation produces proton grains in the thermal insulation layer.
- Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
- APS atmospheric plasma spraying
- LPPS LPPS
- VPS VPS
- CVD chemical vapor deposition
- the thermal insulation layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
- Refurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced after use by heat shielding elements 155
- Protective layers must be freed (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155. Due to the high temperatures in the interior of the combustion chamber 110, a cooling system can additionally be provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooler holes (not shown) which still touch the combustion chamber space 154.
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Abstract
Low temperature coating methods still have not been sufficiently optimized for the production of layer systems. The method according to the invention proposes to adjust the impact angle (16) of the particle stream (22) and the surface (3) of the component (1, 120, 130) to be coated in a controlled manner in order to obtain a desired surface roughness.
Description
Verfahren zur Einstellung der Oberflachenrauhigkeit bei Niedertemperaturbeschichtungsverfahren und Bauteil Method for adjusting the surface roughness in low-temperature coating methods and component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Rauhigkeit bei Niedertemperaturbeschichtungsverfahren und ein Bauteil gemäß Anspruch 14.The invention relates to a method for adjusting the roughness in low-temperature coating method and a component according to claim 14.
Bei bekannten Beschichtungsverfahren wird oft nur die Pulver- rate variiert.In known coating methods often only the powder rate is varied.
Dies fuhrt bei einigen Beschichtungsverfahren wie den Nieder- temperaturbeschichtungsverfahren, wie z.B. HVOF oder Kaltgasspritzen zu suboptimalen Beschichtungsergebnissen .This leads to some coating processes, such as the low temperature coating process, such as low temperature coating. HVOF or cold gas spraying to suboptimal coating results.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, das die Oberflachenrauhigkeit auf Bauteilen, die mittels Niedertemperaturverfahren beschichtet werden, kontrolliert ein- stellt.It is therefore the object of the invention to provide a method which controls the surface roughness on components which are coated by means of low-temperature processes.
Die Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Bauteil nach Anspruch 14.The object is achieved by a method according to claim 1 and a component according to claim 14.
Die in den Unteranspruchen aufgelisteten Maßnahmen stellen weitere vorteilhafte Verbesserungen dar, die ebenfalls in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können .The measures listed in the dependent claims represent further advantageous improvements, which can also be combined with each other in an advantageous manner.
Es zeigen:Show it:
Figur 1, 2 eine schematische Anordnung vom Bauteil und derFigure 1, 2 is a schematic arrangement of the component and the
Beschichtungsduse Figur 3 - 6 Ausfuhrungsbeispiel Figur 7 eine Gasturbine,Beschichtungsduse Figure 3 - 6 Exemplary embodiment Figure 7 shows a gas turbine,
Figur 8 perspektivisch eine Turbinenschaufel, Figur 9 perspektivisch eine Brennkammer.
Figur 1 zeigt eine Turbinenschaufel 120, 130 (Fig. 7, 8) oder allgemein ein Bauteil 1, das mittels einer Düse 13 beschichtet wird.FIG. 8 shows in perspective a turbine blade, FIG. 9 shows in perspective a combustion chamber. FIG. 1 shows a turbine blade 120, 130 (FIGS. 7, 8) or in general a component 1, which is coated by means of a nozzle 13.
Im Fall von Bauteilen für Turbinenkomponenten, wie z.B. Brennkammer 155 (Fig. 9), Turbinenlauf 120 - oder Leitschaufeln 130 werden nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet, wobei diese mit Korrosions- und/oder Oxidationsschutzschichten, wie z.B. MCrAlX-In the case of components for turbine components, e.g. Combustor 155 (FIG. 9), turbine runner 120, or vanes 130 use nickel- or cobalt-based superalloys, which are provided with corrosion and / or oxidation protection layers, such as carbon black. MCrAlX
Beschichtungen versehen werden. Eine solche Korrosions- und/oder Oxidationsschutzschicht kann eine äußerste Schicht darstellen (Overlay) oder als Zwischenschicht für eine äußere keramische Warmedammschicht dienen.Coatings are provided. Such a corrosion and / or oxidation protection layer may represent an outermost layer (overlay) or serve as an intermediate layer for an outer ceramic heat-insulating layer.
