DE102008053540A1

DE102008053540A1 - High temperature anti-corrosion layer and method of manufacture

Info

Publication number: DE102008053540A1
Application number: DE102008053540A
Authority: DE
Inventors: Markus Niedermeier; Horst Pillhöfer; Siegfried Seuss
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-04-29
Also published as: EP2352856B1; CA2741957A1; EP2352856A1; WO2010048932A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallhaltigen Hochtemperaturschutzschicht auf einem metallischen Hochtemperaturwerkstoff (5), bei welchem das Metall zur Bildung der Hochtemperaturschutzschicht über die Gasphase auf dem Hochtemperaturwerkstoff abgeschieden wird, wobei der Hochtemperaturwerkstoff für eine bestimmte Zeit auf einer Diffusionstemperatur gehalten wird, so dass zumindest ein Teil des abgeschiedenen Metalls zur Bildung einer Diffusionszone in den Hochtemperaturwerkstoff diffundiert, wobei der Hochtemperaturwerkstoff im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche nicht im Kontakt mit Festkörpern oder Flüssigkeiten steht, sondern lediglich eine Grenzfläche Feststoff/Gas aufweist sowie ein Bauteil aus einem Hochtemperaturwerkstoff mit einer Heißgaskorrosionsschutzschicht, die Chrom enthält, wobei eine auf der Oberfläche des Hochtemperaturwerkstoffs aufgebrachte chromhaltige Auflageschicht (20), eine in dem Hochtemperaturwerkstoff vorliegende Diffusionsschicht (22) und eine zwischen Auflageschicht und Diffusionsschicht vorliegende Aufbauzone (21) gegeben sind, deren Chromgehalt zwischen dem der Diffusionsschicht und der Auflageschicht liegt.The present invention relates to a process for producing a metal-containing high-temperature protective layer on a high-temperature metallic material (5) in which the metal for forming the high-temperature protective layer is deposited on the high-temperature material via the gaseous phase, wherein the high-temperature material is kept at a diffusion temperature for a certain time in that at least part of the deposited metal diffuses into the high-temperature material to form a diffusion zone, the high-temperature material not being in contact with solids or liquids in the region of the surface to be coated, but having only one solid / gas interface and one component made of a high-temperature material having one A hot gas corrosion protection layer containing chromium, wherein a chromium-containing overlay layer (20) applied to the surface of the high-temperature material, one in the high-temperature material Given diffusion layer (22) and a present between the support layer and diffusion layer build-up zone (21) are given, whose chromium content is between that of the diffusion layer and the support layer.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallhaltigen Hochtemperaturschutzschicht auf einem metallischen Hochtemperaturwerkstoff, bei welchem das Metall zur Bildung der Hochtemperaturschutzschicht über die Gasphase auf dem Hochtemperaturwerkstoff abgeschieden wird und wobei der Hochtemperaturwerkstoff für eine bestimmte Zeit auf einer Diffusionstemperatur gehalten wird, so dass zumindest ein Teil des abgeschiedenen Metalls zur Bildung einer Diffusionszone in den Hochtemperaturwerkstoff diffundiert. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechend hergestelltes Bauteil aus einem Hochtemperaturwerkstoff mit einer Heißgaskorrosionsschutzschicht, die insbesondere Chrom enthält.The The present invention relates to a process for the preparation of a Metal-based high-temperature protective coating on a metallic High temperature material in which the metal is used to form the High temperature protective layer over the gas phase on the high temperature material is deposited and wherein the high temperature material for is kept at a diffusion temperature for a certain time, leaving at least part of the deposited metal to form Diffusion zone diffused into the high-temperature material. The invention also relates to a correspondingly manufactured component from a high temperature material with a hot gas corrosion protection layer, which contains in particular chromium.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik sind Oxidations- bzw. Heißgaskorrosionsschutzschichten zum Schutz metallischer Werkstoffe, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, bekannt. Beispielsweise sind diese in Michael Schütze: Protective Oxide Scales and their Breakdown, John Wiley & Sons Ltd., Chichester, New York, Weinheim, Brisbane, Singapur, Toronto (ISBN: 0-471-95904-9) beschrieben.Oxidation or hot gas corrosion protection layers for protecting metallic materials which are used at high temperatures are known from the prior art. For example, these are in Michael Schütze: Protective Oxide Scales and their Breakdown, John Wiley & Sons Ltd., Chichester, New York, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto (ISBN: 0-471-95904-9) described.

Als Schutzschichten werden hierbei insbesondere chromhaltige und aluminiumhaltige Schichten eingesetzt, da diese langsam wachsende Chromoxid- bzw. Aluminiumoxidschichten bilden. Zur Bildung von Chromschichten ist es bekannt, diese als Diffusionsschichten auszubilden, wobei zunächst Chrom elektrolytisch oder über die Gasphase in einer Pulverpackung abgeschieden wird, um anschließend in den zu schützenden Werkstoff zu diffundieren.When Protective coatings here are in particular chromium-containing and aluminum-containing Layers used as these slowly growing chromium oxide or Form aluminum oxide layers. To form chromium layers is it is known to form these as diffusion layers, wherein first chromium electrolytically or via the gas phase in a powder pack is deposited to subsequently in the protected Material to diffuse.

Ein entsprechendes Verfahren ist auch in der internationalen Anmeldung WO 2006/076013 A2 beschrieben, bei der Turbinenschaufeln durch ein Chromdiffusionsverfahren beschichtet werden.A corresponding method is also in the international application WO 2006/076013 A2 in which turbine blades are coated by a chromium diffusion process.

Bei diesem Verfahren wird das zu beschichtende Bauteil in einer Pulverpackung aus dem sog. Spendermetall eingepackt, wobei in der Pulverpackung zusätzlich ein Aktivator enthalten ist und ein neutrales Füllmaterial zur Vermeidung von Agglomerationen des Pulvers vorgesehen sein kann. Der Akti vator ist meist eine Halogenverbindung, insbesondere eine Chlorverbindung, die leicht flüchtig ist und die den Transport des Spendermaterials auf die zu beschichtende Oberfläche übernimmt, so dass dieses dort abgeschieden wird.at This method is the component to be coated in a powder pack from the so-called donor metal wrapped, wherein in the powder pack In addition, an activator is included and a neutral one Filler material to avoid agglomeration of the powder can be provided. The Akti vator is usually a halogen compound, in particular a chlorine compound, which is easily volatile is and the transport of the donor material to be coated Surface takes over, so this deposited there becomes.

