CH708791A2

CH708791A2 - Mit korrosionsbeständiger Beschichtung geschützte Turbinenkomponente und Verfahren zur Herstellung derselben.

Info

Publication number: CH708791A2
Application number: CH01606/14A
Authority: CH
Inventors: Limin Wang; Dalong Zhong; Hong Zhou; Lauwrence Bernard Kool; Liming Zhang; Christopher Edward Thompson
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CH708791B1; CN104562006A; JP6635651B2; CN104562006B; JP2015129507A; US20150118485A1; DE102014115032A1; CH708791A8

Abstract

Eine Gasturbinenkomponente (100) enthält ein Substrat (102), das aus einem hochtemperaturbeständigen Material ausgebildet ist, und eine korrosionsbeständige Schicht (106). Die korrosionsbeständige Schicht (106) ist inert für geschmolzene Salzverunreinigungen und enthält ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel M x V y O z , worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0001] Es werden kontinuierlich höhere Betriebstemperaturen für Gasturbinen angestrebt, um deren Effizienz zu erhöhen. Hochtemperaturbeständige Materialien werden in weitem Rahmen eingesetzt, um Komponenten von Gasturbinen in verschiedenen Industrien, einschliesslich der Flugzeug- und Energieerzeugungs-Industrie, herzustellen. Mit zunehmenden Betriebstemperaturen muss die Haltbarkeit von Turbinenkomponenten bei hoher Temperatur entsprechend zunehmen. Aus diesem Grund werden gewöhnlich Wärmedämmschichten (TBC) auf Gasturbinenkomponenten, wie Brennern, Laufschaufeln und Leitschaufeln von Hochdruckturbinen (HPT), verwendet. Die thermische Isolation der TBC ermöglicht es den Turbinenkomponenten, höhere Betriebstemperaturen zu überstehen, sie erhöht die Haltbarkeit der Komponenten und verbessert die Zuverlässigkeit der Turbine.

[0002] Hohe Verbrennungstemperaturen innerhalb der Gasturbinenumgebung können verursachen, dass geschmolzene Verunreinigungen in einem Brennstoff nicht nur Komponenten korrodierend angreifen, die aus für die geschmolzenen Verunreinigungen anfälligen Materialien hergestellt sind, wie Superlegierungen und nicht-oxidischen Keramiken auf Siliciumbasis, sondern auch die TBC, die zum Schutz der Komponenten verwendet wird, korrodierend angreifen und destabilisieren. Diese Erscheinung, als Heisskorrosion bekannt, ist eine beschleunigte Korrosion, die aus der Anwesenheit von Verunreinigungen, wie Na2SO4, NaVO3und V2O5resultiert, die geschmolzene Salzabscheidungen auf der Oberfläche der Komponente oder ihrer Schutzbeschichtung bilden. Die Heisskorrosion kann einen raschen Abbau des Strukturmaterials oder der Beschichtung verursachen, und daher kann die Komponente in Zehntausenden von Stunden schwer beschädigt werden.

[0003] Trotz der obigen Probleme und Unsicherheiten gibt es einen Wunsch in den Industrien, billigere Brennstoffe geringer Qualität für Gasturbinen zu nutzen, die folglich höhere Konzentrationen von Salzverunreinigungen enthalten und daher das Problem der Heisskorrosion verschlimmern. Es wird daher zunehmend herausfordernder, die Heisskorrosion von Turbinenkomponenten zu mildern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0004] In einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Turbinenkomponente. Die Turbinenkomponente enthält ein Substrat, das aus einem hochtemperaturbeständigen Material ausgebildet ist, und eine korrosionsbeständige Schicht. Die korrosionsbeständige Schicht umfasst ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOz, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

[0005] Die vorerwähnte Turbinenkomponente kann weiter ein Wärmedämmschichtsystem umfassen, das zwischen dem Substrat und wenigstens einem Teil der korrosionsbeständigen Schicht angeordnet ist, wobei die korrosionsbeständige Schicht direkt auf das Wärmedämmschichtsystem aufgebracht ist.

[0006] Das Wärmedämmschichtsystem kann weiter eine Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einer Dicke im Bereich von etwa 100 um bis etwa 1150 um und eine erste Bindeschicht zwischen der Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid und dem Substrat umfassen.

[0007] Bei der Turbinenkomponente der zuvor erwähnten Art kann die erste Bindeschicht RCrAlE sein, worin R Eisen, Kobalt und/oder Nickel ist und E Yttrium, ein Seltenerdmetall und/oder ein anderes reaktionsfähiges Metall ist.

