DE102005038374A1 - Production of wear-, heat-, corrosion- and oxidation resistant abrasive protective coating on component, e.g. turbine, especially gas turbine, or aircraft engine by deposition of base alloy coating with embedded hard particles - Google Patents

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Abstract

Process for production of a wear-, heat-, corrosion- and oxidation resistant abrasive protective coating of a component, especially of a turbine, especially gas turbine, or aircraft engine involving:deposition of a base coating in McrAlY by a cementing method and drying followed by electrodeposition of a second coating on the base coating consisting of a McrAlY-matrix, e.g. in powder form, containing embedded hard particles. An independent claim is included for a protective coating as described above .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen, abrasiven Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für Bauteile von Turbinen oder Flugtriebwerken.The The present invention relates to a process for the preparation of a wear resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant, abrasive protective layer for a Component, in particular for components from turbines or aircraft engines.

Derartige Korrosions- und Oxidationsschutzschichten sind bekannt und werden insbesondere in Teilen von Turbinen oder Flugtriebwerken eingesetzt. Als Heißkorrosionsschutzschichten werden sogenannte MCrAlY-Auflageschichten verwendet, wie sie zum Beispiel in der US-A-4080486, der EP-B1-0486489 und der US-A-4585481 beschrieben sind. Zudem können diese MCrAlY-Auflageschichten als Haftvermittler oder als Haftschicht zwischen dem metallischen Substrat, auf die die Schutzschicht aufgetragen wird, und einer keramischen Deckschicht verwendet werden. Die Aufbringung der Schutzschicht erfolgt dabei insbesondere durch thermische Spritzverfahren, wie z. B. Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Detonationsspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Laserspritzen oder Schmelzbadspritzen. Weitere bekannte Verfahren, wie sie zum Beispiel in der EP-A1-0443877, der US-A-5935407 und in der US-B1-6194086 beschrieben sind, offenbaren die Herstellung einer Panzerung bzw. einer abrasiven Schutzschicht aus einem MCrAlY-Pulver durch ein galvanisches Auftragen auf das zu panzernde Bauteil, wobei in dem Bad die erforderlichen Hartstoff-Partikel, wie zum Beispiel Bornitrid-Partikel, enthalten sind. Des Weiteren ist es aus der DE-C2-19827620 und der DE-A1-19824792 bekannt, MCrAlY-Schutzschichten mittels Schlickertechnik zu erzeugen. Dabei beschreibt insbesondere die DE-C2-19827620 ein Verfahren zum Herstellen einer Panzerung für ein metallisches Bauteil, bei dem ein MCrAlY-Schlicker auf die zu panzernde Oberfläche des Bauteils aufgetragen wird, wobei vor oder nach dem Auftragen des Schlickers keramische Hartstoff-Partikel zugegeben werden.such Corrosion and oxidation protection layers are known and are used in particular in parts of turbines or aircraft engines. When Hot corrosion protective coatings become so-called MCrAlY overlays used, for example, in US-A-4080486, EP-B1-0486489 and US-A-4585481. In addition, these MCrAlY support layers can be used as Adhesion promoter or as an adhesive layer between the metallic substrate, on which the protective layer is applied, and a ceramic Cover layer can be used. The application of the protective layer takes place in particular by thermal spraying method, such as z. B. flame spraying, high-speed flame spraying, detonation spraying, plasma spraying, Arc spraying, laser spraying or molten bath spraying. Further known methods, as described for example in EP-A1-0443877, US-A-5935407 and US-B1-6194086 disclose the preparation an armor or an abrasive protective layer of a MCrAlY powder by a galvanic application to the component to be coated, wherein in the bath, the required hard particles, such as Boron nitride particles are included. Furthermore, it is from the DE-C2-19827620 and DE-A1-19824792 known, MCrAlY protective layers to produce by Schlickertechnik. In particular, describes the DE-C2-19827620 a method for producing an armor for a metallic Component in which a MCrAlY slip on the surface to be clad of Component is applied, wherein before or after the application of the Schlickers ceramic hard material particles are added.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist einerseits, dass diese Schutzschichten zwischen einer auf dem Bauteil aufgetragenen Basisschicht und der die Hartstoff-Partikel enthaltenden Schicht immer eine zusätzliche Haftschicht benötigen. Solche Verfahren sind daher teuer und aufwändig. Insbesondere die Notwendigkeit des Aufbringens einer zusätzlichen Haftschicht ist nachteilig. Die bekannten Schlickertechniken sind zwar einfach durchzuführen, die resultierenden Schutzschichten sind jedoch bezüglich ihrer Verschleißfestigkeit nur begrenzt einsetzbar.adversely On the one hand, the known method is that these protective layers between a base layer applied to the component and the the hard material particles containing layer always an additional Adhesive layer need. Such methods are therefore expensive and expensive. In particular, the need the application of an additional Adhesive layer is disadvantageous. The known Schlickertechniken are while easy to perform, however, the resulting protective layers are with respect to their wear resistance only limited use.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesteren temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen, abrasiven Schutzschicht bereitzustellen, welches relativ einfach und kostengünstig durchführbar ist.It Therefore, an object of the present invention is a process for the preparation a more wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant, abrasive protective layer to provide, which is relatively simple and inexpensive to carry out.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen und Verfahrensschritten.Is solved this object by a method according to the described in claim 1 Characteristics and process steps.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.advantageous Embodiments are described in the subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen abrasiven Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Bauteil von Turbinen oder Flugtriebwerken, weist folgende Schritte auf: a) Aufbringen einer Basisschicht bestehend aus MCrAlY auf das Bauteil in Schlickertechnik und Trocknen der Basisschicht; und b) Aufbringen einer weiteren Schicht auf die Basisschicht mittels einem galvanischen Verfahren, wobei die weitere Schicht aus einer MCrAlY-Matrix mit eingebetteten Hartstoff-Partikeln besteht.One inventive method for producing a wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive protective coating for a Component, in particular for a component of turbines or aircraft engines, has the following steps on: a) applying a base layer consisting of MCrAlY to the Component in Schlickertechnik and drying of the base layer; and b) Applying another layer to the base layer by means of a galvanic process, wherein the further layer of an MCrAlY matrix with embedded hard particles.