Obwohl mit derartigen Verfahren zum Inchromieren bereits zufriedenstellende Schutzschichten erzeugt werden können, besteht ein Nachteil dieser Verfahren darin, dass die entstehenden Schichten oftmals sehr spröde sind und der Beschichtungsprozess nur schwer steuerbar ist.Even though already satisfactory with such methods for inchomizing Protective layers can be generated, there is a disadvantage This method is that the resulting layers often are very brittle and the coating process is difficult is controllable.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hochtemperaturschutzschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben, insbesondere für Hochtemperaturwerkstoffe, die bei Turbinenschaufeln und insbesondere Flugzeugturbinen eingesetzt werden, bereitzustellen. Hierbei soll die Hochtemperatur- bzw. Heißgaskorrosionsschutzschicht die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere gute mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Schwingfestigkeit und der Duktilität aufweisen. Das entsprechende Verfahren soll gut steuer- und regelbar und einfach anwendbar sein.It is therefore an object of the present invention, a high-temperature protective layer and a method for producing the same, in particular for High-temperature materials used in turbine blades and in particular Used to provide aircraft turbines. This should be the high-temperature or hot gas corrosion protection layer Avoid the disadvantages of the prior art and in particular good mechanical properties in terms of fatigue strength and having ductility. The appropriate procedure should well controllable and easy to use.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes beschichtetes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 26. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is solved by a method with the features of claim 1 and a corresponding coated component with the features of claim 26. Advantageous embodiments are Subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass eine Verbesserung des aus dem Stand der Technik bekannten Abscheidens aus der Gasphase in einem Pulverpack dahingehend erreicht werden kann, dass das zu beschichtende Bauteil nicht in dem Pulverpack eingebettet ist, sondern in einem Abstand von dem Spendermetall angeordnet ist, so dass eine reine Abscheidung über die Gasphase stattfindet, wobei die zu beschichtende Oberfläche des Hochtemperaturwerkstoffs nicht im Kontakt mit Festkörpern oder Flüssigkeiten steht, sondern lediglich eine Grenzfläche Feststoff/Gas aufweist. Entsprechend ist jede Abscheidung über die Gasphase denkbar, unabhängig davon, wie die Gasphase erzeugt wird.The The invention is based on the recognition that an improvement in the known from the prior art deposition from the gas phase in a powder pack can be achieved in that the to be coated Component is not embedded in the powder pack, but in one Distance from the donor metal is arranged, leaving a pure Deposition takes place via the gas phase, with the Coating surface of high temperature material not in contact with solids or liquids is, but only a solid / gas interface having. Accordingly, each deposition is via the gas phase conceivable, regardless of how the gas phase is generated.

Zugleich wird über eine entsprechende Erwärmung die Diffusion der metallischen Schutzschichtkomponente in den Hochtemperaturwerkstoff sicher gestellt.at the same time is via a corresponding heating the diffusion the metallic protective layer component in the high-temperature material safely posed.

Durch die Trennung der zu beschichtenden Oberfläche von dem Spendermetall ist eine verbesserte Steuerung des Beschichtungsprozesses möglich und die abgeschiedene Schicht ist duktiler.By the separation of the surface to be coated from the donor metal an improved control of the coating process is possible and the deposited layer is more ductile.

Die Abscheidung über die Gasphase ist insbesondere möglich, wenn nach den bekannten Verfahren mit Spendermetallpartikel und einem Aktivator die Spendermetallpartikel bzw. der Aktivator in einem Abstand von der zu beschichtenden Oberfläche des Hochtemperaturwerkstoffs gehalten werden. Der Abstand kann hierbei insbesondere 0,1 bis 100 mm, vorzugsweise 0,5 bis 50 mm betragen. Das Spendermetallpulver kann hierbei in einer Schüttung in der Nähe der zu behandelnden Oberfläche vorliegen.The deposition via the gas phase is possible in particular if, according to the known Ver drive with donor metal particles and an activator the donor metal particles or the activator are kept at a distance from the surface to be coated of the high-temperature material. The distance may be in particular 0.1 to 100 mm, preferably 0.5 to 50 mm. The donor metal powder may be present in a bed near the surface to be treated.

Die Schüttung des Spendermetallpulvers kann eine Dichte aufweisen, die 80% Raumausfüllung oder weniger, insbesondere 70% Raumsfüllung oder weniger umfasst, um eine ausreichend große Oberfläche für die Reaktion des Spendermetalls mit dem Aktivator zu ermöglichen.The Bulk of the donor metal powder may have a density the 80% room filling or less, especially 70% room filling or less includes to a sufficiently large surface for the reaction of the donor metal with the activator too enable.

Das Spendermetallpulver kann entsprechend mit einer durchschnittlichen oder maximalen Partikelgröße von 2 mm oder größer, insbesondere 3 mm oder größer vorliegen, was wiederum die Bereitstellung einer ausreichenden Reaktionsoberfläche des Spendermetalls begünstigt.The Donor metal powder can be used accordingly with an average or maximum particle size of 2 mm or larger, in particular 3 mm or greater, which in turn the provision of a sufficient reaction surface of the Donated metal favored.

Das Verfahren wird bei einer Prozesstemperatur durchgeführt, bei der einerseits eine Diffusion des abgeschiedenen Metalls in den Hochtemperaturwerkstoff erfolgt und andererseits bei Verwendung eines entsprechenden chemischen Dampfphasenabscheideverfahrens (CVD Chemical Vapour Deposition) mit Spendermetallpulver und Aktivator ein ausreichender Metalltransport des abzuscheidenden Metalls stattfindet. Dementsprechend wird vorzugsweise der Aktivator so gewählt, dass bei der Prozesstemperatur bzw. Diffusionstemperatur der Aktivator einen Dampfdruck von 0,1 bis 600 mbar, vorzugsweise 0,5 bis 500 mbar aufweist.The Method is performed at a process temperature in the one hand, a diffusion of the deposited metal in the high-temperature material and on the other hand when using a corresponding chemical vapor deposition method (CVD Chemical Vapor Deposition) with donor metal powder and activator sufficient metal transport of the metal to be deposited takes place. Accordingly, the activator is preferably chosen to be that at the process temperature or diffusion temperature of the activator one Vapor pressure of 0.1 to 600 mbar, preferably 0.5 to 500 mbar.

Das Verfahren, das unter Ausschluss von reaktiven Gasen, wie Sauerstoff und dergleichen, in einer Vakuumkammer oder vergleichbaren Reaktionskammer durchgeführt wird, sieht zudem vor, dass die entsprechende Reaktionskammer vor und/oder nach der Beschichtung und/oder während einer reinen Diffusi onsphase gespült wird und zwar insbesondere mit einem Inert- oder Edelgas, vorzugsweise Argon.The Process involving the exclusion of reactive gases, such as oxygen and the like, in a vacuum chamber or similar reaction chamber also provides that the appropriate Reaction chamber before and / or after coating and / or during a pure diffusion phase is flushed on, and in particular with an inert or noble gas, preferably argon.

Dadurch kann zum Einen bei einer Spülung vor und/oder nach der Oberflächenbehandlung eine entsprechende Reinheit und Sauberkeit gewährleistet werden und zum Anderen ein zweistufiges Behandlungsverfahren angewandt werden. Bei dem zweistufigen Verfahren kann ein erster Prozessschritt vorgesehen sein, bei dem sowohl eine Abscheidung von Metall für die Hochtemperaturschutzschicht erfolgt und gleichzeitig die Diffusion des abgeschiedenen Metalls in den Hochtemperaturwerkstoff erfolgt. In einem zweiten Verfahrensschritt kann lediglich eine entsprechende Diffusion des vorher abgeschiedenen Metalls erfolgen, so dass gezielte die Menge des abgeschiedenen Materials und/oder die Diffusionstiefe eingestellt werden können. Im Vergleich zu den Verfahren nach dem Stand der Technik bietet somit das erfindungsgemäße Verfahren über eine entsprechende Spülung des reinen Gasraums ohne störende Pulverpackungen an der zu beschichtenden Oberfläche die Möglichkeit, gezielt Einfluss auf die Abscheidung und/oder Diffusion zu nehmen, da durch eine Veränderung der reinen Gasatmosphäre die Abscheidung von zusätzlichem Material gestoppt werden kann, während die Diffusion des abgeschiedenen Materials in dem Hochtemperaturwerkstoff fortgesetzt werden kann.Thereby On the one hand with a rinse before and / or after the Surface treatment a corresponding purity and cleanliness and, secondly, a two-stage treatment procedure be applied. In the two-stage process, a first Process step may be provided, in which both a deposition of Metal for the high temperature protective layer takes place and simultaneously the diffusion of the deposited metal into the high-temperature material he follows. In a second process step, only one appropriate diffusion of the previously deposited metal, so that targeted the amount of deposited material and / or the diffusion depth can be adjusted. Compared to the methods of the prior art thus provides the inventive Procedure for a corresponding flushing of pure gas space without disturbing powder packs on the zu coating surface the possibility of targeted To influence the deposition and / or diffusion, as by a change of the pure gas atmosphere the Deposition of additional material can be stopped while the diffusion of the deposited material in the High-temperature material can be continued.

