DE60022300T2

DE60022300T2 - Gegenstände mit korrosionsbeständigen Beschichtungen

Info

Publication number: DE60022300T2
Application number: DE60022300T
Authority: DE
Inventors: William Patrick Portland Allen; Dilip M. Glastonbury Shah; Walter E. Vernon Olson; Alan David West Hartford Cetel
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: EP1111192A1; ES2248021T3; ATE303503T1; EP1111192B1; DE60022300D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Beschichtungen für Korrosionsschutz und insbesondere auf Verfahren des Aufbringens solcher Beschichtungen auf Gegenstände und auf diese Gegenstände selbst.
Gasturbinenmaschinen sind weit entwickelte Mechanismen zum Konvertieren potenzieller chemischer Energie in Form von Brennstoff zu thermischer Energie und dann zu mechanischer Energie zur Verwendung beim Antrieb von Flugzeugen, Stromerzeugung, Pumpen von Fluiden etc. Einer der primär verwendeten Ansätze zur Verbesserung der Effizienz von Gasturbinenmaschinen ist die Verwendung von höheren Betriebstemperaturen. Im heißesten Bereich von modernen Gasturbinenmaschinen (d.h. im Primärgasströmungsweg innerhalb des Maschinenturbinenbereichs) sind Turbinenströmungsprofilkomponenten, welche aus Nickel- oder Kobalt-basierten Legierungen gegossen sind, Gastemperaturen von oberhalb ihrem Schmelzpunkt ausgesetzt. Diese Bauteile bleiben nur erhalten, weil kühlende Luft durch einen Hohlraum innerhalb des Bauteils geleitet wird. Die kühlende Luft zirkuliert durch diesen Hohlraum, reduziert die Temperatur des Bauteils und verlässt das Bauteil durch Löcher in dem Bauteil, wo sie sich dann mit den heißen im primären Strömungsweg enthaltenen Gasen vermischt. Das Bereitstellen von kühlender Luft reduziert jedoch die Effizienz der Maschine.
Dementsprechend gibt es eine weit reichende Entwicklung von Beschichtungen für Gasturbinenteile. Historisch betrachtet wurden diese Beschichtungen aufgebracht, um Oxidationsfestigkeit oder Korrosionsfestigkeit der Flächen zu verbessern, welche dem Turbinenströmungsweg ausgesetzt sind. Jüngst wurden Wärmebarrierebeschichtungen auf intern gekühlte Bauteile aufgebracht, welche den höchsten Gaswegtemperaturen ausgesetzt sind, so dass die Menge an benötigter Kühlungsluft beträchtlich reduziert werden kann. Da Beschichtungen das Gewicht eines Teiles erhöhen und dessen Ermüdungsdauer verringern, ist das Aufbringen der Beschichtung absichtlich auf jene Bereiche des Bauteils beschränkt, für welchen die Beschichtung notwendig ist, um die erforderliche Haltbarkeit zu erreichen. Im Fall von rotierenden Teilen, z.B. Turbinenlaufschaufeln, führt das zusätzliche Gewicht einer Beschichtung zu beträchtlich erhöhtem Zug an der Beschichtung, welches wiederum stärkere und/oder schwerere Scheiben erfordert, welches wiederum stärkere und/oder schwerere Wellen usw. erfordert. Daher gibt es eine zusätzliche Motivation, die Verwendung von Beschichtungen strikt auf jene Bereiche der Laufschaufel zu beschränken, wo Beschichtungen absolut erforderlich sind, z.B. die Primärgaswegflächen.
Mit zunehmenden Temperaturen des Gaswegs können Turbinenbauteile oder Bereiche von Bauteilen, welche nicht direkt dem primären Turbinengasweg ausgesetzt sind, auch während des Betriebs relativ hohen Temperaturen ausgesetzt sein und daher auch schützende Beschichtungen erfordern. Beispielsweise sind Bereiche einer Turbinenlaufschaufel, welche nicht dem Gasweg ausgesetzt sind (z.B. die Unterseite der Plattform, der Schaufelhals und die Befestigungsriffelung) möglicherweise Temperaturen von über 1200°F (649°C) während des Betriebs ausgesetzt. Diese Stellen der Laufschaufel sind in 1 bei 18 und 19 definiert. Es wird erwartet, dass die Temperaturen dieser Bereiche der Schaufeln, welche ihnen ausgesetzt sind, sich kontinuierlich erhöhen, wenn Turbinenbetriebstemperaturen sich erhöhen.
EF-A-1 076 158, welches gemäß Artikel 54(3) EPC nur bezüglich der Neuheit einen Stand der Technik bildet, offenbart ein Gasturbinenbauteil, aufweisend eine Plattform mit einer ersten Beschichtung auf mindestens einem Teil davon und einem Strömungsprofil, welches sich von der Plattform erstreckt.
US-A-5 735 571 offenbart eine Rotorscheibe mit einer Mehrzahl von Schwalbenschwanzschlitzen, zwischen welchen Scheibensäulen definiert sind. Jede Säule hat eine obere Auflagefläche, und eine Wärmebarrierebeschichtung wird auf die oberen Auflageflächen aufgebracht.
US-A-5 840 434 offenbart ein Keramik-beschichtetes wärmebeständiges Element, welches eine wärmebeständige Legierungsbasis und eine wärmebeständige Beschichtung aufweist, die auf der Oberfläche der Basis vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung beschreibt das Aufbringen einer korrosionsfesten Beschichtung auf Bereiche von Turbinenschaufeln, welche bisher nicht beschichtet und nicht direkt dem heißen Gasstrom ausgesetzt waren, um die Haltbarkeit des Bauteils zu verbessern.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine korrosionsbeständige Beschichtung bereitzustellen, um Korrosionsbelastungsrissbildung an Bereichen von Bauteilen zu verhindern, welche nicht direkt einem heißen Gasstrom ausgesetzt sind.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine solche Beschichtung zur Verfügung zu stellen, um gegen Korrosionsbelastungsrissbildung von beweglichen Bauteilen zu schützen, z.B. Turbinenlaufschaufeln, in Bereichen unter der Laufschaufelplattform.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbinenmaschine, welche ein Superlegierungssubstrat aufweist, das ein Strömungsprofil, eine Wurzel, eine zwischen dem Strömungsprofil und der Wurzel angeordnete Plattform und einen zwischen der Plattform und der Wurzel angeordneten Hals aufweist, wobei die Plattform eine Unterseite hat, und welche eine korrosionsbeständige oder korrosionsinhibierende Überzugsbeschichtung aufweist, welche auf die Unterseite von Plattform und Hals aufgebracht ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit einer aus Superlegierungsmaterial gebildeten Turbinenlaufschaufel, welche ein Strömungsprofil, eine Wurzel, eine zwischen Strömungsprofil und Wurzel angeordnete Plattform, wobei die Plattform eine Unterseite hat, und einen zwischen Plattform und Wurzel angeordneten Hals definiert, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Superlegierungssubstrats; und
Aufbringen einer korrosionsbeständigen oder korrosionsinhibierenden Beschichtung auf die Unterseite der Plattform und des Halses.