Die eingebetteten Hartstoff-Partikel, insbesondere über die Oberfläche der weiteren Schicht hinausragende Partikel graben sich im Betrieb in gegenüberliegende Komponenten oder Beläge ein, womit ein abrasiver Effekt entsteht.The embedded hard-material particles, in particular over the surface of the further layer protruding particles dig during operation in opposing Components or pads which creates an abrasive effect.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einerseits schnell und kostengünstig durchführbar und erzeugt andererseits eine sehr verschleißfeste temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständige abrasive Schutzschicht. Da das Verfahren relativ einfach durchführbar ist, kann es auch für nachträgliche Reparaturarbeiten von beschädigten Schutzschichten verwendet werden. Insbesondere die Kombination der einfachen und schnell handhabbaren Schlickertechnik zur Herstellung der Basisschicht und dem galvanischen Verfahren zur Herstellung einer MCrAlY-Matrix mit eingebetteten Hartstoff-Partikeln ist gegenüber den bekannten Verfahren vorteilhaft. Die Herstellung einer zusätzlichen Haftschicht ist nicht mehr notwendig.The inventive method On the one hand, it is quick and inexpensive to carry out and On the other hand, it generates a very wear-resistant temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive protective layer. Since the process is relatively easy to carry out, It can also be for subsequent Repair work of damaged Protective layers are used. In particular, the combination of simple and easy-to-handle slip technology for production the base layer and the galvanic process for the production an MCrAlY matrix with embedded hard material particles is opposite to the known methods advantageous. The production of an additional Adhesive layer is no longer necessary.