Die Prozesstemperatur, bei der sowohl die Abscheidung als auch die Diffusion erfolgt und die deshalb auch als Diffusionstemperatur bezeichnet wird, kann im Bereich von 900°C bis 1200°C liegen, insbesondere 1100°C bis 1150°C und höchst vorzugsweise im Bereich von 1130°C bis 1135°C. Die Haltezeit, auch als Diffusionszeit bezeichnet, also die Zeit, während der der Hochtemperaturwerkstoff auf der Diffusionstemperatur gehalten wird, kann zwischen 2 Stunden und 15 Stunden, insbesondere 4 Stunden und 8 Stunden betragen.The Process temperature at which both the deposition and the diffusion takes place and which is therefore also referred to as the diffusion temperature, may be in the range of 900 ° C to 1200 ° C, in particular 1100 ° C to 1150 ° C and most preferably in the range of 1130 ° C to 1135 ° C. The holding time, also referred to as diffusion time, ie the time during the high-temperature material is kept at the diffusion temperature can be between 2 hours and 15 hours, especially 4 hours and 8 hours.

Bei einem zweistufigen Verfahren kann die reine Diffusionsphase, in der also keine Abscheidung zusätzlichen Materials stattfindet, 1/10 bis 1/15 der gesamten Haltezeit, insbesondere 1/12 der gesamten Haltezeit betragen, also insbesondere eine viertel Stunde bis eine dreiviertel Stunde, vorzugsweise ungefähr eine halbe Stunde.at a two-stage process, the pure diffusion phase, in that is, no deposition of additional material takes place, 1/10 to 1/15 of the total holding time, in particular 1/12 of the total Hold time, ie in particular a quarter of an hour to one three quarters of an hour, preferably about half an hour.

Vorzugsweise kann das Verfahren in einer zweischaligen Apparatur durchgeführt werden, wobei eine um die Reaktionskammer vorgesehene Außenkammer einen niedrigeren Druck aufweisen kann, so dass durch den Überdruck aus der Reaktionskammer lediglich Gas entweichen, aber keine Verunreinigungen in die Reaktionskammern gelangen können.Preferably the process can be carried out in a double-shell apparatus be, with an outer chamber provided around the reaction chamber may have a lower pressure, so that by the overpressure only gas escapes from the reaction chamber, but no impurities can get into the reaction chambers.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere für die Abscheidung einer Chromschutzschicht Verwendung finden und zwar auf entsprechenden Nickelbasislegierungen für Turbinenschaufeln. Entsprechend kann das Spendermaterial Chrompulver sein, wobei der Aktivator eine halogenhaltige, insbesondere chlorhaltige Verbindung sein kann, insbesondere ein Chlorid oder ein Halogenid eines Bestandteils des Hochtemperaturwerkstoffs oder des abzuscheidenden Metalls. Entsprechend können Nickelchloride, Kobaltchloride, Aluminiumchloride oder Chromchloride zum Einsatz kommen.The inventive method can in particular for the deposition of a chromium protective layer find use and indeed on corresponding nickel-base alloys for turbine blades. Accordingly, the donor material may be chromium powder, the Activator a halogen-containing, especially chlorine-containing compound may be, in particular a chloride or a halide of a component of the high-temperature material or of the metal to be deposited. Correspondingly Nickel chlorides, cobalt chlorides, aluminum chlorides or chromium chlorides be used.

Neben dem beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines Spendermaterialpulvers mit Aktivator ist es auch denkbar, direkt entsprechendes metallhaltiges Gas zur Abscheidung auf dem Hochtemperaturwerkstoff in den Reaktionsraum einzuführen.Next the described method using a dispenser material powder with activator, it is also conceivable directly corresponding metal-containing Gas for separation on the high-temperature material in the reaction space introduce.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine duktile Gradientenschutzschicht auf Basis von Chrom ausgebildet werden, die eine Auflageschicht, eine nach innen gerichtete Diffusionsschicht und eine zwischen der Diffusions- und Auflageschicht angeordnete Aufbauzone aufweist, wobei der Chromgehalt der Aufbauzone zwischen dem der Diffusionsschicht und der Auflageschicht liegt.With The process of the invention can be a ductile Gradient protective layer based on chromium, the one pad layer, an inward diffusion layer and one disposed between the diffusion and overlay layers Build-up zone, wherein the chromium content of the build-up zone between the diffusion layer and the overlay layer lies.

Die Auflageschicht kann insbesondere die Modifikation von α-Chrom aufweisen und einen Chromgehalt von 25 bis 90 Gew.-%, insbesondere 30 bis 80 Gew.-% aufweisen. Die Dicke der Auflageschicht kann im Bereich von 0,1 bis 20 μm, insbesondere 0,2 bis 15 μm gewählt werden. Die Aufbauzone kann einen Chrombehalt von 15 bis 40 Gew.-% und insbesondere 20 bis 30 Gew.-% aufweisen sowie eine Dicke von 2 bis 75 μm, insbesondere 5 bis 50 μm. Die Diffusionsschicht, die einen Chromgehalt von 5 bis 30 Gew.-%, insbesondere 10 bis 20 Gew.-% aufweisen kann, kann ebenfalls eine Dicke von 2 bis 75 μm, insbesondere 5 bis 50 μm aufweisen. Mit einer derartigen Hochtemperaturkorrosionsschutzschicht versehene Turbinenschaufeln auf Basis von Nickelbasislegierungen weisen einen Heißgaskorrosionswiderstand auf, der um den Faktor 10 besser ist als der Grundwerkstoff, wobei beispielsweise die Schwingfestigkeit im Niederlast- und Hochlastbereich nur geringfügig abnimmt.The Pad layer can in particular the modification of α-chromium and have a chromium content of 25 to 90 wt .-%, in particular 30 to 80 wt .-% have. The thickness of the overlay layer can be in Range of 0.1 to 20 .mu.m, in particular 0.2 to 15 microns to get voted. The buildup zone can have a chromium content of 15 to 40 wt .-% and in particular 20 to 30 wt .-% and have a Thickness of 2 to 75 microns, especially 5 to 50 microns. The diffusion layer, which has a chromium content of 5 to 30% by weight, may in particular 10 to 20 wt .-% may also have a Thickness of 2 to 75 microns, especially 5 to 50 microns exhibit. With such a high temperature corrosion protection layer provided turbine blades based on nickel-based alloys have a hot gas corrosion resistance around the Factor 10 is better than the base material, for example the fatigue strength in the low load and high load range only slightly decreases.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise inFurther Advantages, characteristics and features of the present invention in the following detailed description of Ausführungsbei play clearly with reference to the attached drawings. The painting show here in a purely schematic way in