Bei Overlays (Fig. 6) ist vorzugsweise eine feine Oberflachenrauhigkeit erforderlich, wohingegen bei Warmedammschichten, die mittels Plasmaspritzen (APS, VOPS, LPPS) aufgetragen werden, auf der unterliegenden Schicht im Vergleich zu „overlay" eine grobe Oberflachenrauhigkeit von Vorteil ist, da dies zur Verklammerung der nachfolgenden keramischen Schicht an die metallische Anbindungsschicht fuhrt (Fig. 3) . Jedoch ist eine weniger raue oder feine Zwischenschicht für EB-PVD aufgetragene keramische Schichten, wie z.B. Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) oder bei PVD- oder CVD-Pro- zessen notwendig (Fig. 4) .For overlays (Figure 6), a fine surface roughness is preferably required, whereas for thermal dam layers applied by plasma spraying (APS, VOPS, LPPS) on the underlying layer a rough surface roughness is advantageous as compared to "overlay" However, a less rough or fine interlayer is for EB-PVD coated ceramic layers such as yttria stabilized zirconia (YSZ) or PVD or CVD. necessary (Fig. 4).
Eine Düse 13 erzeugt mit einem Beschichtungsmaterial einen Teilchenstrom 22, der unter einem bestimmten Auftreffwinkel α auf die Oberflache 3 des Bauteils 1, 120, 130, 155 auftrifft. Die Düse 13 und/oder das Bauteil 1, 120, 130, 155 kann vorzugsweise entsprechend geschwenkt werden.A nozzle 13 generates with a coating material a particle stream 22 which impinges on the surface 3 of the component 1, 120, 130, 155 at a certain angle of incidence α. The nozzle 13 and / or the component 1, 120, 130, 155 can preferably be pivoted accordingly.
Dieser Auftreffwinkel α wird auf etwa 90°, d. h. 90° + 2°, insbesondere auf 90° eingestellt, um grobe Oberflachenrauhigkeiten bei Niedertemperaturverfahren wie HVOF (High velocity oxy fuel) oder Kaltgasspritzen zu erzeugen.
Der Auftreffwinkel α kann auf die Oberflache 3 des Bauteils 1, 120, 130, 155 oder auf die Langsachse 121 bezogen werden. Niedertemperaturverfahren bedeutet, dass das Beschichtungsma- terial nicht aufschmilzt. Das zu beschichtende Bauteil (Substrat) kann zusatzlich erwärmt werden, jedoch nicht so stark, dass das auftreffende Beschichtungsmaterial aufschmilzt .This angle of incidence α is set at about 90 °, ie 90 ° + 2 °, in particular at 90 °, in order to produce coarse surface roughness in low-temperature processes such as HVOF (high velocity oxy fuel) or cold gas spraying. The angle of incidence α can be related to the surface 3 of the component 1, 120, 130, 155 or to the longitudinal axis 121. Low-temperature process means that the coating material does not melt. The component to be coated (substrate) can be additionally heated, but not so strong that the impinging coating material melts.
Das Verfahren erfolgt vorzugsweise bei metallischen Schich- ten.The method is preferably carried out with metallic layers.
Sind feine Oberflachenrauhigkeiten erforderlich, so wird ein deutlich von 90° verschiedener Winkel, insbesondere ≤ 80° eingestellt. Als Untergrenze sind hier 45° anzusehen. Auch dies erfolgt vorzugsweise bei metallischen Schichten.If fine surface roughness is required, an angle distinctly different from 90 °, in particular ≦ 80 °, is set. The lower limit here is 45 °. Again, this is preferably done with metallic layers.
Zur Messung der Oberflachenrauhigkeit kann jedes bekannte Maß zur Rauhigkeit verwendet werden. Der Unterschied zwischen „grob" und „fein" betragt mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%.For measuring the surface roughness, any known measure of roughness can be used. The difference between "coarse" and "fine" is at least 20%, especially at least 30%.
