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EP2062997A2 - Verfahren zum Beschichten von Bauteilen - Google Patents

Verfahren zum Beschichten von Bauteilen Download PDF

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Publication number
EP2062997A2
EP2062997A2 EP08169613A EP08169613A EP2062997A2 EP 2062997 A2 EP2062997 A2 EP 2062997A2 EP 08169613 A EP08169613 A EP 08169613A EP 08169613 A EP08169613 A EP 08169613A EP 2062997 A2 EP2062997 A2 EP 2062997A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
component
kinetic
cold
coating material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08169613A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2062997A3 (de
Inventor
Manuel Hertter
Andreas Jakimov
Stefan Schneiderbanger
Ralf Stolle
Wolfgang Wachter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2062997A2 publication Critical patent/EP2062997A2/de
Publication of EP2062997A3 publication Critical patent/EP2062997A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a method for coating components of a turbomachine, in particular a gas turbine, according to the preamble of claim 1 or 7.
  • the present invention is based on the problem to provide a novel method for coating components of a turbomachine, in particular a gas turbine.
  • a solder material and / or a self-fluxing alloy material is applied to the component together with the coating material by cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying.
  • a heat treatment of at least the coating takes place, in particular via inductive methods.
  • this problem is solved by a method in the sense of claim 7. Thereafter, the coating material is selectively or partially applied to the component.
  • the coating takes place via cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying exclusively selectively or in sections.
  • components with locally limited damage can be selectively repaired without the need for a coating to be completely removed from the component to be repaired.
  • the two aspects can also be used in combination for coating components of a turbomachine.
  • the present invention relates to methods for coating components of a turbomachine, in particular a gas turbine, via cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying.
  • a coating material for forming the coating is applied to the component.
  • a solder material and / or a self-fluxing alloy material is applied to the component to be coated by cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying together with the coating material. Subsequently thereto, at least the coating which forms or alternatively the entire component is subjected to a heat treatment. During the heat treatment, the solder material and / or the self-fluxing material is melted Alloy material and a diffusion bond between the solder material or self-fluxing alloy material and the component and the coating material. Porosities in the forming coating can be closed, which can increase the cohesion of the coating and the strength thereof.
  • the coating material When coating by cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying the coating material is applied together with the solder material and / or the self-fluxing alloy material with the aid of a carrier gas to the component, wherein in the carrier gas, a gas temperature between 300 and 950 ° C and a pressure between 30 and 40 bar prevails.
  • the carrier gas and particles of the coating material and of the solder material and / or the self-fluxing alloy material are applied to the component at a speed of between 500 and 1500 m / sec. Nitrogen is preferably used as the carrier gas.
  • particles of the coating material are applied to the component together with particles of the solder material and / or particles of the self-fluxing alloy material via the carrier gas.
  • the particle size of the particles of the coating material is between 5 and 80 microns, with a maximum of the Gaussian distribution for the particle size is about 30 microns.
  • the coating material if appropriate together with the solder material and / or the self-fluxing alloy material, is applied only selectively or in sections to the component, whereby in particular a repair of a damaged portion of the component is possible.
  • the selective coating of the component via cold-kinetic compacting or kinetic cold gas spraying is carried out with the help of a spatially narrowly limited spray jet.
  • This has the advantage that a z. B. damaged coating no longer has to be completely removed from the component to be repaired, but locally limited by cold-kinetic compaction or kinetic cold gas spraying can be repaired. As a result, a cost-effective repair of components is possible.
  • both Aspkete come in the repair of sealing fins, which incorporate in operation (sealing of rotating parts against static parts) in honeycomb seals and thereby wear used.
  • the damaged sealing fins can be rebuilt selectively.
  • metallic material is applied by means of the cold gas spraying together with a Lotwerkstoff, which does not melt at the low process temperatures.
  • a subsequent heat treatment of the new layer or of the entire dichfin causes the solder material to melt, as a result of which the residual porosity of the layer resulting from coating is reduced inwardly by the capillary action.
  • too much applied material is removed, for example turned off.
  • the method is not limited to the use of metallic coatings, metal-ceramic layers can also be applied.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird zusammen mit dem Bcschichtungswcrkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.
  • Aus der Praxis ist es bereits bekannt, Bauteile einer Turbomaschine über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen zu Beschichten, wobei hierbei eine Beschichtung dadurch auf ein zu beschichtendes Bauteil aufgebracht wird, dass Partikel des Beschichtungswerkstoffs mit Hilfe eines Trägergases auf eine zu beschichtende Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils gerichtet werden. Hierbei wird stets eine flächige Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils vorgenommen. Beim Beschichten über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen kann sich des Weiteren eine unerwünschte Porosität in der Beschichtung ausbilden, welche die Festigkeit der Beschichtung beeinträchtigt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, zu schaffen.
  • Dieses Problem wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren im Sinne von Anspruch 1 gelöst. Hiernach wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht.
  • Nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht. Anschließend erfolgt vorzugsweise eine Wärmebehandlung zumindest der Beschichtung insbesondere über induktive Verfahren. Mit Hilfe des ersten Aspekts ist es möglich, die Porosität einer sich ausbildenden Beschichtung zu verringern und damit die Kohäsion der Beschichtung sowie deren Festigkeit zu erhöhen. So kann nach der Beschichtung mittels der nachfolgenden Wärmebehandlung aufgrund der Kapillarwirkung die Porosität im Inneren der Beschichtung verringert werden. Ein äußerer Teil der Beschichtung, der mit einer größeren Porosität zurückbleibt kann danach bevorzugt entfernt werden.
  • Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren im Sinne von Anspruch 7 gelöst. Hiernach wird der Beschichtungswerkstoff punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht.
  • Nach dem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen ausschließlich punktuell bzw. abschnittsweise. Hierdurch können Bauteile mit lokal begrenzten Beschädigungen gezielt repariert werden, ohne dass hierzu eine Beschichtung vollständig vom zu reparierenden Bauteil entfernt werden muss.
  • Die beiden Aspekte können auch in Kombination miteinander zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine verwendet werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend näher erläutert.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichtung von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen. Hierbei wird ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung auf das Bauteil aufgebracht.
  • Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das zu beschichtende Bauteil aufgebracht. Anschließend hieran wird zumindest die sich ausbildende Beschichtung oder alternativ das gesamte Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen. Bei der Wärmebehandlung erfolgt ein Aufschmelzen des Lotwerkstoffs und/oder des selbstfließenden Legierungswerkstoffs und eine Diffusionsverbindung zwischen dem Lotwerkstoff bzw. selbstfließenden Legierungswerkstoff und dem Bauteil sowie dem Beschichtungswerkstoff. Porositäten in der sich ausbildenden Beschichtung können geschlossen werden, wodurch die Kohäsion der Beschichtung und die Festigkeit derselben erhöht werden kann.
  • Bei der Beschichtung über Kalt-Kinetisches Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen wird der Beschichtungswerkstoff zusammen mit dem Lotwerkstoff und/oder dem selbstfließenden Legierungswerkstoff mit Hilfe eines Trägergases auf das Bauteil aufgebracht, wobei im Trägergas eine Gastemperatur zwischen 300 und 950 °C und ein Druck zwischen 30 und 40 bar herrscht.
  • Das Trägergas sowie Partikel des Beschichtungswerkstoffs sowie des Lotwerkstoffs und/oder des selbstfließenden Legierungswerkstoffs werden dabei mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1500 m/sec auf das Bauteil aufgebracht. Als Trägergas findet vorzugsweise Stickstoff Verwendung.
  • Wie bereits ausgeführt, werden über das Trägergas Partikel des Beschichtungswerkstoffs zusammen mit Partikeln des Lotwerkstoffs und/oder Partikeln des selbstfließenden Legierungswerkstoffs auf das Bauteil aufgebracht. Die Partikelgröße der Partikel des Beschichtungswerkstoffs liegt zwischen 5 und 80 µm, wobei ein Maximum der gaußschen Verteilung für die Partikelgröße bei in etwa 30 µm liegt.
  • Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird der Beschichtungswerkstoff gegebenenfalls zusammen mit dem Lotwerkstoff und/oder dem selbstfließenden Legierungswerkstoff nur punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht, wobei hierdurch insbesondere eine Reparatur eines beschädigten Abschnitts des Bauteils möglich ist.
  • Das punktuelle Beschichten des Bauteils über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen erfolgt mit Hilfe eines räumlich eng begrenzten Spritzstrahls. Dies hat den Vorteil, dass eine z. B. beschädigte Beschichtung nicht mehr vollständig vom zu reparierenden Bauteil entfernt werden muss, sondern lokal begrenzt über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen repariert werden kann. Hierdurch ist eine kostengünstige Reparatur von Bauteilen möglich.
  • Beispielsweise kommen beide Aspkete bei der Reparatur von Dichtfins, welche sich im Betrieb (Abdichtung rotierender Teile gegenüber statischen Teilen) in Wabendichtungen einarbeiten und dabei abnutzen, zum Einsatz.
  • Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können die beschädigten Dichtfins punktuell wieder aufgebaut werden. Dabei wird mittels des Kaltgasspritzens metallisches Material zusammen mit einem Lotwerkstoff, der bei den niedrigen Prozesstemperaturen noch nicht schmilzt, aufgebracht. Eine anschließende Wärmbehandlung der neuen Schicht oder des gesamten Dichfins lässt den Lotwerkstoff schmelzen, wodurch die beim Beschichten entstandene Restporosität der Schicht durch die Kapillarwirkung nach innen verringert wird. Anschließend wird zuviel aufgebrachtes Material entfernt, beispielsweise abgedreht. Natürlich ist das Verfahren nicht auf die Verwendung von metallischen Beschichtungen beschränkt, es können auch metall-keramische Schichten aufgebracht werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    zusammen mit dem Beschichtungswerkstoff ein Lotwerkstoff und/oder ein selbstfließender Legierungswerkstoff auf das Bauteil aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    anschließend an das Beschichten des Bauteils über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen zumindest die sich ausbildende Beschichtung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die sich ausbildende Beschichtung und das Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen bei einer Gastemperatur zwischen 300 und 950 °C, bei einem Druck zwischen 30 und 40 bar und bei einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1500 m/sec aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    hierbei über ein Trägergas Partikel aus dem Beschichtungswerkstoff mit einer Partikelgröße des Beschichtungswerkstoffs zwischen 5 und 80 µm zusammen mit Partikeln des Lotwerkstoffs und/oder Partikeln des selbstfließenden Legierungswerkstoffs auf das Bauteil aufgebracht werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    gekennzeichnet durch
    Merkmale nach Anspruch 7 oder 8.
  7. Verfahren zum Beschichten von Bauteilen einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, wobei ein Beschichtungswerkstoff zur Ausbildung der Beschichtung über Kalt-Kinetisches-Kompaktieren bzw. kinetisches Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Beschichtungswerkstoff punktuell bzw. abschnittsweise auf das Bauteil aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    hierdurch ein Bauteil im Bereich beschädigter Abschnitte repariert wird.
  9. Verfahren nach Anspruche 7 oder 8,
    gekennzeichnet durch
    Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
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