Warning: fopen(111data/log202007141253.log): failed to open stream: No space left on device in /home/pde321/public_html/header.php on line 107

Warning: flock() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 108

Warning: fclose() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 113
Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, Schutzschicht und Bauteil mit einer Schutzschicht - Dokument DE102005044991A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005044991A1 22.03.2007
Titel Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, Schutzschicht und Bauteil mit einer Schutzschicht
Anmelder MTU Aero Engines GmbH, 80995 München, DE
Erfinder Breitschwerdt, Klaus, 82110 Germering, DE;
Friedrich, Christian, 81477 München, DE
DE-Anmeldedatum 21.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005044991
Offenlegungstag 22.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.03.2007
IPC-Hauptklasse C23C 4/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01D 5/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten temperatur- und korrosionsbeständigen Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mittels thermischem Spritzen, wobei während des Aufbringens der aus Keramik und/oder einer Hartstoff-Metall-Kombination bestehenden Schutzschicht auf das Bauteil zur Erzeugung einer abrasiven Oberfläche eine Strukturierung der von dem Bauteil abgewandten Oberfläche der Schutzschicht erfolgt. Die Erfindung betrifft zudem eine Schutzschicht, nämlich eine verschleißfeste temperatur- und korrosionsbeständige Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mit einer abrasiven Oberfläche. Die Schutzschicht ist dabei einschichtig ausgebildet und durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt. Zudem betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, mit einer Schutzschicht.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten, temperatur- und korrosionsbeständigen Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mittels thermischen Spritzen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schutzschicht, nämlich eine verschleißfeste, temperatur- und korrosionsbeständige Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mit einer abrasiven Oberfläche. Zudem betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, mit einer Schutzschicht.

Derartige Korrosions- und Oxidationsschutzschichten sind bekannt und werden insbesondere in Teilen von Turbinen oder Flugtriebwerken wie auch Brennkammern eingesetzt. Als Heißkorrosionsschutzschichten werden sogenannte MCrAlY-Auflageschichten verwendet, wie sie zum Beispiel in der US-A-4080486, der EP-B1-0486489 und der US-A-4585481 beschrieben sind. Zudem können diese MCrAlY-Auflageschichten als Haftvermittler oder als Haftschicht zwischen dem metallischen Substrat, auf die die Schutzschicht aufgetragen wird, und einer keramischen Deckschicht verwendet werden. Die Aufbringung der Schutzschicht erfolgt dabei insbesondere durch thermische Spritzverfahren, wie z. B. Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Detonationsspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Laserspritzen oder Schmelzbadspritzen. Aus der DE-A1-10260462 sowie der DE-A1-10351168 sind weitere Verfahren zur Herstellung einer verschleißfreien Schicht mittels thermischen Spritzens bekannt. Auch die US-A-5935407 beschreibt das Aufbringen einer MCrAlY-Basisschicht auf ein Werkstück mittels einem Plasma-Spritzverfahren.

Nachteilig an diesen bekannten Verfahren, wie auch den daraus resultierenden Schutzschichten, ist jedoch, dass zur Herstellung bekannter Schutzschichten mit abrasiven Oberflächen bzw. Eigenschaften immer mehrere Verfahrensschritte notwendig sind, um die eigentliche Schutzschicht aufzubringen. Die daraus resultierenden Schutzschichten zeigen zudem immer einen mehrschichtigen Aufbau (vgl. auch EP-A1-0443877). Dies führt bedingt durch den hohen Zeitaufwand bei einer entsprechenden Beschichtung eines Werkstücks und dem damit verbundenen Materialaufwand zu relativ hohen Herstellungskosten. Zudem können notwendige Reparaturen beschädigter Schutzschichten ebenfalls nur sehr zeitintensiv und kostenaufwändig durchgeführt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einerseits kostengünstig ausführbar ist und andererseits eine einfache und schnelle Beschichtung entsprechender Bauteile erlaubt.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schutzschicht der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einfach und mit geringem Materialaufwand herstellbar ist und abrasive Eigenschaften aufweist.

Es ist weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bauteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches mit einer einfachen und kostengünstigen aufbringbaren Schutzschicht zumindest teilweise überzogen ist.

Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren, eine Schutzschicht und ein Bauteil gemäß den in den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 16 beschriebenen Merkmalen und Verfahrensschritten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine verschleißfeste, temperatur- und korrosionsbeständige Schutzschicht mittels thermischem Spritzen auf ein Bauteil, insbesondere auf ein Bauteil einer Gasturbine aufgetragen, wobei während des Aufbringens der aus Keramik und/oder einer Hartstoff-Metall-Kombination bestehenden Schutzschicht auf das Bauteil zur Erzeugung einer abrasiven Oberfläche einer Strukturierung der von dem Bauteil abgewandten Oberfläche der Schutzschicht erfolgt. Damit ist es vorteilhafter Weise möglich, dass die verschleißfeste Schicht in einem Arbeitsgang, d. h. einschichtig, durch thermisches Spritzen aufgebracht werden kann. Gleichzeitig erfolgt die Strukturierung der bauteilabgewandten Oberfläche der Schutzschicht. Da zur Herstellung der Schutzschicht keine weiteren Arbeitsgänge notwendig sind, kann das Verfahren kostengünstig, einfach und schnell durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Strukturierung durch eine Abdeckmaskierung während des Aufbringens der Schutzschicht erzeugt. Es ist aber auch möglich, dass die Strukturierung durch ein segmentiertes Aufbringen der Schutzschicht bzw. einzelner Schutzschichtelemente erzeugt wird. Des Weiteren ist es möglich, dass die Strukturierung durch einen unterschiedlich dicken Auftrag der Schutzschicht auf das Bauteil erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann die Art der Strukturierung vorbestimmt werden und den entsprechenden Anforderungen an das Bauteil bzw. den Anforderungen an die Schutzschicht angepasst werden.

Eine erfindungsgemäße Schutzschicht, nämlich eine verschleißfeste, temperatur- korrosionsbeständige Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine weist eine abrasive Oberfläche auf, wobei die Schutzschicht einschichtig ausgebildet ist und mittels thermischem Spritzen auf das entsprechende Bauteil aufgetragen wird, wobei während des Aufbringens der aus Keramik und/oder einer Hartstoff-Metall-Kombination bestehenden Schutzschicht auf das Bauteil zur Erzeugung der abrasiven Oberfläche eine Strukturierung der von dem Bauteil abgewandten Oberfläche der Schutzschicht erfolgt. Eine derartige Schutzschicht ist einfach und kostengünstig herzustellen. insbesondere können auch sehr schnell Reparaturen an beschädigten Schutzschichten durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzschicht weist diese eine Dicke von 10 &mgr;m–6 mm insbesondere 30 &mgr;m–300 &mgr;m auf. Des Weiteren bestehen der oder die Hartstoffe aus Bornitrid-, Titankarbid-, Wolframkarbid-, Chromkarbid- oder Zirkonoxidpartikeln oder einer Mischung davon. Die Hartstoffe können dabei eine Partikelgröße von 0,1 &mgr;m –200 &mgr;m aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Hartstoffe in einer Matrix aus Metall oder eine Metall-Legierung angeordnet. Üblicherweise ist die metallische Matrix gemäß der Formel MCrAlXAE mit M = Fe, Co, Ni, NiCo oder CoNi, X = Si, Ta, V, Nb, Pt, Pd und AE = Y, Ti, Hf, Zr, Yb zusammengesetzt.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schutzschicht, kann diese als durchgängige oder segmentierte Schicht ausgebildet sein. Es ist zudem möglich, dass die Schutzschicht unterschiedliche Dicken aufweist, schneidenförmig ausgebildet ist oder eine Vielzahl von Vorsprüngen an der dem Bauteil abgewandten Oberfläche aufweist. Diese Vorsprünge können zum Beispiel zahn-, schneiden- oder spitzenförmig ausgebildet sein. Die genannten Strukturierungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Schutzschicht dienen zur Ausbildung der genannten abrasiven Oberfläche.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eine Laufschaufel, weist zumindest in einem Teilbereich, insbesondere der Schaufelspitze, eine Schutzschicht gemäß den im Vorhergehenden beschriebenen Merkmalen auf.

Verwendung findet die erfindungsgemäße verschleißfeste hochtemperatur-, oxidations- und korrosionsbeständige Schutzschicht insbesondere bei der Beschichtung und/oder Ausbesserung von Turbinen- und Triebwerksteilen, insbesondere von Gasturbinen in Flugtriebwerken.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungs- und Anwendungsbeispielen. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer erfindungsgemäßen Schutzschicht;

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer erfindungsgemäßen Schutzschicht; und