Insbesondere in einem Übergang 19 zwischen dem Schaufelblatt 406 und der Plattform 403 oder für die Plattform 40 wird ein Auftreffwinkel α von 90° + 2° eingestellt. Daher wird dann bei solchen Bauteilen 1, 120, 130 der größere Teil desIn particular, in a transition 19 between the airfoil 406 and the platform 403 or for the platform 40, an angle of incidence α of 90 ° + 2 ° is set. Therefore, in such components 1, 120, 130, the greater part of the
Schaufelblatts 406 mit dem vorgegebenen Winkel α beschichtet. Wenn also ein Auftreffwinkel α von etwa 90° gewünscht ist, wird dies für den größten Teil des Schaufelblatts 406 durchgeführt und im Übergang 19 und/oder auf der Schaufelblattform 403 wird ein Auftreffwinkel α < 80° eingestellt (schematisch dargestellt in Fig. 5). Die Laufschaufel 120 kann bis zur Schaufelspitze 415 und/oder die Schaufelspitze 415 kann mit einem Aufschlagswinkel von etwa 90° beschichtet werden.
Entsprechend wird bei einer Leitschaufel 130, bei der zwei Plattformen 403, 403' (Fig. 2) vorhanden sind, ebenso nur ein Teilbereich 27 des Schaufelblatts 406 mit einem Auftreffwinkel α beschichtet. Hier liegt also ein weiterer Übergang 19' bedingt durch eine weitere Plattform 403' vor. Wenn also grobe Rauhigkeiten gefordert sind, so wird der größte Teil 27 des Schaufelblattes 406 so beschichtet, dass ein Auftreffwinkel von 90° vorliegt.Blade sheet 406 coated at the predetermined angle α. Thus, if an impact angle α of about 90 ° is desired, this is done for most of the airfoil 406 and an impact angle α <80 ° is set in the transition 19 and / or on the blade form 403 (shown schematically in FIG. 5). The blade 120 may be coated to the blade tip 415 and / or the blade tip 415 may be coated at an impact angle of about 90 °. Accordingly, in the case of a guide blade 130 in which two platforms 403, 403 '(FIG. 2) are present, likewise only a partial region 27 of the blade 406 is coated with an impact angle α. Here, therefore, there is another transition 19 'conditioned by another platform 403'. So if rough roughness is required, the largest part 27 of the blade 406 is coated so that an angle of incidence of 90 ° is present.
Ist bei dem Bauteil gemäß Figur 1 oder Figur 2 eine geringe Rauhigkeit erforderlich, so kann dies für die gesamte zu beschichtende Oberflache 403, 403', 406, 415 durch den Auftreffwinkel α < 90° eingestellt werden.If low roughness is required in the component according to FIG. 1 or FIG. 2, this can be set for the entire surface to be coated 403, 403 ', 406, 415 by the angle of incidence α <90 °.
Die Figur 3 zeigt ein Substrat eines Bauteils 1, 120, 130, 155, auf dem eine Zwischenschicht 43 aufgebracht ist. Die Zwischenschicht 43 weist eine grobe Oberflachenrauhigkeit auf, auf der dann noch eine äußere Schicht 46 aufgebracht wird. Die Zwischenschicht 43 ist vorzugsweise metallisch wohingegen die äußere Schicht 46 keramisch ist. Insbesondere beim plasmagespritzten keramischen Schichten ist eine grobe Oberflachenrauhigkeit der unterliegenden Schicht 43 notwendig .FIG. 3 shows a substrate of a component 1, 120, 130, 155, on which an intermediate layer 43 is applied. The intermediate layer 43 has a rough surface roughness on which an outer layer 46 is then applied. The intermediate layer 43 is preferably metallic, whereas the outer layer 46 is ceramic. Particularly in the case of plasma-sprayed ceramic layers, a coarse surface roughness of the underlying layer 43 is necessary.
In Figur 4 ist ein ahnlicher Schichtaufbau wie in Figur 3 gezeigt, wobei jedoch die Oberflachenrauhigkeit der Zwischenschicht 43 durch den Winkel α < 90° so eingestellt wurde, dass eine feine Oberflachenrauhigkeit vorliegt, so dass sich eine ebene bzw. gleichmaßig verteilte vergleichbare Wachstumsbedingungen für eine EB-PVD-Schicht gegeben ist.In Figure 4, a similar layer structure as shown in Figure 3, but wherein the surface roughness of the intermediate layer 43 by the angle α <90 ° was set so that a fine surface roughness is present, so that a flat or evenly distributed comparable growth conditions for a EB-PVD layer is given.
In Figur 5 ist noch mal schematisch dargestellt, dass die Zwischenschicht zwei verschiedene Oberflachenbereiche, hier mit 406, 19 gekennzeichnet, aufweist, die verschiedene Oberflachenrauhigkeiten aufweisen .