Die Beschichtung kann z.B. ein MCrAIY sein (M besteht typischerweise aus Nickel und/oder Kobalt). Zur Maximierung des Korrosionsschutzes sollte diese Beschichtung vorzugsweise ca. 20 bis 40% Cr und 5 bis 20% Al aufweisen. Das Vorhandensein dieser Beschichtung verbessert die Lebensdauer des Bauteils durch Verhinderung von Laufschaufelkorrosion durch Salz, welches sich in Bereichen der Laufschaufel ansammelt, die von direkter Exposition gegenüber dem Gasweg abgeschirmt sind. Ein zusätzlicher Vorteil der aufgebrachten Schicht ist die Verhinderung von Korrosionsbelastungsrissbildung der Laufschaufel. Die korrosionsbeständige Überzugsbeschichtung verhindert Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung, indem sie als Barriere zwischen dem Salz und dem Legierungsbauteil mit Nickelbasis wirkt. Das Beschichtungssystem kann auch eine Aluminid- oder Platinaluminid-Beschichtung entweder zwischen dem Substrat und der MCrAlY-Schicht oder über der MCrAlY-Schicht umfassen. Die Aluminid- oder Platinaluminid-Schicht kann vorhanden sein, um dem beschichteten Bauteil bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Diese Eigenschaften können effizientere Laufschaufelreparatur/-herstellung oder verbesserte Haltbarkeit umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine korrosionsbeständige Aluminid-Beschichtung, z.B. eine Edelmetall-haltige, vorzugsweise eine Platinaluminid-Beschichtung, auf die Unterseite der Plattform und vorzugsweise auch auf Bereiche des Laufschaufelhalses aufgebracht. Um Korrosionsschutz zu maximieren, sollte die Beschichtung vorzugsweise zwischen ca. 30 bis 45 Gew.-% Platin, Rest Aluminium aufweisen. Zusätzliche Beschichtungen können über das Aluminid aufgebracht werden, z.B. ein metallischer Überzug oder eine keramische isolierende Schicht. Wie bisher verbessert die Anwesenheit dieser Beschichtung die Lebensdauer des Bauteils durch Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Sulfatsalzen, welche sich in Bereichen des Bauteils ansammeln, die von direkter Exposition gegenüber dem Gasweg abgeschirmt sind. Ein zusätzlicher Vorteil der verwendeten Beschichtung ist die Verhinderung von Korrosionsbelastungsrissbildung.
Die korrosionsbeständige Beschichtung verhindert Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung, indem sie als Barriere zwischen einem Salz und dem darunter liegenden Nickel-basierten Legierungsbauteil wirkt.
Gemäß einem weiteren wichtigen Aspekt dieser Erfindung kann der Überzug ein keramisches Material aufweisen, z.B. stabilisiertes Zirkonoxid, welches auf die Unterseite der Plattform und vorzugsweise auf Bereiche des Laufschaufelhalses aufgebracht wird, vorzugsweise durch Plasmasprühen. Wiederum verbesserte das Vorhandensein dieser Beschichtung die Bauteil-Lebensdauer durch Verhinderung von Laufschaufelkorrosion durch das Salz, welches sich in Bereichen der Laufschaufel ansammelt, die von direkter Exposition gegenüber dem Gasweg abgeschirmt sind, z.B. Flächen unter der Plattform. Ein zusätzlicher Vorteil der aufgebrachten Beschichtung ist die Verhinderung von Korrosionsbelastungsrissbildung der Laufschaufel. Die korrosionsbeständige Überzugsbeschichtung verhindert Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung, indem sie als Barriere zwischen dem Salz und der Nickel-basierten Legierungskomponente wirkt.
Beschichtungen, z.B. Metallbeschichtungen, können zwischen dem Substrat und der Keramik aufgebracht werden. Insbesondere kann das korrosionsbeständige Überzugsbeschichtungssystem eine Aluminid- oder Platinaluminid-Bindungsschicht entweder zwischen Nickellegierungssubstrat und keramischer Schicht oder über der keramischen Schicht aufweisen. Die Bindungsschicht kann vorhanden sein, um dem beschichteten Bauteil gewisse Eigenschaften zu verleihen. Diese Eigenschaften können effizientere Laufschaufelreparatur/-herstellung oder verbesserte Haltbarkeit umfassen.
Manche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen:
1 ist eine Darstellung eines Superlegierungsgegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.
1a ist eine schematische Darstellung einer Beschichtung, die auf den Gegenstand von 1 aufgebracht wird.
2 ist repräsentativ für die mit der Überzugsbeschichtung erreichte Verbesserung der Korrosionslebensdauer.
3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Schicht, die auf einen Gegenstand ähnlich wie bei 1 aufgebracht wird.
6 stellt die Verbesserung der Korrosionslebensdauer dar, welche mit einer erfindungsgemäßen Aluminid-Beschichtung von 5 erreicht wird.
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Beschichtung, welche auf einen ähnlichen Artikel wie den von 1 aufgebracht wird.
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, ist eine aus einem Superlegierungsmaterial gebildete Turbinenlaufschaufel, welche die vorliegende Erfindung inkorporiert, allgemein durch das Bezugszeichen 10 dargestellt. Die Turbinenlaufschaufel umfasst ein Strömungsprofil 12, eine gerillte Laufschaufelwurzel 14 (welche zur Befestigung der Laufschaufel an der rotierbaren Turbinenscheibe verwendet wird) und eine Plattform 16, welche zwischen dem Strömungsprofil und der gerillten Wurzel angeordnet ist. Der Bereich zwischen der Unterseite der Laufschaufelplattform 18 und der Wurzel wird als der Hals 19 bezeichnet. Typischerweise bestehen Turbinenlaufschaufeln (und andere Gasturbinenmaschinenbauteile) aus einer direktional verfestigten Nickel-basierten Legierung, beispielsweise aus einem Einkris tall bestehend oder mit mehrfachen säulenartigen Körnern, welche parallel in der Wachstumsrichtung angeordnet sind. Typische Zusammensetzungen von solchen Legierungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Beispielhafte US-Patente, welche säulenartige und Einkristall- und direktional verfestigte Legierungen beschreiben, umfassen 4 209 348, 4 643 782, 4 719 080 und 5 068 084, auf welche für relevante Details weiter Bezug genommen werden kann. Kühlungslöcher, weiche in einem oder mehreren Bereichen der Turbinenlaufschaufel positioniert sein können, können vorgesehen sein, um Kühlungsluft über spezifische Bereiche des Strömungsprofils während des Betriebs strömen zu lassen, wie in der Technik allgemein bekannt.