[0008] Alternativ oder zusätzlich kann das Wärmedämmschichtsystem weiter eine thermisch aufgewachsene Oxidschicht zwischen der ersten Bindeschicht und der Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid umfassen.

[0009] Bei der Turbinenkomponente der zuvor erwähnten Art kann die thermisch aufgewachsene Oxidschicht AI2O3sein.

[0010] Die Turbinenkomponente einer beliebigen oben erwähnten Art kann weiter eine zweite Bindeschicht umfassen, die zwischen dem Substrat und wenigstens einem Teil der korrosionsbeständigen Schicht angeordnet ist, wobei die korrosionsbeständige Schicht auf der zweiten Bindeschicht aufgebracht ist, wobei die zweite Bindeschicht für eine Bindung zwischen dem Substrat und der korrosionsbeständigen Schicht sorgt.

[0011] Bei der Turbinenkomponente der zuvor erwähnten Art kann die zweite Bindeschicht Aluminid sein.

[0012] Bei der Turbinenkomponente einer beliebigen oben erwähnten Art kann wenigstens ein Teil der korrosionsbeständigen Schicht direkt auf dem Substrat aufgebracht sein.

[0013] Bei der Turbinenkomponente einer beliebigen oben erwähnten Art kann M aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ca, Mg, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta und ihren Kombinationen ausgewählt sein.

[0014] Vorzugsweise ist M aus der Gruppe bestehend aus Ce, La, Y, Gd und deren Kombinationen ausgewählt.

[0015] Bei der Turbinenkomponente einer beliebigen oben erwähnten Art kann die korrosionsbeständige Schicht eine Dicke im Bereich von etwa 50 um bis etwa 200 um aufweisen.

[0016] Bei der Turbinenkomponente einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Substrat aus einer Superlegierung hergestellt sein.

[0017] In einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Turbinenkomponente. Das Verfahren enthält ein Bilden eines Substrates aus einem hochtemperaturbeständigen Material und Aufbringen einer korrosionsbeständigen Schicht über dem Substrat. Die korrosionsbeständige Schicht umfasst ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOz, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

[0018] Bei dem zuvor erwähnten Verfahren kann der Schritt des Aufbringens einer korrosionsbeständigen Schicht über dem Substrat ein Bereitstellen eines Wärmedämmschichtsystems auf wenigstens einem Teil des Substrates und Aufbringen wenigstens eines Teiles der korrosionsbeständigen Schicht direkt auf dem Wärmedämmschichtsystem umfassen.

[0019] Zusätzlich kann der Schritt des Bereitstellens eines Wärmedämmschichtsystems auf wenigstens einem Teil des Substrates ein Bereitstellen einer ersten Bindeschicht auf wenigstens einem Teil des Substrates und Bilden einer Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid auf der ersten Bindeschicht umfassen, wobei die Schicht des mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumdioxids eine Dicke im Bereich von etwa 100 µm bis etwa 1150 µm aufweist.

[0020] Bei dem Verfahren der zuvor erwähnten Art kann die erste Bindeschicht RCrAlE sein, worin R Eisen, Kobalt und/oder Nickel ist und E Yttrium, ein Seltenerdmetall und/oder ein anderes reaktionsfähiges Metall ist.

[0021] Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt des Bereitstellens eines Wärmedämmschichtsystems auf wenigstens einem Teil des Substrates weiter ein Bereitstellen einer thermisch aufgewachsenen Oxidschicht zwischen der ersten Bindeschicht und der Schicht aus mit Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid umfassen.

[0022] Bei dem Verfahren der zuvor erwähnten Art kann die thermisch aufgewachsene Oxidschicht AI2O3sein.

[0023] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann der Schritt des Aufbringens einer korrosionsbeständigen Schicht über dem Substrat ein Bereitstellen einer zweiten Bindeschicht auf wenigstens einem Teil des Substrates und Aufbringen wenigstens eines Teiles der korrosionsbeständigen Schicht direkt auf der zweiten Bindeschicht umfassen.

[0024] Bei dem Verfahren der zuvor erwähnten Art kann die zweite Bindeschicht Aluminid sein.

[0025] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann der Schritt des Aufbringens einer korrosionsbeständigen Schicht über dem Substrat ein Aufbringen wenigstens eines Teiles der korrosionsbeständigen Schicht direkt auf wenigstens einem Teil des Substrates umfassen.

[0026] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das M aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ca, Mg, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta und ihren Kombinationen ausgewählt sein.