In Figur 6 ist ein Bauteil 1, 120, 130, 155 gezeigt, wobei die mittels des Verfahrens hergestellte Schicht 43 die äußerste Schicht darstellt, die eine feine Oberflachenrauhigkeit aufweist.FIG. 5 once again schematically shows that the intermediate layer has two different surface areas, here identified by 406, 19, which have different surface roughnesses. In Figure 6, a component 1, 120, 130, 155 is shown, wherein the layer 43 produced by the method represents the outermost layer having a fine surface roughness.
Das Verfahren ist nicht anzuwenden bei PVD, CVD oder galvanischen Prozessen, sowie das Plasmaspritzen (APS, LPPS, VPS) ist von der Erfindung auszuschließen. Hingegen können diese Verfahren als nachfolgendes Beschichtungsverfahren benutzt werdenThe method is not applicable to PVD, CVD or galvanic processes, and plasma spraying (APS, LPPS, VPS) is to be excluded from the invention. On the other hand, these methods can be used as a subsequent coating method
Die Figur 7 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Langsteilschnitt . Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenlaufer bezeichnet wird.FIG. 7 shows by way of example a gas turbine 100 in a long partial section. The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehause 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehause 109.Along the rotor 103 follow one another Ansauggehause 104, a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Stromungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. In the direction of flow of a working medium 113, a series of guide vanes 115 follows a series of vanes 120 in the hot gas duct 111 of a row of vanes 115.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehause 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.In this case, the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the rotor blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehause 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge- fuhrt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 ent- spannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsubertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown). During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. The working medium 113 expands on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and this drives the working machine coupled to it ,
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Stromungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch be- lastet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during the operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kuhlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur langsgerichtete Korner auf (DS-Struktur) .In order to withstand the temperatures prevailing there, they can be cooled by means of a coolant. Likewise, substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only slow grains (DS structure).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
Auf der MCrAlX kann noch eine Warmedammschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zrθ2, Y2θ3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present a thermal insulation layer, and consists for example of Zrθ 2 , Y 2 θ3 Zrθ 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), are used to produce protuberant grains in the thermal insulation layer.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehause 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The vane 130 has a Leitschaufelfuß facing the Innengehause 138 of the turbine 108 (not shown here) and a Leitschaufelfuß the opposite vane head on. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
Die Figur 8 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Stromungsmaschine, die sich entlang einer Langsachse 121 erstreckt und die mittels des erfindungsgemaßen Verfahrens beschichtet werden.FIG. 8 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a flow machine, which extends along a longitudinal axis 121 and which are coated by means of the method according to the invention.
Die Stromungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitatserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.The flow machine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant to produce electricity, a steam turbine or a compressor.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Langsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 in succession a fastening region 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schwäbwschwanzfuß are possible.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeistromt, eine Anstromkante 409 und eine Ab- stromkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .The blade 120, 130 has a flow-on edge 409 and a downstream edge 412 for a medium that flows past the blade 406. In conventional blades 120, 130, for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Frasverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy. The blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a Frasverfahren or combinations thereof.
Werkstucke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken er- folgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristallineSingle-crystalline structures or structures are used as components for machines that are subject to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation. The production of such monocrystalline workpieces takes place, for example. by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified. Here, dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline
Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck be- steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.Grain structure (columnar, i.e. grain which run the whole length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. The whole work consists of a single crystal. In these processes, it is necessary to avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since non-directional growth necessarily produces transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefugen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch
Stangelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefugen (directionally solidified structures).Is generally speaking of directionally solidified Gefugen, so they are both single crystals meant that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, as well Stangelkristallstrukturen, which probably have in the longitudinal direction extending grain boundaries, but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1; these writings are part of the revelation regarding the solidification process.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen, insbesondere aufgebracht mit dem erfindungsgemaßen Verfahren, gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.Likewise, the blades 120, 130 coatings, in particular applied with the inventive method, against corrosion or oxidation, for. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy. The density is preferably 95% of the theoretical density.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schutzende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .On the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as outermost layer), a protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed.