TABELLE 1: ZUSAMMENSETZUNG VON SÄULENARTIGEN UND EINKRISTALL-LEGIERUNGEN
Es wurde gefunden, dass die für die Korrosion bei erhöhten Temperaturen von Turbinenbauteilen verantwortlichen Alkali- und Erdalkali-Sulfatsalze (verschiedene Mischungen aus Natrium-, Kalium-, Kalzium- und Magnesiumsulfaten) auf Bereichen der Laufschaufel außerhalb des Turbinengasströmungswegs sich ansammeln können. Diese Salze können mit der Einlassluft in Meeresumgebungen aufgenommen werden und/oder als Ergebnis von Verbrennungsprozessen sich bilden. Korrosionsangriffe auf die Laufschaufel durch diese Salze sind unterhalb der Schmelztemperatur des Salzes (ca. 1100°F (593°C)) typischerweise sehr begrenzt. Mit zunehmender Turbinenbetriebstemperatur können jedoch sogar Laufschaufelbereiche, welche vom Gasweg abgeschirmt sind, die Schmelztemperatur des Sulfatsalzes überschreiten, was zu beschleunigter Korrosion des Laufschaufelhalses und der Plattformunterseite führt. Es wurde auch gefunden, dass bei ausreichend hohen Belastungsniveaus die Anwesenheit dieser Salze zu Korrosionsbelastungsrissbildung von direktional verfestigten Nickel-basierten Turbinenlegierungen mit Einkristallstruktur oder säulenartigen Struktur führen kann. Korrosionsbelastungsrissbildung dieser Materialien stellt ein neu entdecktes Phänomen dar.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine korrosionsbeständige Überzugsbeschichtung (21 in 1a) auf Bereiche des Substrats 20 aufgebracht, weiche Belastungskorrosion ausgesetzt sind, z.B. die Unterseite der Platt form 18 und der Hals 19 einer Turbinenlaufschaufel, um Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung der Laufschaufel in diesen Bereichen zu verhindern. Während die vorliegende Erfindung in 1 als Turbinenlaufschaufel dargestellt ist, ist es nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf irgendein bestimmtes Bauteil begrenzt ist, sondern dass sie jedes Bauteil umfasst, welches einer Korrosionsbelastungsrissbildung unterliegt. Es wird erwartet, dass auch andere Bauteile, welche relativ hoher Belastung und korrodierenden Bedingungen ausgesetzt sind, Nutzen aus dieser Erfindung ziehen.
Die Überzugsbeschichtung, welche auf die Plattformunterseite 18 und 19 in dieser Ausführungsform aufgebracht wird, ist vorzugsweise eine MCrAlY-Beschichtung, wobei M Kobalt, Nickel, Eisen oder Kombinationen dieser Materialien ist, obwohl andere Überzugsbeschichtungen, z.B. MCr- und MCrAl-Beschichtungen auch verwendet werden können. Beispielhafte, bei der vorliegenden Erfindung brauchbare Beschichtungen umfassen zumindest NiCrAlY, CoCrAlY, NiCoCrAlY und CoNiCrAlY-Beschichtungen. Die Beschichtung kann auch andere Elemente, z.B. Hf und Si, aufweisen, um weitere Verbesserungen bei Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu ermöglichen. MCrAlY-Überzugsbeschichtungen für Anwendungen bei Bereichen unter der Schaufelplattform sollten vorzugsweise eine Zusammensetzung (in Gew.-%) im Bereich von ca. 10 bis 40% Cr, 5 bis 35% Al, 0 bis 2% Y, 0 bis 7% Si, 0 bis 2% Hf haben, wobei der Rest aus einer Kombination aus Ni und/oder Co besteht. Bevorzugte MCrAlY-Zusammensetzungen enthalten 20 bis 40% Cr, 5 bis 20% Al, 0 bis 1 % Y, 0 bis 2% Si und 0 bis 1 % Hf (Rest Ni und/oder Co). Beispielhafte Beschichtungen für optimale Korrosionsbeständigkeit sollten 25 bis 40% Cr, 5 bis 15% Al, 0 bis 0,8% Y, 0 bis 0,5% Si und 0 bis 0,4% Hf aufweisen, wobei der Rest aus Ni und/oder Co besteht. Jede dieser Beschichtungen können auch bis zu 20 Gew.-% andere Legierungselemente enthalten. Eine Zusammenfassung typischer, bevorzugter und beispielhafter Überzugsbeschichtungslegierungen ist in Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2: ZUSAMMENSETZUNG VON SCHUTZBESCHICHTUNGEN (Gew.-%)
Die Beschichtung wird auf die Laufschaufel-Unterplattform und den Hals bis zu einer maximalen Dicke von ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) aufgebracht. Die letztendlich erreichte Beschichtungsdicke wird durch die Dicke der anfänglich Edelmetallplattierten Schicht. und die Temperaturen und Zeiten bestimmt, welche für den Aluminisierungsprozess und jegliche Diffusionswärmebehandlungen nach Beschichtung verwendet werden. Für Rotationsanwendungen, z.B. Turbinenlaufschaufeln, sollte die Beschichtungsdicke ausreichend sein, um eine vollständige Bedeckung des zu beschichtenden Bereichs zu gewährleisten und die notwendige Korrosionsbeständigkeit zu bieten, um Schutz für ein typisches Laufschaufelwartungsintervall zu bieten. Die maximale Beschichtungsdicke ist aufgrund des Ermüdungsverlusts, der mit dem Vorhandensein einer Beschichtung verbunden ist, begrenzt. Die Beschichtung sollte dick genug sein, um jegliche Änderung der Dicke zu berücksichtigen, welche im Beschichtungsverfahren auftreten kann. Dementsprechend sollte die Dicke für rotierende Bauteile bzw. Komponenten vorzugsweise weniger als 0,005 inch (125 μm), vorzugsweise weniger als ca. 0,003 inch (ca. 75 μm) und mehr als 0,0005 inch (12,5 μm) und stärker bevorzugt ca. 0,002 inch (ca. 50 μm) sein.