[0027] Vorzugsweise ist das M aus der Gruppe bestehend aus Ce, La, Y, Gd und deren Kombinationen ausgewählt.

[0028] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann die korrosionsbeständige Schicht mittels eines Verfahrens aufgebracht werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus thermischem Spritzen, kaltem Spritzen, Sol-Gel, PVD, CVD, Aufschlämmen, Zerstäuben und deren Kombinationen besteht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0029] Die obigen und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlicher, in der:

[0030] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Turbinenkomponente, bei der eine korrosionsbeständige Schicht direkt auf ein Wärmedämmschicht(TBC)-System aufgebracht ist, das über dem Substrat der Turbinenkomponente liegt.

[0031] Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Turbinenkomponente, bei der eine korrosionsbeständige Schicht direkt auf das Substrat der Turbinenkomponente aufgebracht ist.

[0032] Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Turbinenkomponente, bei der eine korrosionsbeständige Schicht über eine Bindeschicht auf das Substrat der Turbinenkomponente aufgebracht ist, um eine bessere Adhäsion zwischen der korrosionsbeständigen Schicht und dem Substrat zu erzielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0033] Näherungsbegriffe, wie sie hierin in der Beschreibung und den Ansprüchen benutzt werden, können angewendet werden, um irgendeine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne in einer Änderung der Grundfunktion zu resultieren, auf die sie bezogen ist. Demgemäss ist ein Wert, der durch einen Begriff oder die Begriffe, wie «etwa» modifiziert ist, nicht auf den angegebenen genauen Wert zu beschränken. In gewissen Ausführungsformen bedeutet der Begriff «etwa» plus oder minus zehn Prozent (10%) eines Wertes. So würde sich, z.B., «etwa 100» auf irgendeine Zahl zwischen 90 und 110 beziehen. Bei einem Ausdruck von «etwa ein erster Wert minus einem zweiten Wert» soll das etwa beide Werte modifizieren. In einigen Fällen können die Näherungsausdrücke der Genauigkeit eines Instrumentes zum Messen des Wertes oder der Werte entsprechen.

[0034] Sofern nichts anderes angegeben, haben die hierin benutzten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, die der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, üblicherweise versteht. Die Begriffe «erste», «zweite» und ähnliche, wie sie hierin benutzt werden, bezeichnen keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung, sondern werden vielmehr benutzt, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Auch bedeuten die Begriffe «ein» und «eine» keine Begrenzung der Menge, sondern sie bezeichnen die Anwesenheit wenigstens eines der in Bezug genommenen Elemente.

[0035] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben eine Turbinenkomponente, die mit einer korrosionsbeständigen Schicht beschichtet ist, die inert ist gegenüber geschmolzenen Salzverunreinigungen, die in dem Brennstoff enthalten sind, der von der Turbinenkomponente verarbeitet wird. Die korrosionsbeständige Schicht umfasst ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOz, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist. Die korrosionsbeständige Schicht wird auf die Turbinenkomponente als eine Schutzfläche aufgebracht, bevor die Turbinenkomponente zum Verarbeiten des Brennstoffes eingesetzt wird, der die geschmolzenen Salzverunreinigungen enthält. Sie ist in der Lage, die Turbinenkomponente ebenso wie ihre thermischen und/oder Umgebungs-Barrierebeschichtungssysteme, die eine Zusammensetzung haben können, die für Heisskorrosion empfindlich ist, die durch die geschmolzenen Salzverunreinigungen gefördert wird, vor Heisskorrosion zu schützen.

[0036] In einigen Ausführungsformen ist die korrosionsbeständige Schicht, die ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOzumfasst, auch inert gegen Schwefeltrioxid (SO3) und somit in der Lage, die Turbinenkomponente und ihre thermischen und/oder Umgebungs-Barrierebeschichtungssysteme sowohl vor der Heisskorrosion, die durch die geschmolzenen Salzverunreinigungen gefördert wird, als auch vor der Korrosion zu schützen, die durch Korrosionsmedien der Gasphase, einschliesslich SO3, verursacht wird.

[0037] In einigen Ausführungsformen ist M in dem hochschmelzenden Metallvanadat der Formel MxVy03 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb), Lutetium (Lu), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Niob (Nb) und Tantal (Ta). In einigen speziellen Ausführungsformen ist M aus der Gruppe bestehend aus Ce, La, Y, Gd und ihren Kombinationen ausgewählt.