Auf der MCrAlX kann noch eine Warmedammschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teil¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX can still be a Warmedammschicht be present, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially ¬ or fully stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Die Warmedammschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Warmedammschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Korner zur besseren Thermoschockbestandigkeit aufweisen. Die
Warmedammschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.The thermal insulation layer covers the entire MCrAlX layer. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), are used to produce protuberant grains in the thermal insulation layer. Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal insulation layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The Warmedammschicht is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 insbesondere mit dem erfindungsgemaßen Verfahren und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130, in particular using the method according to the invention and a renewed use of the component 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkuhllocher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. When the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and possibly still has film cooling holes 418 (indicated by dashed lines).
Die Figur 9 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.FIG. 9 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 munden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction around a rotation axis 102 pass into a common combustion chamber space 154, which produce flames 156. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungunstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme- dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen, die mit dem erfin- dungsgemaßen Verfahren beschichtet werden.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebestandigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbestandigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C. In order to allow a comparatively long service life for these unfavorable operating parameters for the materials, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155, which are coated with the method according to the invention. Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
Diese Schutzschichten können ahnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische War- medammschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX an example, ceramic maintenance, may be medammschicht, consisting for example of ZrO> 2, ZrO 2 Y2Ü3-ie, it is not partially full text or ¬ dig stabilized by yttrium oxide and / or calcium and / or magnesium oxide.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphari- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Warmedammschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Korner zur besseren Thermoschockbestandigkeit aufweisen.By suitable coating methods, e.g. Electron Beam Evaporation (EB-PVD) produces proton grains in the thermal insulation layer. Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal insulation layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitze- schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls vonRefurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced after use by heat shielding elements 155
Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kuhlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mundende Kuhllocher (nicht dargestellt) auf.
Protective layers must be freed (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155. Due to the high temperatures in the interior of the combustion chamber 110, a cooling system can additionally be provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooler holes (not shown) which still touch the combustion chamber space 154.
Claims
1. Verfahren zur Einstellung der Oberflachenrauhigkeit bei Niedertemperaturbeschichtungsverfahren von Bauteilen (1,1. Method for adjusting the surface roughness in low-temperature coating processes of components (1,
120, 130, 155), insbesondere bei HVOF oder Kaltgasspritzen, bei dem der Auftreffwinkel (α) eines Teilchenstroms (22) aus einem Beschichtungsmaterial auf die Oberflache (3) des Bauteils (1, 120, 130, 155) 90° + 2°, insbesondere 90°, betragt, um eine grobe Oberflachenrauhigkeit zu erzeugen oder unter einem Auftreffwinkel (α) ≤ 80°, insbesondere 45° < α < 80°, auf die Oberflache (3) des Bauteils (1, 120, 130, 155) trifft, um eine feine Oberflachenrauhigkeit zu erzeugen.120, 130, 155), in particular in HVOF or cold gas spraying, in which the angle of incidence (α) of a particle stream (22) of a coating material on the surface (3) of the component (1, 120, 130, 155) 90 ° + 2 ° , in particular 90 °, amounts to produce a coarse surface roughness or at an impact angle (α) ≤ 80 °, in particular 45 ° <α <80 °, on the surface (3) of the component (1, 120, 130, 155) meets to produce a fine surface roughness.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit einem Auftreffwinkel (α) ≤ 80° eine feinere Oberflachenrauhigkeit erzeugt wird als mit einem Auftreffwinkel (α) von 90°.2. The method of claim 1, wherein at an angle of incidence (α) ≤ 80 °, a finer surface roughness is generated than with an angle of incidence (α) of 90 °.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit einem Auftreffwinkel (α) von 90° eine gröbere Oberflachenrauhigkeit erzeugt wird als bei einem Auftreffwinkel (α) <80°.3. The method of claim 1, wherein a coarse surface roughness is generated with an angle of incidence (α) of 90 ° than at an angle of incidence (α) <80 °.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das beim HVOF-Beschichten verwendet wird.4. The method of claim 1, 2 or 3, which is used in HVOF coating.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das beim Kaltgasspritzen verwendet wird. 5. The method of claim 1, 2 or 3, which is used in cold gas spraying.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem bei einer Turbinenlaufschaufel (120) das Schaufelblatt6. The method of claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein in a turbine blade (120), the airfoil
(406) bis auf einen Übergang (19) zwischen Schaufelblatt (406) und/oder Plattform (403) mit einem Auftreffwinkel (α) von 90° + 2° beschichtet wird.(406) is coated except for a transition (19) between the blade (406) and / or platform (403) with an angle of incidence (α) of 90 ° + 2 °.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem eine Turbinenleitschaufel (130) beschichtet wird, wobei nur ein Teilbereich (22) des Schaufelblatts (406) mit einem Auftreffwinkel (α) von 90° + 2° beschichtet wird und bei dem die Übergänge (19, 19' ) zwischen Schaufelblatt (406) und/oder Plattformen (403, 403') mit einem7. The method of claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein a turbine vane (130) is coated, wherein only a portion (22) of the airfoil (406) coated with an angle of incidence (α) of 90 ° + 2 ° is and in which the transitions (19, 19 ') between the airfoil (406) and / or platforms (403, 403') with a
Auftreffwinkel (α) ≤ 80° beschichtet werden.Impact angle (α) ≤ 80 ° are coated.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem eine metallische Schicht aufgebracht wird.8. The method according to one or more of the preceding claims, wherein a metallic layer is applied.