Die Überzugsbeschichtung kann durch verschiedene Fachleuten bekannte Verfahren aufgebracht werden, z.B. Dampfabscheidung (einschließlich physikalischer Elektronenstrahldampfabscheidung, Sputtern, etc.) oder Wärmesprühen (Luftplasmasprühen, Niederdruck- oder Vakuumplasmasprühen, Hochgeschwindigkeits-Oxy-Brennstoff, etc.). Das Aufbringen der Beschichtung durch Kathodenbogenabscheidung wurde verwendet, um diese Erfindung darzustellen. Dieses Verfahren ist dahingehend bevorzugt, dass es eine verbesserte Steuerung der Dicke der abgeschiedenen Beschichtungen ermöglicht. Eine beispielhafte Vorrichtung zur Kathodenbogenabscheidung zum Aufbringen der Beschichtung ist im von der gleichen Anmelderin gehaltenen Patent EP-A-899 357 beschrieben, auf welches, falls nötig, weiter Bezug genommen werden kann.
2 stellt die Verbesserung der Korrosionslebensdauer dar, welche durch Aufbringen von in dieser Erfindung offenbarten Beschichtungen erreicht wird. Die Fläche unter der Plattform einer Einkristall-Turbinenlaufschaufel wurde beschichtet mit einer beispielhaften MCrAlY-Beschichtung, aufweisend ca: 35 Gew.-% Cr, 8 Gew.-% Al, 0,6 Y, 0,4 Gew.-% Si und 0,25 Gew.-% Hf, Rest Nickel. Korrosionstesten der beschichteten Laufschaufel bei 1350°F (732°C) in Gegenwart von Sulfatsalz zeigte eine 5- bis 20-fache Verbesserung der Korrosionslebensdauer im Vergleich zu der unbeschichteten Laufschaufel, gemessen durch die relative Tiefe des Korrosionsangriffs. Anwendung der gleichen korrosionsbeständigen Überzugsbeschichtungen auf Testproben zeigte auch, dass Korrosionsbelastungsrissbildung der Einkristalllegierung verhindert wurde.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bauteil umfasst ein metallisches Substrat 20, z.B. ein Superlegierungsmaterial, eine Aluminid- (oder Platinaluminid-) Schicht 22 und eine Überzugsbeschichtung 24 auf der Aluminid-Schicht. Aluminid-Schichten und Platinaluminid-Schichten sind allgemein bekannt, und die spezielle Zusammensetzung und das Verfahren des Aufbringens wird hier nicht im Detail beschrieben. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5 514 482. Die Aluminid- oder Platinaluminid-Schicht kann vorhanden sein, um der Beschichtung eine gewünschte Eigenschaft zu verleihen, z.B. verbesserte Haltbarkeit, oder kann bereits existieren, z.B. um effizientere Reparatur oder Herstellung der Laufschaufel zu ermöglichen, wenn die Überzugsbeschichtung während Reparatur oder Restauration des Bauteils aufgebracht wird und eine vorher aufgebrachte Aluminid-Schicht nicht oder nur teilweise entfernt wird im Zuge der Reparatur oder der Restauration.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bauteil (nicht vollständig gezeigt) umfasst ein metallisches Substrat 26, z.B. ein Superlegierungsmaterial, eine Überzugsbeschichtung 24 auf dem Substrat und eine Aluminid-Schicht 30 auf der Überzugsbeschichtung. Die Aluminid-Schicht kann beispielsweise vorhanden sein, um der Beschichtung eine gewünschte Eigenschaft zu verleihen.
In vielen Fällen wird auch ein Bereich des Gegenstands beschichtet, welcher hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Bei Turbinenlaufschaufeln kann der Strömungsprofilbereich mit einer metallischen Überzugsbeschichtung bedeckt werden, beispielsweise durch die oben beschriebenen Typen, oder mit einer Aluminid-Beschichtung, wie in dem erwähnten '482 Patent beschrieben, oder mit einer keramischen wärmeisolierenden Schicht, oder irgendeiner Kombination dieser Beschichtungen. In vielen Fällen wird der Strömungsprofilbereich mit einer Beschichtung beschichtet, welche eine Zusammensetzung hat, die sich von der auf dem Unterplattform-Bereich und Hals-Bereich aufgetragenen unterscheidet, und in anderen Fällen können die Zusammensetzungen ähnlich oder gleich sein. Beispielsweise kann die Strömungsprofilfläche mit einem Aluminid bedeckt sein, während die Fläche unter der Plattform und am Hals mit einer MCrAlY-Beschichtung vom Überzug-Typ beschichtet sein kann. Andere Kombinationen aus Beschichtungen sind natürlich auch möglich, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf irgendeine spezielle Kombination aus Beschichtungen auf exponierten Bereichen und abgeschirmten Bereichen einer Komponente beschränkt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine korrosionsbeständige Edelmetall-haltige Aluminid-Beschichtung (21 in 5) auf Bereiche des Substrats 20 aufgebracht, welche einer Korrosionsbelastung ausgesetzt sind, z.B. die Unterseite der Plattform 18 und der Hals 19 einer Turbinenlaufschaufel (beispielsweise ähnlich der in 1 beschriebenen), um Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung der Schaufel in diesen Bereichen zu verhindern. Die Beschichtung ist vorzugsweise durch eine Einzelphasenmikrostruktur gekennzeichnet, z.B. eine einzelne Phase von Pt, Al und Ni, z.B. ein Einzelphasen-Beta-(Ni, Pt) Al. Wenngleich die in 5 dargestellte Erfindung bei einer Turbinenlaufschaufel verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung auf keine spezielle Komponente bzw. kein spezielles Bauteil beschränkt, und andere Bauteile, welche Bedingungen mit relativ hohen Belastungen und Korrosion ausgesetzt sind, werden vermutlich auch Nutzen aus dieser Erfindung ziehen, insbesondere jene, welche vom Primärgasweg abgeschirmt sind.