1 eine Darstellung einer Apparatur zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens; und in 1 a representation of an apparatus for performing the coating method; and in

2 eine Schnittansicht durch einen Teil einer Werkstoffoberfläche mit der erfindungsgemäßen Hochtemperaturschutzbeschichtung. 2 a sectional view through a portion of a material surface with the high-temperature protective coating according to the invention.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

1 zeigt eine rein schematische Darstellung einer Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens. Die Apparatur umfasst fünf Prozesskammern 1, die identisch ausgebildet sind und übereinander gestapelt in einem Reaktionsraum 2, einer sog. Retorte, aufgenommen sind. Der Reaktionsraum 2 ist wiederum durch einen Haubenofen 3 umgeben, mittels dem die entsprechende Prozesstemperatur bzw. Diffusionstemperatur eingestellt werden kann. Der Haubenofen 3 umfasst hierzu beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung 9, die die elektrischen Anschlüsse 10 und 11 aufweist. 1 shows a purely schematic representation of an apparatus for carrying out the coating method according to the invention. The apparatus comprises five process chambers 1 , which are identical and stacked one above the other in a reaction space 2 , a so-called retort. The reaction space 2 is again through a hood furnace 3 surrounded, by means of which the corresponding process temperature or diffusion temperature can be adjusted. The hood oven 3 includes, for example, an electrical resistance heater 9 that the electrical connections 10 and 11 having.

Die Prozesskammern 1 weisen jeweils eine Gaszuführung 6 auf, die über eine nicht näher dargestellte zentrale Gasversorgung mit entsprechendem Gas versorgt werden. Die Gaszuführung 6 ist dabei so an den Reaktionskammern 1 angeordnet, dass ein in die Reaktionskammer 1 gerichteter Gasstrom auf ein am Boden der Reaktionskammer 1 angeordnetes Pulverbett 4 gerichtet ist. Das Pulverbett 4 weist das Spendermetall oder die Spendermetalllegierung, wie beispielsweise Chrom oder eine Chromlegierung, auf, die in den Reaktionskammern 1 auf die Bauteile 5 beschichtet werden sollen. Da die Gaszuführungen 6 auf das Pulverbett 4 gerichtet sind, lässt sich dieses mit einem Gasstrom in effektiver Weise durchspülen.The process chambers 1 each have a gas supply 6 on, which are supplied via a non-illustrated central gas supply with appropriate gas. The gas supply 6 is doing so at the reaction chambers 1 arranged that one in the reaction chamber 1 directed gas flow to a at the bottom of the reaction chamber 1 arranged powder bed 4 is directed. The powder bed 4 comprises the donor metal or donor metal alloy, such as chromium or a chromium alloy, in the reaction chambers 1 on the components 5 to be coated. Because the gas supplies 6 on the powder bed 4 are directed, this can flush with a gas flow in an effective manner.

Die Reaktionskammern 1 weisen zudem Gasauslässe 7 auf, die bei der Darstellung der 2 lediglich schematisch dargestellt sind. Der Gasauslass 7 kann in unterschiedlichster Weise als Rückschlagventil oder als semipermeable Dichtung, d. h. Dichtung mit einer Durchlassrichtung, ausgebildet sein, so dass gewährleistet ist, dass lediglich Gas aus den Reaktionskammern 1 entweichen, aber kein zusätzliches Gas in dieses gelangen kann. Damit ist gewährleistet, dass bei Spülung der Reaktionskammern 1 entsprechende Reaktionsprodukte aus der Kammer entfernt werden können und in dieser eine saubere Atmosphäre eingestellt werden kann.The reaction chambers 1 also have gas outlets 7 on that in the presentation of the 2 are shown only schematically. The gas outlet 7 can in many ways as a check valve or as a semi-permeable seal, ie seal with a passage, be formed, so as to ensure that only gas from the reaction chambers 1 escape, but no additional gas can get into it. This ensures that when flushing the reaction chambers 1 corresponding reaction products can be removed from the chamber and in this a clean atmosphere can be adjusted.

Darüber hinaus weist auch der Reaktionsraum 2 (Retorte) einen Gaseinlass 12 sowie einen Gasauslass 8 auf, der beispielsweise mit einem Gaswäscher 13 verbunden ist.In addition, also indicates the reaction space 2 (Retort) a gas inlet 12 and a gas outlet 8th on, for example, with a gas scrubber 13 connected is.

Der Betrieb erfolgt nun so, dass zunächst in den einzelnen Reaktionskammern 1 ein entsprechendes Pulver eines Spendermetalls oder einer Spendermetalllegierung eingebracht wird, beispielsweise ein Chrompulver. Zusätzlich wird auf die lose Schüttung des Spendermetallpulvers, bei dem eine Dichte mit einer maximal 70 oder 80%igen Raumausnutzung vorliegt, ein Aktivator gleichmäßig verteilt. Der Aktivator kann beispielsweise eine Halogenverbindung, insbesondere ein Chlorid des Spendermetalls oder ein Chlorid des Hochtemperaturwerkstoffs sein, der beschichtet werden soll. Bei einer Nickelbasislegierung, die beispielsweise Nickel, Kobalt, Aluminium und dergleichen aufweist, können beispielsweise Nickelchloride, Kobaltchloride, Aluminiumchloride, Chromchloride und dergleichen eingesetzt werden.The operation is now such that initially in the individual reaction chambers 1 a corresponding powder of a donor metal or a donor metal alloy is introduced, for example a chromium powder. In addition, an activator is evenly distributed to the loose bed of the donor metal powder, which has a density of maximum 70 or 80% space utilization. The activator may be, for example, a halogen compound, in particular a chloride of the donor metal or a chloride of the high-temperature material to be coated. For example, in a nickel-base alloy comprising, for example, nickel, cobalt, aluminum and the like, nickel chlorides, cobalt chlorides, aluminum chlorides, chromium chlorides and the like can be used.

Das zu beschichtende Bauteil 5 wird in der Nähe der Schüttung bzw. des Pulverbetts 4 angeordnet, wobei ein Abstand der zu beschichtenden Oberfläche von dem Pulverbett 4 in der Größenordnung von 0,5 bis 50 mm eingestellt wird. Die entsprechend hergerichteten Reaktionskammern 1, die beispielsweise durch einen Deckel verschlossen werden, werden dann aufeinander gestapelt, um in dem Reaktionsraum (Retorte) 2 aufgenommen zu werden. Der gesamte Aufbau aus übereinander gestapelten Reaktionskammern 1, die im Reaktionsraum 2 angeordnet sind, wird von dem Haubenofen 3 umgeben, so dass durch Erhitzen des Haubenofens 3 die im Pulverbett 4 befindlichen Materialien sowie das zu beschichtende Bauteil 5 erhitzt werden. Durch das Erhitzen werden die Metallhalogenide bzw. -chloride flüchtig und führen dazu, dass sie die entsprechende Metallkomponente, also das Spendermetall, auf die Oberfläche des Bauteils 5 transportiert wird, wo das Spendermetall entsprechend abgeschieden wird. Das frei werdende Halogen bzw. Chlor reagiert wiederum mit dem Spendermetall, beispielsweise Chrom, und fördert so das Spendermetall auf die Oberfläche des Bauteils 5.The component to be coated 5 gets near the bed or the powder bed 4 arranged, wherein a distance of the surface to be coated from the powder bed 4 is set in the order of 0.5 to 50 mm. The appropriately prepared reaction chambers 1 , the example be closed by a lid, are then stacked to each other in the reaction chamber (retort) 2 to be included. The entire structure of stacked reaction chambers 1 in the reaction room 2 are arranged, is from the hood furnace 3 surrounded, so by heating the hood furnace 3 the in the powder bed 4 located materials and the component to be coated 5 to be heated. By heating, the metal halides or chlorides become volatile and cause them, the corresponding metal component, ie the donor metal, on the surface of the component 5 is transported, where the donor metal is deposited accordingly. The liberated halogen or chlorine in turn reacts with the donor metal, for example chromium, and thus promotes the donor metal on the surface of the component 5 ,