9. Verfahren nach Anspruch 8 bei dem die metallische Schicht eine äußerste Schicht darstellt.9. The method of claim 8 wherein the metallic layer is an outermost layer.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die metallische Schicht als Zwischenschicht aufgebracht wird. 10. The method of claim 8, wherein the metallic layer is applied as an intermediate layer.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 8, 9 oder 10, bei dem eine Schicht als Zwischenschicht mit grober11. The method of claim 1, 8, 9 or 10, wherein a layer as an intermediate layer with coarse
Oberflachenrauhigkeit und dann eine äußere Schicht, insbesondere eine keramische Schicht, insbesondere eine plasmagespritzte Schicht, direkt auf die Zwischenschicht aufgebracht wird.Surface roughness and then an outer layer, in particular a ceramic layer, in particular a plasma-sprayed layer, is applied directly to the intermediate layer.
12. Verfahren nach Anspruch 1, 8, 9 oder 10, bei dem eine Schicht als Zwischenschicht mit feiner Oberflachenrauhigkeit und bei dem eine äußere Schicht, insbesondere eine EB-PVD-Schicht, insbesondere eine keramische Schicht direkt auf die Zwischenschicht aufgebracht wird.12. The method of claim 1, 8, 9 or 10, wherein a layer as an intermediate layer with fine surface roughness and in which an outer layer, in particular an EB-PVD layer, in particular a ceramic layer is applied directly to the intermediate layer.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 8 oder 9, bei dem ein Bauteil (120, 130, 155) mit einem Winkel (α) <13. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 8 or 9, wherein a component (120, 130, 155) with an angle (α) <
80° so beschichtet wird, um überall auf der zu beschichtenden Flache eine feine80 ° is coated so that everywhere on the surface to be coated a fine
Oberflachenrauhigkeit zu erzielen, die die äußerste Schicht bildet.To achieve surface roughness, which forms the outermost layer.
14. Bauteil (120, 130, 155) mit einer Schicht, insbesondere hergestellt nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 13, das lokal unterschiedliche Oberflachenrauhigkeiten aufweist . 14. component (120, 130, 155) with a layer, in particular produced according to one or more of the preceding claims 1 to 13, which has locally different surface roughness.
15. Turbinenschaufel (120, 130) nach Anspruch 14, die eine Schicht mit grober Oberflachenrauhigkeit auf dem Schaufelblatt (406) aufweist und die an dem Übergang (19, 19') zwischen Schaufelblatt (406) und Schaufelplattform (403, 403') und/oder auf der Schaufelplattform (403, 403') gegenüber derA turbine blade (120, 130) according to claim 14 having a coarse surface roughness layer on the airfoil (406) and at the transition (19, 19 ') between airfoil (406) and blade platform (403, 403') and / or on the blade platform (403, 403 ') opposite the
Oberflachenrauhigkeit auf dem Schaufelblatt (406) eine feine Oberflachenrauhigkeit aufweist.Surface roughness on the airfoil (406) has a fine surface roughness.
16. Bauteil nach Anspruch 14 oder 15, dessen Schicht aus einer MCrAlX-Legierung besteht. 16. Component according to claim 14 or 15, whose layer consists of an MCrAlX alloy.
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