[0038] In einigen Ausführungsformen ist das hochschmelzende Metallvanadat der Formel MxVyOzaus der Gruppe bestehend aus CeVO4, LaVO4, YVO4, GdVO4und deren Kombinationen ausgewählt.

[0039] Das Substrat der Turbinenkomponenten ist üblicherweise aus hochtemperaturbeständigen Materialien, wie Superlegierungsmaterialien und Silicium-haltigen Materialien, hergestellt. Beispiele für Superlegierungsmaterialien schliessen Legierungen auf Nickelbasis, Kobaltbasis und Eisenbasis ein und Beispiele von Silicium-haltigen Materialien schliessen solche mit einer Dispersion von Siliciumcarbid, Silicium-nitrid, Metallsiliciden und/oder Silicium-Verstärkungs-material in einer metallischen oder nicht metallischen Matrix ein, ebenso wie solche, die eine Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und/oder Silicium enthaltende Matrix aufweisen und insbesondere Verbundmaterialien, die Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Metallsilicide (wie Niob- und Molybdänsilicide) und/oder Silicium sowohl als das Verstärkungs- als auch das Matrixmaterial (z.B. Keramikmatrix-Verbundstoffe (CMCs)) nutzen. Während die Vorteile dieser Erfindung unter Bezugnahme auf Gasturbinenkomponenten beschrieben werden, sind die Lehren der Erfindung allgemein auf jede beliebige Komponente anwendbar, deren Substrat und/oder Beschichtungssystem dem Angriff durch geschmolzene Salze ausgesetzt ist.

[0040] In einigen Ausführungsformen, wie bei einer Turbinenkomponente, die in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur, z.B. oberhalb 1000 °C,. eingesetzt wird, gibt es üblicherweise Wärmedämmbeschichtungen (TBCs) auf dem Substrat der Turbinenkomponente, um die Hochtemperatur-Haltbarkeit der Turbinenkomponente zu erhöhen, und die korrosionsbeständige Schicht kann direkt auf den TBCs aufgebracht sein. Die TBCs umfassen typischerweise ein thermisch isolierendes Material, das auf einer gegenüber der Umgebung schützenden Bindeschicht aufgebracht ist, um das zu bilden, was ein TBC-System genannt wird, wobei die Bindeschicht benutzt wird, um eine bessere Haftung zwischen dem thermisch isolierenden Material und dem Substrat der Turbinenkomponente zu erzielen. Die korrosionsbeständige Schicht kann direkt auf dem TBC-System, d.h., auf der Schicht aus thermisch isolierendem Material, aufgebracht sein. Ein im weiten Rahmen eingesetztes thermisch isolierendes Material ist mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ). Ein in weitem Rahmen benutztes Bindeschicht-Material ist RCrAlE, worin R Eisen, Kobalt und/oder Nickel ist und E Yttrium, ein Seltenerdmetall und/oder ein anderes reaktionsfähiges Metall ist.

[0041] In einer speziellen Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst eine Gasturbinentriebwerks-Komponente 100 ein Substrat 102, ein TBC-System 104 und eine korrosionsbeständige Schicht 106, die ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOz, wie oben beschrieben, aufweist. Das TBC-System 104 umfasst eine Bindeschicht 108, der auf dem Substrat 102 aufgebracht ist, eine thermisch aufgewachsene Oxid(TGO)-Schicht 110 auf der Bindeschicht 108 und eine YSZ-Schicht 112, die als eine TBC dient, die auf der TGO-Schicht 110 aufgebracht ist. In einer speziellen Ausführungsform ist die thermisch aufgewachsene Oxidschicht AI2O3. Mit der Bindeschicht 108 können die YSZ-Schicht 112 und die TGO-Schicht 110 an dem Substrat 102 der Turbinenkomponente haften. Die YSZ-Schicht 112 kann eine Dicke im Bereich von etwa 100 µm bis etwa 1150 µm aufweisen. Die korrosionsbeständige Schicht 106 ist direkt auf dem TBC-System 104, d.h. auf die YSZ-Schicht 112, aufgebracht und ist in der Lage, das darunter liegende TBC-System und das Substrat vor Heisskorrosion zu schützen, die durch die geschmolzenen Salzverunreinigungen verursacht wird.