In der in 5 illustrierten Ausführungsform ist die auf die Flächen unter der Plattform 18 und 19 aufgebrachte Beschichtung vorzugsweise eine Platinaluminid-Beschichtung, enthaltend zwischen ca. 11 bis 65 Gew.-% Platin, stärker bevorzugt 25 bis 55 Gew.-% Platin und höchst bevorzugt 30 bis 45 Gew.-% Platin, Rest hauptsächlich Aluminium und Nickel. Diese Zusammensetzung ist in der Nähe der Oberfläche der Beschichtung gemessen bzw. nachgewiesen, z.B. nicht tiefer als die äußeren 20% der gesamten Beschichtungsdicke. Platinaluminid-Beschichtung mit der höchst bevorzugten Platinkonzentration bieten optimalen Schutz gegen Korrosion. Andere Edelmetalle in einer Aluminid-Beschichtung, insbesondere Palladium und Rhodium, können auch verwendet werden, aber Platin ist derzeit bevorzugt, und wie hier verwendet, sollen diese anderen Materialien mit umfasst sein. Die Beschichtung kann auch andere Elemente aufweisen, z.B. Yttrium, Hafnium und/oder Silicium, um weitere Verbesserungen bei Oxidationsbeständigkeit oder Korrosionsbeständigkeit zu bieten. Während die Beschichtung durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden kann, haben wir ein Aufbringen der Platinschicht durch Plattieren, gefolgt von einem "Out-of-pack"-Aluminisierungsverfahren, um die plattierte Platinschicht zu bedecken und in diese zu diffundieren, wie in der vorliegenden Darstellung. Das Platin kann auch. durch Sputtern oder andere geeignete Verfahren aufgebracht werden, und das Aluminium kann durch einen "In-pack"-Prozess oder durch Dampfabscheidung mit anderen geeigneten Prozessen aufgebracht werden. Das "Out-of-pack"-Aluminisierungsverfahren wird typischerweise verwendet, um interne Passagen von Komponenten zu beschichten, z.B. Turbinenlaufschaufeln, und wurde auch verwendet, um die Flächen zu beschichten, welche dem primären Turbinengasströmungsweg ausgesetzt sind, z.B. Strömungsprofilflächen.
Beispielsweise wurden Probe-Turbinenlaufschaufeln gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschichtet. Die Laufschaufeln bestanden aus einer Nickel-basierten Superlegierung mit, einer Nominalzusammensetzung in Gew.-% von: 10 Co, 5 Cr, 5,65 Al, 1,9 Mo, 8,7 Ta, 5,9 W, 3 Re, 0,1 Hf, Rest Ni. Die Flächen unter der Plattform, einschließlich des Laufschaufelhalses, wurden mit Platin plattiert durch Eintauchen dieser Flächen in ein Plattierungsbad von Hexachloroplatinsäure bei einer Temperatur von ca. 165 bis 180°F (74 bis 82°C). Bereiche der Laufschaufelwurzel werden allgemein nicht plattiert, und andere Bereiche, bei welchen eine Plattierung unerwünscht ist, können maskiert werden. "Die Plattierungsdauer hängt ab von der Konzentration der Plattierungslösung und der aufzutragenden Dicke der Plattierungsschicht. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung haben wir Platinschichten mit einer Dicke von zwischen ca. 0,15 bis 0,3 mils (ca. 380 bis 760 μm) mit guten Resultaten verwendet, und wir sind der Ansicht, dass wesentlich dickere oder dünnere Schichten auch verwendet werden können.
Nach Beschichten wird eine Aluminid-Schicht auf die gewünschten Bereiche des Gegenstands, einschließlich des plattierten Bereichs, aufgebracht. Wir haben Aluminide auf diese Gegenstände aufgebracht wie in den von derselben Anmelderin gehaltenen US-Patenten 4 132 816 und 4 148 275, beide von Benden et al., beschrieben. Ein derartiger Aluminid-Prozess wurde verwendet zur Beschichtung von äußeren und inneren Flächen von Strömungsprofilen. Andere Verfahren und Ausrüstungen können auch mit dem gleichen Ergebnis verwendet werden. Die Beschichtung auf vorher maskierten Bereichen der Strömungsprofiloberflächen ist im Ergebnis ein einfaches Aluminid, während die Beschichtung auf Flächen, welche Korrosionsbelastungsrissbildung ausgesetzt sind, eine andere Zusammensetzung hat, d.h. ein Platinaluminid.
Die Beschichtung wird auf die Flächen unter der Plattform bis zu einer Dicke von bis zu ca. 0,005 inch (125 μm) aufgebracht, um Beständigkeit gegenüber Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung zu ermöglichen. Die endgültig erreichte Dicke wird bestimmt von der Dicke der anfänglichen Edelmetallplattierungsschicht und den für den Aluminisierungsprozess verwendeten Temperaturen und Zeiten und durch etwaige Diffusionswärmebehandlungen nach Beschichtung. Für Rotationsanwendungen, z.B. Turbinenlaufschaufeln, sollte die Beschichtungsdicke ausreichend sein, um ein vollständiges Abdecken des zu beschichtenden Bereichs zu gewährleisten und eine Korrosionslebensdauer zu ermöglichen, welche notwendig ist, um Schutz für ein typisches Laufschaufelwartungsintervall zu bieten. Während dickere Beschichtungen verwendet werden können, kann damit eine Ermüdungsfestigkeitsverschlechterung assoziiert sein, insbesondere für rotierende Komponenten. Die maximale Beschichtungsdicke ist begrenzt aufgrund der Verschlechterung der Ermüdungsfestigkeit, welche mit dem Vorhandensein einer Beschichtung verbunden ist. Daher ist die Dicke für rotierende Komponenten vorzugsweise weniger als ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) und mehr als 0,001 inch (25 μm) und stärker bevorzugt weniger als ca. 0,003 inch (ca. 75 μm).
6 stellt die Verbesserung der Korrosionslebensdauer dar, welche durch Verwenden der oben diskutierten Beschichtungen erreicht wird. Korrosionstesten der beschichteten Laufschaufel mit einem bevorzugten Zusammensetzungsbereich bei einer allgemein konstanten Temperatur von 1350°F (732°C) in Gegenwart von synthetischem Meersalz und SO₂ zeigte eine 2- bis 4-fache Verbesserung der Korrosionslebensdauer im Vergleich zu der unbeschichteten Laufschaufel. Anwendung derselben Beschichtung auf Testproben zeigte auch, dass Korrosionsbelastungsrissbildung verhindert wurde.