Die Prozesstemperatur wird so gewählt, dass das Spendermetall in das Bauteil 5 hinein diffundieren kann, also beispielsweise bei einer Chromierung einer für Turbinenschaufeln verwendeten Nickelbasislegierung, eine Temperatur im Bereich von 1100 bis 1150°C, insbesondere 1130 bis 1135°C. Bei dieser Prozesstemperatur, die auch als Diffusionstemperatur bezeichnet werden kann, wird das zu beschichtende Bauteil 5 sowie die in den Prozesskammern 1 befindlichen Materialien für eine bestimmte Behandlungszeit gehalten, welche sich im Bereich von 3 bis 7 Stunden, insbesondere 3,75 bis 6,25 Stunden und höchst vorzugsweise im Bereich von 5 bis 6 Stunden befindet.The process temperature is chosen so that the donor metal in the component 5 can diffuse into, that is, for example, in a chromation of a nickel base alloy used for turbine blades, a temperature in the range of 1100 to 1150 ° C, in particular 1130 to 1135 ° C. At this process temperature, which can also be referred to as the diffusion temperature, becomes the component to be coated 5 as well as in the process chambers 1 held materials for a certain treatment time, which is in the range of 3 to 7 hours, especially 3.75 to 6.25 hours and most preferably in the range of 5 to 6 hours.

Der Beschichtungsprozess kann hierbei zweistufig gewählt werden, indem im zweiten Teil des Beschichtungsprozesses lediglich eine Diffusion des abgeschiedenen Metalls in das Bauteil ermöglicht wird, während eine weitere Abscheidung verhindert wird. Dazu wird über die Gaszuführungen 6 der Reaktionskammern 1 ein Inertgas, wie beispielsweise Argon, in die Reaktionskammern 1 eingeblasen, so dass die Halogenverbindungen, die zum Transport des Spendermetalls zur Bauteiloberfläche benötigt werden, über die nur in eine Richtung durchlässigen Gasausgänge 7 ausgespült werden. Durch eine zusätzliche Spülung des Reaktionsraums 2 über den Gaseinlass 12 und den Gasauslass 8 werden die Reaktionsgase auch aus dem Reaktionsraum 2 entfernt, wobei eine Reinigung des Abgases über den Gaswäscher 13 erfolgt. Somit wird im zweiten Teil des Behandlungsprozesses nur noch die Diffusion aufrecht erhalten, da die Prozess- bzw. Diffusionstemperatur beibehalten wird. Der zweite Teil der Behandlung kann ungefähr 1/10 bis 1/15 der gesamten Haltedauer, vorzugsweise 1/12 der Haltedauer betragen, wobei die Haltedauer die Zeitspanne ist, bei der in der Reaktionskammer 1 die gewünschte Diffusionstemperatur erreicht ist. Durch den zweistufigen Prozess mit einerseits gleichzeitiger Abscheidung und Diffusion des Schichtmaterials im ersten Prozessteil und andererseits dem Prozessabschnitt, in dem lediglich eine Diffusion stattfindet, kann die Menge an abgeschiedenen Material und somit die Dicke der abgeschiedenen Schicht variiert und eingestellt werden. Gleichzeitig kann durch Einstellung des Verhältnisses zwischen dem Prozessschritt, bei dem zugleich Material abgeschieden wird und Material in das Bauteil diffundiert, und dem Prozessschritt, bei dem lediglich eine Diffusion stattfindet, das Verhältnis zwischen einer entsprechend erzeugten Auflageschicht und einer Diffusionszone sowie einer sich dazwischen ausbildenden Aufbauzone eingestellt werden.In this case, the coating process can be selected in two stages, by allowing only diffusion of the deposited metal into the component in the second part of the coating process, while preventing further deposition. This is done via the gas supplies 6 the reaction chambers 1 an inert gas, such as argon, into the reaction chambers 1 injected, so that the halogen compounds that are needed to transport the donor metal to the component surface, via the only in one direction permeable gas exits 7 be rinsed out. By an additional flushing of the reaction space 2 over the gas inlet 12 and the gas outlet 8th The reaction gases are also from the reaction space 2 removed, with a purification of the exhaust gas through the gas scrubber 13 he follows. Thus, in the second part of the treatment process, only the diffusion is maintained, since the process or diffusion temperature is maintained. The second part of the treatment may be about 1/10 to 1/15 of the total holding period, preferably 1/12 of the holding period, the holding period being the period of time in which in the reaction chamber 1 the desired diffusion temperature is reached. Due to the two-stage process with on the one hand simultaneous deposition and diffusion of the layer material in the first process part and on the other hand, the process section in which only a diffusion takes place, the amount of deposited material and thus the thickness of the deposited layer can be varied and adjusted. At the same time, by adjusting the ratio between the process step in which material is deposited at the same time and material diffuses into the component, and the process step where only diffusion takes place, the ratio between a correspondingly generated overlay layer and a diffusion zone and a buildup zone therebetween can be determined be set.

Ferner kann durch die Spülung mit einem Inertgas erreicht werden, dass sehr saubere Oberflächen entstehen und die Gefahr, dass halogenhaltige, insbesondere chlorhaltige Rückstände in der Reaktionskammer enthalten sind, kann verringert werden.Further can be achieved by flushing with an inert gas, that very clean surfaces arise and the danger that halogen-containing, in particular chlorine-containing residues are contained in the reaction chamber can be reduced.

Während des gesamten Verfahrens kann der Reaktionsraum 2 mit einem Inertgas, wie Argon, gespült werden, um aus den Reaktionskammern 1 austretende Prozessgase abzuführen. Hierbei wird jedoch der Druck im Reaktionsraum 2 niedriger gehalten als in den Reaktionskammern 1, um lediglich einen Gasfluss aus den Reaktionskammern 1 in den Reaktionsraum 2 zuzulassen.Throughout the process, the reaction space 2 with an inert gas, such as argon, to be flushed out of the reaction chambers 1 remove escaping process gases. In this case, however, the pressure in the reaction chamber 2 kept lower than in the reaction chambers 1 to only a gas flow from the reaction chambers 1 in the reaction space 2 permit.

Während der Aufheizphase bzw. während der Haltezeit bei der Prozesstemperatur bzw. Diffusionstemperatur in der aktiven Prozessphase, also der ersten Verfahrensstufe mit gleichzeitiger Abscheidung und Diffusion wird in den Reaktionskammern 1 keine Spülung mit Inertgas vorgenommen. Diese setzt erst ein, wenn die sog. passive Verfahrensstufe, also Diffusion ohne zusätzliche Materialabscheidung, stattfinden soll. Darüber hinaus wird die Spülung mit Inertgas in den Prozesskammern 1 auch während der Abkühlphase aufrecht erhalten, wobei jedoch, ähnlich wie im Reaktionsraum 2, mit entsprechend abnehmender Temperatur die Spülmenge verringert werden kann.During the heating phase or during the holding time at the process temperature or diffusion temperature in the active process phase, ie the first process stage with simultaneous deposition and diffusion is in the reaction chambers 1 no flushing with inert gas made. This only starts when the so-called passive process step, ie diffusion without additional material separation, is to take place. In addition, the flushing with inert gas in the process chambers 1 maintained during the cooling phase, but, as in the reaction chamber 2 , with corresponding decreasing temperature, the flushing amount can be reduced.