[0042] In einigen Ausführungsformen, wie bei einer Turbinenkomponente, die in einer Umgebung mit einer relativ geringen Temperatur, z.B. von etwa 800 °C bis etwa 1000 °C, eingesetzt wird, mag es keinen Bedarf für ein Wärmedämmschichtsystem auf dem Substrat der Turbinenkomponente geben, und so kann die korrosionsbeständige Schicht direkt auf dem Substrat aufgebracht sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Bindeschicht zwischen der korrosionsbeständigen Schicht und dem Substrat der Turbinenkomponente eingefügt werden, um die Adhäsion der Schichten zu erhöhen, und so wird die korrosionsbeständige Schicht mittels der Bindeschicht auf dem Substrat aufgebracht. In einer speziellen Ausführungsform ist der Bindeschicht zwischen der korrosionsbeständigen Schicht und dem Substrat Aluminid.

[0043] In einer speziellen Ausführungsform, wie sie z.B. in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst eine Turbinenkomponente 200 ein Substrat 202 und eine korrosionsbeständige Schicht 206, wie oben beschrieben, die direkt auf dem Substrat 202 aufgebracht ist. In einer anderen speziellen Ausführungsform, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst eine Turbinenkomponente 300 ein Substrat 302 und eine korrosionsbeständige Schicht 306, wie oben beschrieben, die über eine Bindeschicht 304 auf dem Substrat 302 aufgebracht ist, um eine bessere Haftung zwischen der korrosionsbeständigen Schicht 306 und dem Substrat 302 zu erreichen.

[0044] In einigen Ausführungsformen kann eine Turbinenkomponente unterschiedliche Teile umfassen, die im Einsatz auf unterschiedliche Verarbeitungsumgebungen stossen. In einer solchen Situation können die unterschiedlichen Teile der Turbinenkomponente mit einem TBC-System beschichtet sein oder nicht, was von der Umgebung abhängt, die sie antreffen, und eine korrosionsbeständige Schicht, die als eine schützende Oberfläche der Turbinenkomponente aufgebracht ist, kann mit dem TBC-System bzw. dem Substrat (oder einer anderen Zwischenschicht) an unterschiedlichen Teilen der Komponente in Kontakt stehen. In einer speziellen Ausführungsform umfasst eine Turbinenkomponente z.B. ein Substrat, das einen ersten Teil, der mit einem TBC-System geschützt ist, und einen zweiten Teil ohne ein TBC-System aufweist. Eine korrosionsbeständige Schicht der Komponente weist einen ersten Teil, der direkt auf dem TBC-System aufgebracht ist, das über dem ersten Teil des Komponentensubstrates liegt, und einen zweiten Teil auf, der auf dem zweiten Teil des Komponentensubstrates mittels einer Bindeschicht aufgebracht ist, die das Anhaften der korrosionsbeständigen Schicht an dem zweiten Teil des Komponentensubstrates besser unterstützt. Darüber hinaus kann die korrosionsbeständige Schicht weiter einen dritten Teil enthalten, der direkt auf dem Komponentensubstrat ohne irgendein TBC-System oder eine andere Zwischenschicht dazwischen aufgebracht ist.

[0045] In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die korrosionsbeständige Schicht durch ein Verfahren aufgebracht werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, zu der thermisches Spritzen, kaltes Spritzen, Sol-Gel, physikalische Dampfabscheidung (PVD), chemische Dampfabscheidung (CVD), Aufschlämmen, Zerstäuben und deren Kombinationen gehören, und sie kann eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 300 µm oder vorzugsweise von etwa 50 µm bis etwa 200 µm aufweisen.

Beispiel

[0046] In dem Beispiel wurden Beschichtungsmaterialien, die zum Bilden der korrosionsbeständigen Schicht, wie oben beschrieben, angepasst sind, zubereitet und für Antikorrosionstests verwendet, in denen die zubereiteten Beschichtungsmaterialien mit verschiedenen Salzen oder Oxiden, wie NaVO3, Na2SO4und V2O5vermischt wurden, um Antikorrosionseigenschaften zu untersuchen.

Synthese:

[0047] Die Beschichtungsmaterialien wurden durch Vermischen von Metalloxiden und NH4VO3(oder Vanadiumoxiden) in einem gewünschten Verhältnis synthetisiert. Die vermischten Materialien wurden gemahlen und dann auf zwischen 1000–1300 °C für etwa 5–24 Stunden erhitzt, um ein kristallines Pulver zu bilden. Das Pulver wurde dann durch ein Röntgenbeugungs-(XRD)-Verfahren analysiert, um die Phasen zu identifizieren.

