DE102004009752A1 - Schichtsystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem für metallische Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks. DOLLAR A Das Schichtsystem umfasst eine Wärmedämmschicht (13), die unter Zwischenanordnung einer Haftvermittlungsschicht (12) auf eine Oberfläche (11) eines Bauteils (10) aufgebracht ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Haftvermittlungsschicht (12) als MCrAlY-Schicht ausgebildet, wobei M aus den Elementen Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen hiervon ausgewählt ist; die Wärmedämmschicht (13) ist aus einem Material gebildet, welches aus mindestens einer Komponente mit mindestens einer Phase besteht, die stöchiometrisch 1 bis 80 Mol-% Mx¶2¶O¶3¶, 0,5 bis 80 Mol-% MyO und als Rest Al¶2¶O¶3¶ mit zufälligen Verunreinigungen aufweist, wobei Mx aus den Elementen Lanthan und Neodym oder Mischungen hiervon ausgewählt ist und wobei My aus den Erdalkalimetallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden oder Mischungen hiervon, vorzugsweise aus Magnesium, Zink, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Europium, Samarium oder Mischungen hiervon, ausgewählt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem für metallische Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einem solchen Schichtsystem.
- Zum Schutz vor hohen Temperaturen und vor Heißgaskorrosion werden metallische Bauteile einer Gasturbine mit Wärmedämmschichten versehen. So zeigt zum Beispiel die
DE 100 08 861 A1 ein Wärmdämmschichtsystem für ein metallisches Bauteil, wobei das Wärmedämmschichtsystem aus zwei Schichten besteht, nämlich aus einer inneren Kontaktschicht und einer äußeren Deckschicht. Die innere Kontaktschicht befindet sich zwischen einer Haftvermittlungsschicht und der äußeren Deckschicht, wobei die Haftvermittlungsschicht auf dem Bauteil aufgebracht ist. Nach derDE 100 08 861 A1 besteht die innere Kontaktschicht des Wärmedämmschichtsystems ganz oder überwiegend aus mit Y2O3 teilstabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem Glas-Metall-Kompositwerkstoff, die äußere Deckschicht besteht aus vollstabilisiertem, kubischem Zirkonoxid. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Schichtsystem für metallische Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, zu schaffen.
- Dieses Problem wird durch ein Schichtsystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß ist die Haftvermittlungsschicht als MCrAlY-Schicht ausgebildet, wobei M aus den Elementen Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen hiervon ausgewählt ist; die Wärmedämmschicht ist erfindungsgemäß aus einem Material gebildet, welches aus mindestens einer Komponente mit mindestens einer Phase besteht, die stöchiometrisch 1 bis 80 Mol-% Mx2O3, 0,5 bis 80 Mol-% MyO und als Rest Al2O3 mit zufälligen Verunreinigungen aufweist, wobei Mx aus den Elementen Lanthan und Neodym oder Mischungen hiervon ausgewählt ist, und wobei My aus den Erdalkalimetallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden oder Mischungen hiervon, vorzugsweise aus Magnesium, Zink, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Europium, Samarium oder Mischungen hiervon, ausgewählt ist.
- Die vorzugsweise aus Lanthanhexaaluminat gebildete, einlagige Wärmedämmschicht ist unmittelbar auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht, wo bei die Haftvermittlungsschicht unmittelbar auf das metallische Bauteil aufgebracht ist. Alternativ hierzu kann zwischen der Haftvermittlungsschicht und der Wärmedämmschicht auch eine zusätzliche Zwischenschicht aus yttrium-teilstabilisiertem Zirkonoxid aufgebracht sein.