Die vorliegende Erfindung kann auch bei der Reparatur oder Restaurierung von Teilen verwendet werden, welche der Korrosionsbelastungsrissbildung unterliegen, z.B. Turbinenlaufschaufeln. In manchen Fällen wurde die Laufschaufel mit einer Aluminid-Beschichtung über die externe Oberfläche der Laufschaufel versehen. Die Aluminid-Beschichtung auf der Fläche unter der Plattform oder irgendeinem der Korrosionsbelastungsrissbildung ausgesetzten Bereich wird von dem existierenden Aluminid befreit, z.B. durch Säure-Strippen oder andere geeignete Verfahren, und eine Edelmetallschicht wird wie oben beschrieben aufmetallisiert. Der Aluminierungsschritt wird dann wie oben beschrieben durchgeführt. Alternativ kann das Edelmetall direkt auf die vorhandene Aluminid-Schicht auf der zu beschichtenden Oberfläche aufplattiert werden, nachdem die existierende Schicht gesäubert wurde, falls notwendig.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine korrosionsbeständige Überzugsbeschichtung (21 in 7) auf Bereiche des Substrats 20 aufgebracht, welche Belastungskorrosionen unterliegen, z.B. die Unterseite der Plattform 18 und der Hals 19 einer Turbinenlaufschaufel, um Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung der Laufschaufel in diesen Bereichen zu verhindern. Während die vorliegende Erfindung in 7 in Bezug auf eine Turbinenlaufschaufel dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeinen bestimmten Bauteil begrenzt. Andere Komponenten, welche relativ hohen Belastungs- und Korrosionsbedingungen ausgesetzt sind, würden aus dieser Erfindung ebenfalls Nutzen ziehen.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen. Eine korrosionsinhibierende keramische Beschichtung wird auf einen Bereich oder auf Bereiche des Gegenstands aufgebracht, welche für Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung anfällig sind. Bei dem Beispiel der Turbinenlaufschaufel wird die Beschichtung auf die Unterseite der Plattform 18 und den Hals 19 aufgebracht, um Korrosion und/oder Korrosionsbelastungsrissbildung der Laufschaufel in diesen Bereichen zu verhindern. Andere Bauteile, welche relativ hohen Belastungs- und Korrosionsbedingungen ausgesetzt sind, würden auch Nutzen aus dieser Erfindung ziehen. Die auf die ausgewählten Bereiche (den ausgewählten Bereich), z.B. die Fläche unter der Plattform 18 und der Hals 19, aufgebrachte Beschichtung kann ein Material vom konventionellen Wärmebarrierebeschichtungs-Typ sein, z.B. stabilisiertes Zirkonoxid, z.B. 7 YSZ, obwohl die Beschichtung auch andere Elemente aufweisen kann. Wir sind der Ansicht, dass andere keramische Beschichtungen mit dem gleichen Ergebnis verwendet werden können. Beispiele solcher Beschichtungen sind gezeigt in EP-A-992 603, EP-A-848 077 und US 6 117 560 .
Die Beschichtung wird auf die Oberfläche(n) bis zu einer Dicke von mindestens ca. 0,25 mils (ca. 6 μm) und bis zu ca. 5 mils (ca. 125 μm) aufgebracht. Für Rotationsanwendungen, z.B. Turbinenlaufschaufeln, sollte die Beschichtungsdicke ausreichend sein, um vollständige Bedeckung der zu beschichtenden Fläche zu gewährleisten, z.B. keine leeren Stellen, und um die notwendige Korrosionslebensdauer zu ermöglichen, um Schutz für ein typisches Laufschaufelwartungsintervall zu bieten. Die maximale Beschichtungsdicke sollte begrenzt sein aufgrund der mit dem zusätzlichen Gewicht der Beschichtung verbundenen Verschlechterung der Ermüdungsfestigkeit, wobei die Beschichtung typischerweise dem Gegenstand keine zusätzliche strukturelle Festigkeit verschafft. Dementsprechend ist die Dicke für rotierende Komponenten vorzugsweise weniger als ca. 3 mils (ca. 75 μm) und stärker bevorzugt ca. 2 mils (ca. 50 μm).
Die Überzugsbeschichtung kann durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden, z.B. durch Dampfabscheidung bzw. Gasabscheidung oder thermisches Sprühen. Wir bevorzugen es, Plasmasprühen zu verwenden, welches bereits verwendet wurde, um keramische Materialien auf andere Bereiche von Gasturbinenmaschinenbauteilen aufzubringen, z.B. auf die Strömungsprofilbereiche.
8 ist eine alternative Ausführungsform der in 7 dargestellten Erfindung. Das Bauteil umfasst eine Aluminiumoxid bildende Beschichtung zwischen der Keramikschicht und dem Substrat. Beispielsweise kann das Bauteil ein Substrat 20, wie oben, eine Aluminiumoxid bildende Schicht 22, z.B. eine Überzugsbeschichtung vom MCrAl-Typ oder eine Aluminid-Schicht aufweisen. Beide MCrAl-Beschichtungen, welche andere Elemente, z.B. Y, Hf, Si, Re und weitere aufweisen können, und Aluminid-Beschichtungen sind allgemein bekannt, und insbesondere die jeweiligen MCrAl- und Aluminid-Zusammensetzungen und Verfahren zur Aufbringung müssen hier nicht detailliert beschrieben werden. Siehe beispielsweise die von der gleichen Anmelderin gehaltenen US-Patente Nr. Re 32 121 bezüglich einer Diskussion von MCrAlY-Beschichtungen und 5 514 482 bezüglich einer Beschreibung von Aluminid-Schichten. Wie bei der Keramikbeschichtung führt die Aluminiumoxid bildende Schicht zu höherem Gewicht, aber nicht höherer struktureller Festigkeit des zu beschichtenden Gegenstands und sollte nicht dicker als notwendig sein. Die Keramik, z.B. 7YSZ, kann dann durch jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden, z.B. thermisches Sprühen oder physikalische Dampfabscheidung.
Die vorliegende Erfindung bietet in ihren verschiedenen Aspekten signifikante Verbesserungen bei der Haltbarkeit gegenüber dem Stand der Technik. Anwendungserfahrungen haben gezeigt, dass Laufschaufeln ohne Beschichtung in diesen Bereichen während des Betriebs schweren Korrosionsschäden unterworfen sein können.
Das Aufbringen einer metallischen Überzugsbeschichtung der bevorzugten Zusammensetzungen auf ausgewählten Bereichen eines hohen Temperaturen ausgesetzten Gegenstands, z.B. die Fläche unter der Plattform und der Hals einer Turbinenlaufschaufel, bietet besseren Schutz gegen Korrosion und Korrosionsbelastungsrissbildung während des Betriebs.