Antikorrosionstest:

[0048] Das vorerwähnte Pulver wurde mit Salzen oder Oxiden, wie NaVO3, Na2SO4, V2O5in einem Gewichtsverhältnis von 6:1 bis 2:1 vermischt und für etwa 1–3 Stunden auf 800–920 °C erhitzt. Die Pulver wurden danach mit entionisiertem Wasser gewaschen und zur XRD-Untersuchung getrocknet. Die Resultate zeigten, dass die Pulver antikorrosiv für die Salze und Oxide waren, die in der Mischung eingesetzt wurden, da keine neuen Phasen in dem resultierenden Röntgenbeugungsmuster auftauchten.

[0049] Die Erfindung kann in anderen speziellen Formen verkörpert sein, ohne von deren Wesen oder wesentlichen charakteristischen Eigenschaften abzuweichen. Die vorgenannten Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als beschränkend für die hierin beschriebene Erfindung anzusehen. Der Umfang der Ausführungsformen der Erfindung wird somit durch die beigefügten Ansprüche statt durch die vorhergehende Beschreibung angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen daher durch diese mit umfasst sein.

[0050] Eine Gasturbinenkomponente enthält ein Substrat, das aus einem hochtemperaturbeständigen Material ausgebildet ist, und eine korrosionsbeständige Schicht. Die korrosionsbeständige Schicht ist inert für die geschmolzenen Salzverunreinigungen und enthält ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOz, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

Claims

1. Turbinenkomponente, die aufweist: ein Substrat, das aus einem hochtemperaturbeständigen Material ausgebildet ist, und eine korrosionsbeständige Schicht, die ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOzaufweist, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

2. Turbinenkomponente nach Anspruch 1, die ferner ein Wärmedämmschichtsystem aufweist, das zwischen dem Substrat und wenigstens einem Teil der korrosionsbeständigen Schicht angeordnet ist, wobei die korrosionsbeständige Schicht direkt auf dem Wärmedämmschichtsystem aufgebracht ist.

3. Turbinenkomponente nach Anspruch 2, wobei das Wärmedämmschichtsystem eine Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einer Dicke im Bereich von etwa 100 µm bis etwa 1150 µm und eine erste Bindeschicht zwischen der Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid und dem Substrat aufweist; wobei die erste Bindeschicht vorzugsweise RCrAlE ist, worin R Eisen, Kobalt und/oder Nickel ist und E Yttrium, ein Seltenerdmetall und/oder ein anderes reaktionsfähiges Metall ist.

4. Turbinenkomponente nach Anspruch 3, wobei das Wärmedämmschichtsystem ferner eine thermisch aufgewachsene Oxidschicht zwischen der ersten Bindeschicht und der Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid aufweist; wobei die thermisch aufgewachsene Oxidschicht vorzugsweise AI2O3ist.

5. Turbinenkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine zweite Bindeschicht aufweist, die zwischen dem Substrat und wenigstens einem Teil der korrosionsbeständigen Schicht angeordnet ist, wobei die korrosionsbeständige Schicht auf der zweiten Bindeschicht aufgebracht ist, wobei die zweite Bindeschicht für eine Bindung zwischen dem Substrat und der korrosionsbeständigen Schicht sorgt, wobei die zweite Bindeschicht vorzugsweise Aluminid ist.

6. Turbinenkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens ein Teil der korrosionsbeständigen Schicht direkt auf dem Substrat aufgebracht ist.

7. Turbinenkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei M aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ca, Mg, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta und ihren Kombinationen ausgewählt ist; wobei M vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Ce, La, Y, Gd und deren Kombinationen ausgewählt ist.

8. Turbinenkomponente nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei die korrosionsbeständige Schicht eine Dicke in einem Bereich von etwa 50 µm bis etwa 200 µm aufweist; und/oder wobei das Substrat aus einer Superlegierung hergestellt ist.

9. Verfahren zum Herstellen einer Turbinenkomponente, das aufweist: Bilden eines Substrates aus einem hochtemperaturbeständigen Material; und Aufbringen einer korrosionsbeständigen Schicht über dem Substrat, wobei die korrosionsbeständige Schicht ein hochschmelzendes Metallvanadat der Formel MxVyOzaufweist, worin M aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen der Gruppe IV und V, seltenen Erdmetallen und ihren Kombinationen ausgewählt ist und worin z=x+2,5y oder z=1,5x+2,5y oder z=2x+2,5y ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die korrosionsbeständige Schicht durch ein Verfahren aufgebracht wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus thermischem Spritzen, Kaltspritzen, Sol-Gel, PVD, CVD, Aufschlämmen, Zerstäuben und deren Kombinationen besteht.