Das Verfahren kann insbesondere so ausgeführt werden, dass die Spülrate so eingestellt wird, dass am Prozessende ein 10- bis 1000-facher Austausch des Prozesskammervolumens bzw. des Pulverbettvolumens stattfindet.The In particular, the method can be carried out such that the purge rate is adjusted so that at the end of the process 10- to 1000-fold replacement of the process chamber volume or the Powder bed volume takes place.

Durch das entsprechende Vorgehen ist es möglich, auf dem Bauteil 5 eine üblicherweise dreizonige Schutzschicht auszubilden, die aus einer Auflageschicht 20, einer Aufbauzone 21 und einer Diffusionsschicht 22 besteht, wie die 2 zeigt. Bei der Auflageschicht handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Chromierung um eine Schicht in der Modifikation des α-Chroms, wobei der Chromgehalt zwischen 25 und 80 Gew.-% variieren kann. Die Schichtdicke kann zwischen 0,2 μm und 15 μm betragen.By the appropriate procedure, it is possible on the component 5 to form a usually three-zone protective layer, which consists of a support layer 20 , a construction zone 21 and a diffusion layer 22 exists, like that 2 shows. In the overlay layer, the chromation according to the invention is a layer in the modification of the α-chromium, wherein the chromium content may vary between 25 and 80% by weight. The layer thickness can be between 0.2 μm and 15 μm.

Die Aufbauzone 21 weist einen geringeren Chromgehalt im Bereich von 15 bis 30 Gew.-% Chrom sowie eine Schichtdicke von 5 μm und 50 μm auf.The construction zone 21 has a lower chromium content in the range of 15 to 30 wt .-% chromium and a layer thickness of 5 microns and 50 microns.

Die innere Chrom-Diffusionsschicht 22 weist den niedrigsten Chromgehalt im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% bei einer Schichtdicke von 5 μm und 50 μm auf.The inner chromium diffusion layer 22 has the lowest chromium content in the range of 5 to 20 wt .-% at a layer thickness of 5 microns and 50 microns.

Obwohl die Grenzflächen 23 und 24 zwischen den einzelnen Schichten als klare Linien in der schematischen Darstellung der 2 dargestellt sind, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass diese Übergänge nicht scharf und diskret sind oder sein müssen, sondern vielmehr als allmähliche, kontinuierliche Übergänge vorliegen. Insbesondere kann der Chromgehalt von Außen nach Innen kontinuierlich abnehmen, so dass sich eine Gradientenschicht einstellt.Although the interfaces 23 and 24 between the individual layers as clear lines in the schematic representation of 2 It will be understood by those skilled in the art that these transitions are not sharp and discrete, or need be, but rather are present as gradual, continuous transitions. In particular, the chromium content can decrease continuously from the outside to the inside, so that a gradient layer is established.

Insbesondere in der Auflageschicht 20 können neben dem abgeschiedenen Chrom auch Elemente aus dem Werkstoff des zu beschichtenden Bauteils, beispielsweise Nickel, Kobalt, Aluminium und dergleichen vorliegen.Especially in the overlay layer 20 In addition to the deposited chromium, there may also be elements made of the material of the component to be coated, for example nickel, cobalt, aluminum and the like.

Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Schichtaufbau auf einem Hochtemperaturwerkstoff, wie beispielsweise eine Nickelbasissuperlegierung für Turbinenschaufeln zu einer deutlichen Verbesserung des Heißgaskorrosi onswiderstands führt, während die ebenfalls wichtige mechanische Eigenschaft im Hinblick auf die Schwingfestigkeit sowohl im Bereich niedriger Lastspielzahlen als hoher Lastspielzahlen nur geringfügig verschlechtert wird.It has been found that such a layer structure on a High temperature material, such as a nickel-base superalloy for turbine blades to a significant improvement of hot gas corrosion resistance leads while the likewise important mechanical property with regard to Vibration resistance both in the range of low load cycles as high load cycles only slightly deteriorated.

Entsprechend zeichnet sich die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich, aber besonders durch folgende Ausführungsformen aus:

1. Verfahren zur Herstellung einer metallhaltigen Hochtemperaturschutzschicht auf einem metallischen Hochtemperaturwerkstoff (5), bei welchem das Metall zur Bildung der Hochtemperaturschutzschicht über die Gasphase auf dem Hochtemperaturwerkstoff abgeschieden wird, wobei der Hochtemperaturwerkstoff für eine bestimmte Zeit auf einer Diffusionstemperatur gehalten wird, so dass zumindest ein Teil des abgeschiedenen Metalls zur Bildung einer Diffusionszone in den Hochtemperaturwerkstoff diffundiert, bei dem der Hochtemperaturwerkstoff im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche nicht im Kontakt mit Festkörpern oder Flüssigkeiten steht, sondern lediglich eine Grenzfläche Feststoff/Gas aufweist.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, bei dem Spendermetallpartikel und ein Aktivator auf eine Temperatur erhitzt werden, so dass sich über flüchtige Verbindungen des Spendermetalls mit dem Aktivator das Spendermetall auf dem Hochtemperaturwerkstoff abscheidet, wobei das Spendermetall in einem Abstand zum zu beschichtenden Hochtemperaturwerkstoff angeordnet ist.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, bei dem der Abstand zwischen Spendermetallpartikel und zu beschichtender Werkstoffoberfläche 0,1 bis 200 mm beträgt.
4. Verfahren nach Ausführungsform 2, bei dem der Abstand zwischen Spendermetallpartikel und zu beschichtender Werkstoffoberfläche 0,5 bis 50 mm beträgt.
5. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2 bis 4, bei dem die Spendermetallpartikel in einer Schüttung (4) mit einer Dichte von 70% Raumausfüllung oder weniger vorliegt.
6. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2 bis 4, bei dem die Spendermetallpartikel in einer Schüttung (4) mit einer Dichte von 60% Raumausfüllung oder weniger vorliegt.
7. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2 bis 6, bei dem die Spendermetallpartikel mit einer durchschnittlichen oder minimalen Partikelgröße von 2 mm oder mehr vorliegen.
8. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2 bis 6, bei dem die Spendermetallpartikel mit einer durchschnittlichen oder maximalen Partikelgröße von 3 mm oder mehr vorliegen.
9. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem der Aktivator bei der Diffusionstemperatur einen Dampfdruck von 0,1 bis 600 mbar aufweist.
10. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem der Aktivator bei der Diffusionstemperatur einen Dampfdruck von 0,5 bis 500 mbar aufweist.
11. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem das Verfahren in einer Reaktionskammer (1) durchgeführt wird, welche es ermöglicht, dass die Reaktionskammer vor und/oder nach der Beschichtung und/oder während einer reinen Diffusionsphase gespült wird.
12. Verfahren nach Ausführungsform 11, bei dem die Spülung der Reaktionskammer mit Inert- oder Edelgas, insbesondere Argon erfolgt.
13. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem ein zweistufiger Prozess durchgeführt wird, wobei in einem ersten Schritt eine Abscheidung von Metall der Hochtemperaturschutzschicht und Diffusion des Metalls in den Hochtemperaturwerkstoff erfolgt, während in einem zweiten Schritt im Wesentlichen lediglich eine Diffusion des vorher abgeschiedenen Metalls in den Hochtemperaturwerkstoff erfolgt.
14. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Diffusionstemperatur 900°C bis 1200°C beträgt.
15. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Diffusionstemperatur 1050°C bis 1160°C beträgt.
16. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Diffusionstemperatur 1130°C bis 1135°C beträgt.
17. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Haltezeit während der Diffusionstemperatur zwischen 2 h und 16 h liegt.
18. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Haltezeit während der Diffusionstemperatur zwischen 4 h und 8 h, insbesondere zwischen 5 h und 6 h liegt.
19. Verfahren nach Ausführungsform 13 und einer der Ausführungsformen 17 oder 18, bei dem der zweite Schritt 1/10 bis 1/15, insbesondere 1/12 der gesamten Haltezeit beträgt.
20. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem neben der Reaktionskammer (1) eine zusätzliche Außenkammer (2) verwendet wird, so dass ein zweischaliges Gehäuse vorliegt, wobei die Außenkammer bei einem Druck gehalten wird, der niedriger ist als der der Reaktionskammer.
21. Verfahren nach Ausführungsform 20, bei dem die Außenkammer während des ganzen Verfahrens mit einem Inert- oder Edelgas gespült wird.
22. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem das abzuscheidende Metall Chrom oder eine Chrom-haltige Legierung ist.
23. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem der Hochtemperaturwerkstoff eine Ni-Basislegierung und/oder ein Turbinenschaufelwerkstoff ist.
24. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2 bis 23, bei dem der Aktivator eine Chlor-haltige Verbindung, insbesondere ein Chlorid, eines Bestandteils des Hochtemperaturwerkstoffs oder des abzuscheidenden Metalls ist.
25. Verfahren nach Ausführungsform 1, bei dem das abzuscheidende Metall gasförmig in einen Reaktor zur Abscheidung auf dem Hochtemperaturwerkstoff eingeführt wird.
26. Bauteil aus einem Hochtemperaturwerkstoff mit einer Heißgaskorrosionsschutzschicht, die Chrom enthält, bei dem eine auf der Oberfläche des Hochtemperaturwerkstoffs aufgebrachte Chrom-haltige Auflageschicht (20), eine in dem Hochtemperaturwerkstoff vorliegende Diffusionsschicht (22) und eine zwischen Auflageschicht und Diffusionsschicht vorliegende Aufbauzone (21), deren Chromgehalt zwischen dem der Diffusionsschicht und der Auflageschicht liegt.
27. Bauteil nach Ausführungsform 26, bei dem die Auflageschicht (20) in der Modifikation von α-Chrom vorliegt.
28. Bauteil nach Ausführungsform 26 oder 27, bei dem die Auflageschicht (20) einen Chromgehalt von 25 bis 90 Gew.-% aufweist.
29. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 28, bei dem die Auflageschicht (20) einen Chromgehalt von 30 bis 80 Gew.-% aufweist.
30. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 29, bei dem die Auflageschicht (20) eine Dicke von 0,1 bis 20 μm aufweist.
31. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 29, bei dem die Auflageschicht (20) eine Dicke von 0,2 bis 15 μm aufweist.
32. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 31, bei dem die Aufbauzone (21) einen Chromgehalt von 15 bis 40 Gew.-% aufweist.
33. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 32, bei dem die Aufbauzone (21) einen Chromgehalt von 20 bis 30 Gew.-% aufweist.
34. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 33, bei dem die Aufbauzone (21) eine Dicke von 2 bis 75 μm aufweist.
35. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 33, bei dem die Aufbauzone (21) eine Dicke von 5 bis 50 μm aufweist.
36. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 35, bei dem die Diffusionsschicht (22) einen Chromgehalt von 5 bis 30 Gew.-% aufweist.
37. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 35, bei dem die Diffusionsschicht (22) einen Chromgehalt von 10 bis 20 Gew.-% aufweist.
38. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 37, bei dem die Diffusionsschicht (22) eine Dicke von 2 bis 75 μm aufweist.
39. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 38, bei dem die Diffusionsschicht (22) eine Dicke von 5 bis 50 μm aufweist.
40. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 39, bei dem der Hochtemperaturwerkstoff eine Ni-Basislegierung und/oder ein Turbinenschaufelwerkstoff ist.
41. Bauteil nach einer der Ausführungsformen 26 bis 40, bei dem das Bauteil eine Turbinenschaufel ist.

Accordingly, the present invention is not exclusive, but particularly by the following embodiments:

1. A process for producing a metal-containing high-temperature protective layer on a metallic high-temperature material ( 5 ), wherein the metal is deposited on the high-temperature material via the gas phase to form the high-temperature protective layer, wherein the high-temperature material is maintained at a diffusion temperature for a certain time so that at least a part of the deposited metal diffuses into the high-temperature material to form a diffusion zone the high-temperature material in the region of the surface to be coated is not in contact with solids or liquids, but only has a solid / gas interface.
2. The method of embodiment 1, wherein the donor metal particles and an activator are heated to a temperature such that the donor metal is deposited on the high temperature material via volatile compounds of the donor metal with the activator, wherein the donor metal is disposed at a distance from the high temperature material to be coated.
3. The method of embodiment 2, wherein the distance between the donor metal particles and to be coated material surface is 0.1 to 200 mm.
4. The method of embodiment 2, wherein the distance between the donor metal particles and the material surface to be coated is 0.5 to 50 mm.
5. The method according to any one of embodiments 2 to 4, wherein the donor metal particles in a bed ( 4 ) with a density of 70% space filling or less.
6. The method according to any one of embodiments 2 to 4, wherein the donor metal particles in a bed ( 4 ) with a density of 60% space filling or less.
7. The method according to any one of embodiments 2 to 6, wherein the donor metal particles are present with an average or minimum particle size of 2 mm or more.
8. A method according to any one of embodiments 2 to 6, wherein the donor metal particles having an average or maximum particle size of 3 mm or more are present.
9. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein the activator at the diffusion temperature has a vapor pressure of 0.1 to 600 mbar.
10. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein the activator at the diffusion temperature has a vapor pressure of 0.5 to 500 mbar.
11. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein the method in a reaction chamber ( 1 ), which allows the reaction chamber to be purged before and / or after coating and / or during a clean diffusion phase.
12. The method of embodiment 11, wherein the purging of the reaction chamber with inert or noble gas, in particular argon takes place.
13. Method according to one of the preceding embodiments, in which a two-stage process is carried out, wherein in a first step a deposition of metal of the high-temperature protective layer and diffusion of the metal into the high-temperature material occurs, while in a second step substantially only a diffusion of the previously deposited Metal takes place in the high-temperature material.
14. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein the diffusion temperature is 900 ° C to 1200 ° C.
15. Method according to one of the preceding embodiments, in which the diffusion stems temperature is 1050 ° C to 1160 ° C.
16. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein the diffusion temperature is 1130 ° C to 1135 ° C.
17. Method according to one of the preceding embodiments, in which the holding time during the diffusion temperature is between 2 h and 16 h.
18. Method according to one of the preceding embodiments, in which the holding time during the diffusion temperature is between 4 h and 8 h, in particular between 5 h and 6 h.
19. The method according to embodiment 13 and one of the embodiments 17 or 18, wherein the second step is 1/10 to 1/15, in particular 1/12 of the total holding time.
20. Method according to one of the preceding embodiments, in which besides the reaction chamber ( 1 ) an additional outer chamber ( 2 ) is used, so that a double-shell housing is present, wherein the outer chamber is maintained at a pressure which is lower than that of the reaction chamber.
21. The method of embodiment 20 wherein the outer chamber is purged with an inert or inert gas throughout the process.
22. Method according to one of the preceding embodiments, in which the metal to be deposited is chromium or a chromium-containing alloy.
23. Method according to one of the preceding embodiments, in which the high-temperature material is a Ni-base alloy and / or a turbine blade material.
24. The method according to any one of embodiments 2 to 23, wherein the activator is a chlorine-containing compound, in particular a chloride, a component of the high-temperature material or the metal to be deposited.
25. A method according to embodiment 1, wherein the metal to be deposited is introduced in gaseous form into a reactor for deposition on the high temperature material.
26. A component made of a high-temperature material with a hot gas corrosion protection layer which contains chromium, in which a chromium-containing coating layer () applied to the surface of the high-temperature material ( 20 ), a diffusion layer present in the high-temperature material ( 22 ) and a build-up zone present between the support layer and the diffusion layer (US Pat. 21 ) whose chromium content is between that of the diffusion layer and the overlay layer.
27. Component according to embodiment 26, in which the support layer ( 20 ) is present in the modification of α-chromium.
28. Component according to embodiment 26 or 27, in which the support layer ( 20 ) has a chromium content of 25 to 90 wt .-%.
29. Component according to one of embodiments 26 to 28, wherein the support layer ( 20 ) has a chromium content of 30 to 80 wt .-%.
30. Component according to one of embodiments 26 to 29, wherein the support layer ( 20 ) has a thickness of 0.1 to 20 microns.
31. Component according to one of embodiments 26 to 29, wherein the support layer ( 20 ) has a thickness of 0.2 to 15 microns.
32. Component according to one of embodiments 26 to 31, in which the build-up zone ( 21 ) has a chromium content of 15 to 40 wt .-%.
33. Component according to one of embodiments 26 to 32, in which the build-up zone ( 21 ) has a chromium content of 20 to 30 wt .-%.
34. Component according to one of embodiments 26 to 33, in which the build-up zone ( 21 ) has a thickness of 2 to 75 μm.
35. Component according to one of embodiments 26 to 33, in which the build-up zone ( 21 ) has a thickness of 5 to 50 microns.
36. Component according to one of embodiments 26 to 35, in which the diffusion layer ( 22 ) has a chromium content of 5 to 30 wt .-%.
37. Component according to one of embodiments 26 to 35, in which the diffusion layer ( 22 ) has a chromium content of 10 to 20 wt .-%.
38. Component according to one of embodiments 26 to 37, wherein the diffusion layer ( 22 ) has a thickness of 2 to 75 μm.
39. Component according to one of embodiments 26 to 38, in which the diffusion layer ( 22 ) has a thickness of 5 to 50 microns.
40. Component according to one of embodiments 26 to 39, wherein the high-temperature material is a Ni-based alloy and / or a turbine blade material.
41. Component according to one of embodiments 26 to 40, wherein the component is a turbine blade.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen möglich sind, beispielsweise in Form einer unterschiedlichen Kombination einzelner Merkmale oder durch das Weglassen eines einzelnen Merkmals, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Die vorliegende Erfindung schließt insbesondere sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Merkmale mit ein.Even though the present invention with reference to the embodiments has been described in detail, is for the expert of course, that the invention is not limited to this Embodiments is limited, but that rather modifications are possible, for example in shape a different combination of individual features or by the omission of a single feature, without the scope of the to leave the attached claims. The present In particular, the invention includes all combinations all featured features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/076013 A2 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Michael Schütze: Protective Oxide Scales and their Breakdown, John Wiley & Sons Ltd., Chichester, New York, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto (ISBN: 0-471-95904-9) [0002]

Claims

Process for producing a metal-containing high-temperature protective layer on a metallic high-temperature material ( 5 ) At which the metal is deposited to form the high-temperature protective layer via the gas phase in the high-temperature material, said high temperature material is maintained for a certain time at a diffusion temperature so that at least diffuses a portion of the deposited metal to form a diffusion zone in the high-temperature material, characterized characterized in that the high-temperature material in the region of the surface to be coated is not in contact with solids or liquids, but only has a solid / gas interface.

Method according to claim 1, characterized in that that donor metal particles and an activator to a temperature be heated so that over volatile compounds of the donor metal with the activator the donor metal on the high temperature material depositing, wherein the donor metal at a distance to be coated High temperature material is arranged.

Method according to claim 2, characterized in that that the distance between donor metal particles and to be coated Material surface is 0.1 to 200 mm.

Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the donor metal particles in a bed ( 4 ) is present at a density of 70% space filling or less and / or the donor metal particles are present with an average or minimum particle size of 2 mm or more.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the activator at the diffusion temperature has a vapor pressure of 0.1 to 600 mbar.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method in a reaction chamber ( 1 ), which allows the reaction chamber to be purged before and / or after the coating and / or during a pure diffusion phase, wherein the purging of the reaction chamber with inert or noble gas, in particular argon takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a two-stage process is performed is, wherein in a first step, a deposition of metal the high-temperature protective layer and diffusion of the metal in the High-temperature material takes place while in a second Step essentially just a diffusion of the previously deposited Metal takes place in the high-temperature material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion temperature is 900 ° C to 1200 ° C and / or the holding time on the diffusion temperature is between 2 h and 16 h, in particular the second step 1/10 to 1/15, in particular 1/12 of the total Holding time is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the reaction chamber ( 1 ) an additional outer chamber ( 2 ) is used, so that a double-shell housing is present, wherein the outer chamber is maintained at a pressure which is lower than that of the reaction chamber, in particular the outer chamber is purged during the whole process with an inert or inert gas.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal to be deposited is chromium or is a chromium-containing alloy and the high-temperature material is a Ni-based alloy and / or a turbine blade material.

Method according to one of claims 2 to 10, characterized in that the activator is a chlorine-containing compound, in particular a chloride, a constituent of the high-temperature material or of the metal to be deposited.

Method according to claim 1, characterized in that that the metal to be deposited gaseous in a reactor introduced for deposition on the high temperature material becomes.

Component of a high-temperature material with a hot gas corrosion protection layer, which contains chromium, characterized by a chromium-containing support layer applied to the surface of the high-temperature material ( 20 ), a diffusion layer present in the high-temperature material ( 22 ) and a build-up zone present between the support layer and the diffusion layer (US Pat. 21 ) whose chromium content is between that of the diffusion layer and the overlay layer.

Component according to claim 26, characterized in that the support layer ( 20 ) is present in the modification of α-chromium.

Component according to claim 26 or 27, characterized in that the support layer ( 20 ) has a chromium content of 25 to 90 wt .-% and / or a thickness of 0.1 to 20 microns.

Component according to one of claims 26 to 31, characterized in that the build-up zone ( 21 ) has a chromium content of 15 to 40 wt .-% and / or a thickness of 2 to 75 microns.

Component according to one of claims 26 to 35, characterized in that the diffusion layer ( 22 ) has a chromium content of 5 to 30 wt .-% and / or a thickness of 2 to 75 microns.

Component according to one of claims 26 to 39, characterized in that the high-temperature material a Ni-base alloy and / or a turbine blade material is and / or the component is a turbine blade.