Aufbringen einer keramischen Beschichtung auf ausgewählte Bereiche eines Gegenstands, welcher hohen Temperaturen und Belastungen ausgesetzt ist, z.B. die Flächen unter der Plattform einer Turbinenlaufschaufel, bietet verbesserten Schutz gegen Korrosion und Korrosionsbelastung während des Betriebs. Außerdem bestehen bereits große Erfahrungen im Aufbringen von Keramikmaterialien auf andere Bereiche dieser Komponenten, wie auch auf andere Komponenten.
Auch die Verwendung einer Edelmetall-haltigen Aluminid-Beschichtung der bevorzugten Zusammensetzungen auf ausgewählten Bereichen eines hohen Temperaturen ausgesetzten Gegenstands, z.B. die Fläche unter der Plattform einer Turbinenlaufschaufel, bietet verbesserten Schutz gegen Korrosion und Korrosionsbelastung während des Betriebs.
Während die vorliegende Erfindung vorstehend detailliert beschrieben wurde, können verschiedene Veränderungen und Substitutionen gemacht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend versteht es sich, dass die Erfindung veranschaulichend und nicht einschränkend beschrieben wurde. Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf Turbinenlaufschaufeln beschrieben wurde, kann die Erfindung beispielsweise auch auf andere Gasturbinenkomponenten angewendet werden, welche hohen Temperaturen ausgesetzt sind und Bereiche haben, welche nicht direkt dem heißen Gasströmungsweg ausgesetzt sind.

Claims

Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbinenmaschine, aufweisend ein Superlegierungsubstrat, welches ein Strömungsprofil (12), eine Wurzel (14), eine zwischen dem Strömungsprofil und der Wurzel angeordnete Plattform (18) und einen zwischen der Plattform und der Wurzel angeordneten Hals (19) definiert, wobei die Plattform eine Unterseite hat, und eine korrosionsbeständige oder -inhibierende Überzugsbeschichtung (21; 24) hat, welche auf der Unterseite der Plattform und dem Hals aufgebracht ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine weitere Beschichtung auf der Strömungsprofilftäche, wobei die Zusammensetzung der weiteren Beschichtung sich von der korrosionsbeständigen Überzugsbeschichtung unterscheidet.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 oder 2, welche in einer Umgebung mit Primärgaswegtemperaturen von über 1000°C im Betrieb ist, wobei das Strömungsprofil (12) direkt dem Heißengasweg ausgesetzt ist, und wobei die Wurzel (14) von direkter Exposition gegenüber dem Heißgasweg abgeschirmt ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Beschichtung (21; 24) eine MCrAlY-Überzugsbeschichtung ist (wobei M Kombinationen aus Ni, Co und/oder Fe repräsentiert).
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Beschichtung (21; 24) 10 bis 40% Cr, 5 bis 35% Al, 0 bis 2% Y, 0 bis 7% Si, 0 bis 2% Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Beschichtung (21; 24) 20 bis 40% Cr, 5 bis 20% Al, 0 bis 1 % Y, 0 bis 2% Si, 0 bis 1 % Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Beschichtung 25 bis 40% Cr, 5 bis 15% Al, 0 bis 0,8% Y, 0 bis 0,5% Si, 0 bis 0,4% Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co, enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Beschichtung (21; 24) eine nominale Dicke von weniger als ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) hat.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 8, bei welcher die Beschichtung (21; 24) eine Dicke zwischen ca. 0,0005 bis 0,003 inch (ca. 12,5 bis 75 μm) hat.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, außerdem aufweisend: eine Aluminidschicht (22) auf der Substratfläche, wobei die Überzugsbeschichtung (24) auf der Aluminidschicht ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, außerdem aufweisend eine Aluminidschicht (30), welche sich auf der Überzugsbeschichtung (24) befindet.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher das Aluminid Platinaluminid ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Überzugsbeschichtung (21; 24) eine keramische Überzugsbeschichtung ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 13, bei welcher die Keramikbeschichtung (21; 24) aus einem stabilisierten Zirkonoxid gebildet ist.
Turbinenlaufschaufel oder Komponente nach Anspruch 13 oder 14, bei welcher die Keramikbeschichtung (21; 24) eine nominale Dicke von weniger als ca. 5 mils (ca. 125 μm) hat.
Turbinenlaufschaufel oder Komponente nach Anspruch 15, bei welcher die Beschichtung eine Dicke von ca. 0,25 bis 3 mils (ca. 6 bis 75 μm) hat.
Turbinenlaufschaufel oder Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 16, außerdem aufweisend: eine Aluminiumoxidschicht (22) auf der Substratoberfläche, wobei die Keramikbeschichtung auf der Aluminiumoxidschicht ist.
Turbinenlaufschaufel oder Komponente nach Anspruch 17, bei welcher die Aluminiumoxidschicht (22) aus einem Aluminid oder einer Überzugbindungsbeschichtung gebildet ist.
Turbinenlaufschaufel oder Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei welcher mindestens ein Bereich des Strömungsprofils durch eine metallische Beschichtung und die Fläche unter der Plattform mit einer keramischen Beschichtung beschichtet ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Beschichtung eine korrosionsbeständige Edelmetall-haltige Aluminidbeschichtung (21; 22) ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 20, bei welcher die Aluminidbeschichtung (21; 22) eine Platinaluminidbeschichtung ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 20 oder 21, bei welcher die Beschichtung (21; 22) ca. 11 bis 65 Gew.-% Platin, Rest hauptsächlich Aluminium und Nickel enthält.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 22, bei welcher die Beschichtung (21; 22) ca. 25 bis 55 Gew.-% Platin, Rest hauptsächlich Aluminium und Nickel enthält.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 23, bei welcher die Beschichtung (21; 22) ca. 30 bis 45 Gew.-% Platin, Rest hauptsächlich Aluminium und Nickel enthält.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei welcher die Beschichtung (21; 22) eine nominale Dicke von weniger als ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) hat.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei welcher mindestens ein Bereich der Komponente oder Laufschaufel eine aufgebrachte Beschichtung mit einer Zusammensetzung hat, welche sich unterscheidet von der, die auf die Strömungsprofiloberfläche aufgebracht wird.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 26, bei weicher mindestens ein Bereich des Strömungsprofils durch ein Diffusionsaluminid beschichtet ist und die Fläche unter der Plattform mit einem Edelmetall-haltigen Aluminid beschichtet ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 20 bis 27, bei welcher die Beschichtung (21; 22) außerdem Yttrium, Hafnium und/oder Silicium aufweist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 20 bis 28, außerdem aufweisend eine über der existierenden Aluminidbeschichtung aufgebrachte Platinaluminidschicht.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher das Substrat eine gleichachsige Nickel-basierte Legierung aufweist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 29, bei welcher das Substrat aus einer direktional verfestigten Nickel-basierten Legierung gebildet ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat eine Nickel-basierte Einkristall-Legierung aufweist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat eine Nickel-basierte Legierung mit säulenartigen Körnern aufweist
Verfahren zum Verbessern der Haltbarkeit einer Turbinenlaufschaufel, welche aus einem Superlegierungsmaterial gebildet ist und ein Strömungsprofil (12), eine Wurzel (14), eine zwischen dem Strömungsprofil und der Wurzel angeordnete Plattform (16), wobei die Plattform eine Unterseite hat, und einen zwischen der Plattform und der Wurzel angeordneten Hals (19) definiert, aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Superlegierungssubstrats; und Aufbringen einer korrosionsbeständigen oder -inhibierenden Beschichtung (21; 22; 24) auf die Unterseite der Plattform und den Hals.