- Das erfindungsgemäße Bauteil mit einem solchen Schichtsystem ist in Patentanspruch 8 definiert.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine stark schematisierte Ansicht eines erfindungsgemäßen Schichtsystems für Gasturbinenbauteile. -
1 zeigt stark schematisiert ein metallisches Bauteil10 einer Gasturbine, wobei auf eine Oberfläche11 des Bauteils10 eine Haftvermittlungsschicht12 aufgebracht ist. Auf die Haftvermittlungsschicht12 ist eine Wärmedämmschicht13 aufgebracht, wobei die Wärmedämmschicht13 einlagig ausgebildet ist. - Die auf die Oberfläche
11 des metallischen Bauteils10 aufgebrachte Haftvermittlungsschicht12 ist metallisch ausgebildet und als MCrAlY-Schicht ausgebildet. M ist aus den Elementen Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen hiervon ausgewählt. Die Haftvermittlungsschicht12 ist unmittelbar auf das metallische Bauteil10 aufgebracht und erhöht die Haftung der Wärmedämmschicht13 auf dem metallischen Bauteil10 . - Die Haftvermittlungsschicht
12 aus dem MCrAlY-Werkstoff wird vorzugsweise durch thermischen Spritzen wie Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf das metallische Bauteil10 aufgetragen. - Die Wärmedämmschicht
13 ist aus einem Material gebildet, welches aus mindestens einer Komponente mit mindestens einer Phase besteht, die stöchiometrisch 1 bis 80 Mol-% Mx2O3, 0,5 bis 80 Mol-% MyO und als Rest Al2O3 mit zufälligen Verunreinigungen aufweist, wobei Mx aus den Elementen Lanthan und Neodym oder Mischungen hiervon ausgewählt ist, und wobei My aus den Erdalkalimetallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden oder Mischungen hiervon, vorzugsweise aus Magnesium, Zink, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Europium, Samarium oder Mischungen hiervon, ausgewählt ist. - Die Wärmedämmschicht
13 ist vorzugsweise aus Lanthanhexaaluminat gebildet. Das Lanthanhexaaluminiat ist dabei vorzugsweise mit Magnesium oder auch Mangan stabilisiert. - Die Wärmedämmschicht
13 aus Lanthanhexaaluminat wird vorzugsweise durch einen PVD (Physical Vapor Deposition)-Prozess oder durch ein Schlickerverfahren auf das Bauteil10 aufgebracht. Als PVD-Prozess eignet sich insbesondere ein Elektronenstrahl (EB) PVD-Prozess. Die Haftvermittlungsschicht wird vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) aufgebracht. Eine optionale Zwischenschicht wird bevorzugt durch ein Schlickerverfahren oder einen PVD-Prozess aufgebracht. - Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Schichtsystem vorgeschlagen, welches zwei Schichten umfasst, nämlich eine Haftvermittlungsschicht
12 aus einem MCrAlY-Werkstoff und eine Wärmedämmschicht13 aus Lanthanhexaaluminat, welches zusätzlich noch durch eine Zwischenschicht aus yttrium-teilstabilisiertem Zirkonoxid erweitert werden kann. - Ein derartiges Schichtsystem stellt ein besonders bevorzugtes Schichtsystem bereit, welches einerseits eine optimierte Haftung der Wärmedämmschicht
13 auf dem Bauteil10 und andererseits eine optimierte Thermowechselbeständigkeit aufweist. - Durch den dreischichtigen Aufbau des Gesamtsystems aus metallischem Bauteil
10 , metallischer Haftvermittlungsschicht12 und Wärmedämmschicht13 aus Lanthanhexaaluminat wird ein einfacher und kostengünstig herstellbarer Aufbau gewährleistet. -
- 10
- Bauteil
- 11
- Oberfläche
- 12
- Haftvermittlungsschicht
- 13
- Wärmedämmschicht
Claims (8)
- Schichtsystem für metallische Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, mit einer Wärmedämmschicht (
13 ), die unter Zwischenanordnung einer Haftvermittlungsschicht (12 ) auf eine Oberfläche (11 ) eines Bauteils (10 ) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Haftvermittlungsschicht (12 ) als MCrAlY-Schicht ausgebildet ist, wobei M aus den Elementen Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen hiervon ausgewählt ist, b) dass die Wärmedämmschicht (13 ) aus einem Material gebildet ist, welches aus mindestens einer Komponente mit mindestens einer Phase besteht, die stöchiometrisch 1 bis 80 Mol-% Mx2O3, 0,5 bis 80 Mol-% MyO und als Rest Al2O3 mit zufälligen Verunreinigungen aufweist, wobei Mx aus den Elementen Lanthan und Neodym oder Mischungen hiervon ausgewählt ist, und wobei My aus den Erdalkalimetallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden oder Mischungen hiervon, vorzugsweise aus Magnesium, Zink, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Europium, Samarium oder Mischungen hiervon, ausgewählt ist. - Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmedämmschicht (
13 ) Mx2O3 als La2O3 und MyO als MgO ausgeführt ist, wobei die Phase eine Hexaaluminatphase der Magnetoplumbit-Struktur ist. - Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (
13 ) aus Lanthanhexaaluminat gebildet ist. - Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die als MCrAlY-Schicht ausgebildete Haftvermittlungsschicht (
12 ) unmittelbar auf das Bauteil (10 ) aufgebracht ist, und dass die aus Lanthanhexaaluminat gebildete Wärmedämmschicht (13 ) unmittelbar auf die Haftvermittlungsschicht (12 ) aufgebracht ist. - Wärmedämmschichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die als MCrAlY-Schicht ausgebildete Haftvermittlungsschicht (
12 ) durch thermisches Spritzen, insbesondere durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, unmittelbar auf das Bauteil (10 ) aufgebracht ist. - Wärmedämmschichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Lanthanhexaaluminat gebildete Wärmedämmschicht (
13 ) durch Gasphasenabscheidung, insbesondere durch einen Elektonenstrahl-PVD-Prozess, oder als Schlickerschicht unmittelbar auf die Haftschicht (12 ) aufgebracht ist. - Wärmedämmschichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
10 ) metallisch ausgebildet ist. - Bauteil, insbesondere Bauteil einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, mit einer auf einer metallischen Bauteiloberfläche aufgebrachten Haftvermittlungsschicht (
12 ) und einer auf die Haftvermittlungsschicht (12 ) aufgebrachten Wärmedämmschicht (13 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (12 ) und die Wärmedämmschicht (13 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sind.
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