3a bis 3c schematisch dargestellte Seitenansichten weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Bauteile mit jeweils einer erfindungsgemäßen Schutzschicht.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bauteils 10 mit einer Schutzschicht 12. Bei dem dargestellten Bauteil 10 handelt es sich um eine Turbinenschaufel 20 mit einem Schaufelfuß 22 und einer dem Schaufelfuß 22 gegenüberliegenden Schaufelspitze 18. Man erkennt, dass an der Schaufelspitze 18 die Schutzschicht 12 ausgebildet ist. Die Schutzschicht 12 soll dabei verschleißfest, temperatur- und korrosionsbeständig sein und wird üblicherweise als Schaufelspitzenpanzerung bezeichnet. Zur Erzeugung einer abrasiven Oberfläche bzw. von abrasiven Eigenschaften ist die Schutzschicht 12 an der vom dem Bauteil 10 abgewandten Oberfläche strukturiert ausgebildet. Die Strukturierung erfolgt dabei während des Aufbringens der Schutzschicht 12 auf das Bauteil 10. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schutzschicht 12 eine Vielzahl von Vorsprüngen 16 an der dem Bauteil 10 abgewandten Oberfläche 14 auf.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bauteils 10 mit einer Schutzschicht 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Bauteil 10 ebenfalls um eine Turbinenschaufel 20. Man erkennt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Schutzschicht 12 als durchgängige Schicht ausgebildet ist. Abrasive Eigenschaften der Schutzschicht 12 werden bei diesem Ausführungsbeispiel durch unterschiedliche Dicken der Schutzschicht 12 oder auch durch eine schneidenförmige Ausbildung der Schutzschicht 12 erzielt (vgl. 3c).

Die 3a bis 3c zeigen schematisch dargestellte Seitenansichten weiterer Ausführungsbeispiele von Bauteilen 10 mit jeweils einer Schutzschicht 12. Bei den Bauteilen 10 handelt es sich wiederum um Turbinenschaufeln 20. Man erkennt, dass die Schaufelspitzen 18 jeweils zumindest teilweise mit der Schutzschicht 12 bedeckt sind. Die in 3a dargestellte Schutzschicht 12 ist segmentiert ausgebildet (vgl. auch 1). Die in den 3b und 3c dargestellten Schutzschichten 12 weisen sich nach außen hin verjüngende Querschnitte auf. Dadurch ergeben sich Schneidkanten 24, die zur Ausbildung der abrasiven Eigenschaft der Schutzschicht 12 an der dem Bauteil 10 gegenüberliegenden Oberfläche 14 führt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten temperatur- und korrosionsbeständigen Schutzschicht (12) für ein Bauteil (10), insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mittels thermischen Spritzen, da durch gekennzeichnet, dass während des Aufbringens der aus Keramik und/oder einer Hartstoff-Metall-Kombination bestehenden Schutzschicht (12) auf das Bauteil (10) zur Erzeugung einer abrasiven Oberfläche eine Strukturierung der von dem Bauteil (10) abgewandten Oberfläche (14) der Schutzschicht (12) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch eine Abdeckmaskierung während des Aufbringens der Schutzschicht (12) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch ein segmentiertes Aufbringen der Schutzschicht (12) erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch einen unterschiedlichen dicken Auftrag der Schutzschicht (12) auf das Bauteil (10) erzeugt wird. Schutzschicht, nämlich eine verschleißfeste temperatur- und korrosionsbeständige Schutzschicht (12) für ein Bauteil (10), insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, mit einer abrasiven Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) einschichtig ausgebildet ist und durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist. Schutzschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) eine Dicke von 10 &mgr;m–6,0 mm aufweist. Schutzschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) eine Dicke von 30 &mgr;m–300 &mgr;m, insbesondere 30–150 &mgr;m, aufweist. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) aus Keramik und/oder einer Hartstoff-Metall-Kombination besteht. Schutzschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Hartstoffe aus Bornitrid-, Titankarbid-, Wolframkarbid-, Chromkarbid- und Zirkonoxidpartikeln oder. einer Mischung davon bestehen. Schutzschicht nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffe eine Partikelgröße von 0,1 &mgr;m–200 &mgr;m aufweisen. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffe in einer Matrix aus Metall oder einer Metall-Legierung angeordnet sind. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) als durchgängige oder segmentierte Schicht ausgebildet ist. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) unterschiedliche Dicken aufweist. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) schneidenförmig ausgebildet ist. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) eine Vielzahl von Vorsprüngen (16) an der dem Bauteil (10) abgewandten Oberfläche (14) aufweist. Bauteil, insbesondere Bauteil einer Gasturbine, mit einer Schutzschicht (12) gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 bis 15. Verwendung einer verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen Schutzschicht (12) gemäß den Ansprüchen 5 bis 15 zur Beschichtung und/oder Ausbesserung von Turbinen- und Triebwerksteilen, insbesondere von Gasturbinen in einem Flugtriebwerk.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com