Verfahren nach Anspruch 34, bei welchem die Turbinenlaufschaufel in einer Umgebung mit Primärgas-Strömungswegtemperaturen von über 1.000°C in Betrieb ist, das Strömungsprofil (12) direkt dem Heißgasweg ausgesetzt ist und die Wurzel (14) von direkter Exposition gegenüber dem Heißgasströmungsweg abgeschirmt ist.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, bei welchem die aufgebrachte Beschichtung (21; 24) eine MCrAlY-Überzugbeschichtung ist (wobei M Kombinationen aus Ni, Co und/oder Fe repräsentiert).
Verfahren nach Anspruch 34, 35 oder 36, bei welchem die Beschichtung (21; 24) 10 bis 40% Cr, 5 bis 35% Al, 0 bis 2% Y, 0 bis 7% Si, 0 bis 2% Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem die Beschichtung (21; 24) 20 bis 40% Cr, 5 bis 20% Al, 0 bis 1 % Y, 0 bis 2% Si, 0 bis 1 % Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 38, bei welchem die Beschichtung (21; 24) 25 bis 40% Cr, 5 bis 15% Al, 0 bis 0,8% Y, 0 bis 0,5% Si, 0 bis 0,4% Hf, Rest hauptsächlich Ni und/oder Co enthält, wobei alle anderen Elementbeimengungen weniger als 20% des Gesamten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, bei welchem die Beschichtung (21; 24) bis zu einer nominalen Dicke von weniger als ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 40, bei welchem die Beschichtung (21; 24) bis zu einer Dicke von ca. 0,0005 bis 0,003 inch (ca. 12,5 bis 75 μm) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34, bis 40, außerdem aufweisend den Schritt des Aufbringens einer weiteren Beschichtung auf der Strömungsprofiloberfläche.
Verfahren nach Anspruch 42, bei welchem die Zusammensetzung der weiteren Beschichtung sich von der korrosionsbeständigen oder -inhibierenden Beschichtung unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 43, außerdem aufweisend das Aufbringen einer Aluminidschicht (22) auf der Substratoberfläche und der Überzugbeschichtung auf der Aluminidschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 43, außerdem aufweisend Aufbringen einer Aluminidschicht (30) auf die Beschichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 45, bei welchem der Schritt des Aufbringens der Beschichtung durch Kathodenbogen, thermisches Sprühen, Gasabscheidung oder Sputtern durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, bei welchem das Beschichtungsmaterial eine korrosionsbeständige Edelmetall-haltige Aluminidbeschichtung (21) ist.
Verfahren nach Anspruch 47, bei welchem die Aluminidbeschichtung eine Platinaluminidbeschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 48, bei welchem die Beschichtung (21) ca. 11 bis 60 Gew.-% Platin, Rest Aluminium enthält.
Verfahren nach Anspruch 49, bei welchem die Beschichtung (21) ca. 25 bis 55 Gew.-% Platin, Rest Aluminium enthält.
Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem die Beschichtung (21) ca. 30 bis 45 Gew.-% Platin, Rest Aluminium enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 51, bei welchem die Aluminidbeschichtung (21) eine nominale Dicke von weniger als ca. 0,005 inch (ca. 125 μm) hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 52, außerdem aufweisend den Schritt des Aufbringens einer weiteren Beschichtung auf der Strömungsprofiloberfläche.
Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem die Zusammensetzung der weiteren Beschichtung sich von der korrosionsbeständigen Edelmetall-haltigen Aluminidbeschichtung unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 54, bei welchem der Schritt des Aufbringens der Beschichtung durchgeführt wird durch Elektroplattieren des Edelmetalls auf das Substrat; und Aluminisieren des Substrats.
Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 55, bei welchem die Beschichtung (21) außerdem Yttrium, Hafnium und/Silicium aufweist.
Verfahren nach Anspruch 34, oder 35, bei welchem die Beschichtung eine korrosionsinhibierende, keramische Überzugbeschichtung (21; 24) ist.
Verfahren nach Anspruch 57, bei welchem die keramische Beschichtung (21; 24) aus stabilisiertem Zirkonoxid gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 57 oder 58, bei welchem die Keramik durch Gasabscheidung, thermisches Sprühen oder Sputtern aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 57 bis 59, bei welchem die keramische Beschichtung (21; 24) bis zu einer nominalen Dicke von weniger als ca. 5 mils (ca. 125 μm) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 58 bis 60, aufweisend den Schritt des weiteren Bildens einer Aluminiumoxidschicht (22) auf der Substratoberfläche und Aufbringen der Keramikbeschichtung auf der Aluminiumoxidschicht.
Verfahren nach Anspruch 61, bei welchem die Aluminiumoxidschicht (22) aus einem Aluminid gebildet ist oder eine Überzugbindungsschicht auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 57 bis 60, außerdem aufweisend den Schritt des Aufbringens einer weiteren Beschichtung auf der Strömungsprofiloberfläche.
Verfahren nach Anspruch 63, bei welchem die weitere Beschichtung eine Zusammensetzung hat, welche sich von der keramischen Beschichtung unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 64, bei welchem der Substrat eine gleichachsige Nickel-basierte Legierung, eine direktional verfestigte Nickel-basierte Legierung, eine Nickel-basierte Einkristalllegierung oder eine Nickelbasierte Legierung mit säulenartigen Körnern aufweist.