DE102007056454A1 - Verfahren zum Beschichten von Bauteilen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über kalt-kinetisches Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.
- Aus der Praxis ist es bereits bekannt, Bauteile einer Turbomaschine über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen zu Beschichten, wobei hierbei eine Beschichtung dadurch auf ein zu beschichtendes Bauteil aufgebracht wird, das Partikel des Beschichtungswerkstoffs mit Hilfe eines Trägergases auf eine zu beschichtende Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils gerichtet werden. Hierbei wird stets eine flächige Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils vorgenommen. Beim Beschichten über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen kann sich des Weiteren eine unerwünschte Porosität in der Beschichtung ausbilden, welche die Festigkeit der Beschichtung beeinträchtigt.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, zu schaffen.
- Dieses Problem wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren im Sinne von Anspruch 1 gelöst. Hiernach wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht.
- Nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht. Anschließend erfolgt vorzugsweise eine Wärmebehandlung zumindest der Beschichtung insbesondere über induktive Verfahren. Mit Hilfe des ersten Aspekts ist es möglich, die Porosität einer sich ausbildenden Beschichtung zu verringern und damit die Kohäsion der Beschichtung sowie deren Festigkeit zu erhöhen. So kann nach der Beschichtung mittels der nachfolgenden Wärmebehandlung aufgrund der Kapillarwirkung die Porosität im Inneren der Beschichtung verringert werden. Ein äußerer Teil der Beschichtung, der mit einer größeren Porosität zurückbleibt kann danach bevorzugt entfernt werden.
- Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren im Sinne von Anspruch 7 gelöst. Hiernach wird der Beschich tungswerkstoff punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht.
- Nach dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen ausschließlich punktuell bzw. abschnittsweise. Hierdurch können Bauteile mit lokal begrenzten Beschädigungen gezielt repariert werden, ohne dass hierzu eine Beschichtung vollständig vom zu reparierenden Bauteil entfernt werden muss.
- Die beiden Aspekte können auch in Kombination miteinander zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine verwendet werden.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend näher erläutert.
- Die hier vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichtung von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen. Hierbei wird ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung auf das Bauteil aufgebracht.
- Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das zu beschichtende Bauteil aufgebracht. Anschließend hieran wird zumindest die sich ausbildende Beschichtung oder alternativ das gesamte Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen. Bei der Wärmebehandlung erfolgt ein Aufschmelzen des Lotwerkstoffs und/oder des selbstfließenden Legierungswerkstoffs und eine Diffusionsverbindung zwischen dem Lotwerkstoff bzw. selbstfließenden Legierungswerkstoff und dem Bauteil sowie dem Beschichtungswerkstoff. Porositäten in der sich ausbildenden Beschichtung können geschlossen werden, wodurch die Kohäsion der Beschichtung und die Festigkeit derselben erhöht werden kann.
- Bei der Beschichtung über Kalt-Kinetisches Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen wird der Beschichtungswerkstoff zusammen mit dem Lotwerkstoff und/oder dem selbstfließenden Legierungswerkstoff mit Hilfe eines Trägergases auf das Bauteil aufgebracht, wobei im Trägergas eine Tempera tur zwischen 300 und 800°C und ein Druck zwischen 30 und 40 bar herrscht.
- Das Trägergas sowie Partikel des Beschichtungswerkstoffs sowie des Lotwerkstoffs und/oder des selbstfließenden Legierungswerkstoffs werden dabei mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1000 m/sec auf das Bauteil aufgebracht. Als Trägergas findet vorzugsweise Stickstoff Verwendung.
- Wie bereits ausgeführt, werden über das Trägergas Partikel des Beschichtungswerkstoffs zusammen mit Partikeln des Lotwerkstoffs und/oder Partikeln des selbstfließenden Legierungswerkstoffs auf das Bauteil aufgebracht. Die Partikelgröße der Partikel des Beschichtungswerkstoffs liegt zwischen 5 und 50 μm, wobei ein Maximum der gaußschen Verteilung für die Partikelgröße bei in etwa 30 μm liegt.
- Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird der Beschichtungswerkstoff gegebenenfalls zusammen mit dem Lotwerkstoff und/oder dem selbstfließenden Legierungswerkstoff nur punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht, wobei hierdurch insbesondere eine Reparatur eines beschädigten Abschnitts des Bauteils möglich ist.
- Das punktuelle Beschichten des Bauteils über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen erfolgt mit Hilfe eines räumlich eng begrenzten Spritzstrahls. Dies hat den Vorteil, dass eine z. B. beschädigte Beschichtung nicht mehr vollständig vom zu reparierenden Bauteil entfernt werden muss, sondern lokal begrenzt über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen repariert werden kann. Hierdurch ist eine kostengünstige Reparatur von Bauteilen möglich.
- Beispielsweise kommen beide Aspkete bei der Reparatur von Dichtfins, welche sich im Betrieb (Abdichtung rotierender Teile gegenüber statischen Teilen) in Wabendichtungen einarbeiten und dabei abnutzen, zum Einsatz.
- Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können die beschädigten Dichtfins punktuell wieder aufgebaut werden. Dabei wird mittels des Kaltgasspritzens metallisches Material zusammen mit einem Lotwerkstoff, der bei den niedrigen Prozesstemperaturen noch nicht schmilzt, aufgebracht. Eine anschließende Wärmbehandlung der neuen Schicht oder des gesamten Dichfins lässt den Lotwerkstoff schmelzen, wodurch die beim Beschichten entstandene Restporosität der Schicht durch die Kapillarwirkung nach innen verringert wird. Anschließend wird zuviel aufgebrachtes Material entfernt, beispielsweise abgedreht. Natürlich ist das Verfahren nicht auf die Verwendung von metallischen Beschichtungen beschränkt, es können auch metall-keramische Schichten aufgebracht werden.
Claims (9)
- Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an das Beschichten des Bauteils über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen zumindest die sich ausbildende Beschichtung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ausbildende Beschichtung und das Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen bei einer Temperatur zwischen 300 und 800°C, bei einem Druck zwischen 30 und 40 bar und bei einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1000 m/sec aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei über ein Trägergas Partikel aus dem Beschichtungswerkstoff mit einer Partikelgröße des Beschichtungswerkstoffs zwischen 5 und 50 μm zusammen mit Partikeln des Lotwerkstoffs und/oder Partikeln des selbstfließenden Legierungswerkstoffs aus das Bauteil aufgebracht werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Merkmale nach Anspruch 7 oder 8.
- Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass hierdurch ein Bauteil im Bereich beschädigter Abschnitte repariert wird.
- Verfahren nach Anspruche 7 oder 8, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
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