Die Basisschicht weist üblicherweise eine mittlere Schichtdicke zwischen 25 mm und 150 μm auf. Die weitere Schicht weist üblicherweise eine mittlere Schichtdichte zwischen 50 μm und 400 μm auf.The Base layer usually has an average layer thickness between 25 mm and 150 μm. The another layer usually has a mean layer density between 50 microns and 400 microns.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Auftragen der Basisschicht gemäß Verfahrensschritt a) ein Schlicker mit einem Pulver aus MCrAlY hergestellt. Dabei steht M für wenigstens eines der Elemente Ni, Co, Fe, Pt, Pd oder die Legierungen NiCo oder CoNi. Anstelle von Y kann auch Hf, Zr, Yb, Ce oder Ti verwendet werden. Das Pulver liegt üblicherweise mit einer Korngrößenverteilung von 2 bis 150 μm vor.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, before the application of the base layer according to method step a) Slip made with a powder of MCrAlY. M stands for at least one of the elements Ni, Co, Fe, Pt, Pd or the alloys NiCo or CoNi. Instead of Y, Hf, Zr, Yb, Ce or Ti can also be used. The powder is usually present with a particle size distribution of 2 to 150 microns.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufbringen des Schlickers gemäß Verfahrensschritt a) mittels Spritzen, Pinseln oder Tauchen. Dadurch lässt sich dieser erste Verfahrensschritt fertigungstechnisch einfach und kostengünstig durchführen. Des Weiteren kann die Basisschicht auf einfache Art und Weise auch auf geometrisch komplizierte Bauteile aufgebracht werden. Das Trocknen des Schlickers gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt über einen Zeitraum von 0,25 bis 5 Std.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the application of the slip according to process step a) by means of Spraying, brushing or diving. This makes this first method step manufacture easily and inexpensively perform. Of Further, the base layer can easily be opened geometrically complicated components are applied. The drying of the slip according to method step a) takes place via a period of 0.25 to 5 hours

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Basisschicht vor dem Verfahrensschritt b) einem Diffusionsglühen bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C unterzogen. Diese Wärmebehandlung kann dabei im Vakuum oder unter Edelgasatmosphäre erfolgen. Durch das Diffusionsglühen wird eine innige Verbindung der Basisschicht mit der Bauteiloberfläche erzielt.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the base layer is subjected to diffusion annealing before process step b) Temperatures between 750 ° C and 1200 ° C subjected. This heat treatment can be done in a vacuum or under inert gas atmosphere. By the diffusion annealing is achieved an intimate connection of the base layer with the component surface.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Verfahrensschritt b) die Basisschicht alitiert. Die Alitierung der Basisschicht kann dabei bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1200°C und einer Dauer von 1 bis 12 Std. durchgeführt werden. Durch die Alitierung der Basisschicht erfolgt eine weitere Verstärkung der Verbindung zwischen dem Bauteil und der Basisschicht sowie ein Kompaktieren der Basisschicht.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention before the process step b) the base layer is alitiert. The Alitierung the base layer can be at a temperature between 800 ° C and 1200 ° C and lasting from 1 to 12 hours. Through the Alitierung the base layer is a further reinforcement of the connection between the component and the base layer and a compacting of the base layer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Herstellung der weiteren Schicht gemäß Verfahrensschritt b) ein Pulver aus MCrAlY verwendet. M steht dabei für wenigstens eines der Elemente Ni, Co, Pt, Pd, Fe oder eine der Legierungen NiCo oder CoNi. Anstelle von Y kann auch Hf, Zr, Yb, Ce oder Ti verwendet werden. Das zur Herstellung der weiteren Schicht verwendete Pulver weist ebenfalls eine Korngrößenverteilung von 2 bis 150 μm auf. Die verwendeten Hartstoff-Partikel bestehen insbesondere aus (kubischem) Bornitrid, Keramik, Titankarbid, Wolframkarbid, Chromkarbid oder Zirkonoxid oder einer Mischung davon. Gegebenenfalls können die Hartstoff-Partikel nach dem Auftragen der weiteren Schicht gemäß Verfahrensschritt b) freigeätzt werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention is used to produce the further layer according to process step b) Powder of MCrAlY used. M stands for at least one of the elements Ni, Co, Pt, Pd, Fe or one of NiCo or CoNi alloys. Instead of Y can also be used Hf, Zr, Yb, Ce or Ti. That for the production The powder used in the further layer likewise has a particle size distribution from 2 to 150 μm on. The used hard material particles consist in particular of (cubic) boron nitride, ceramics, titanium carbide, Tungsten carbide, chromium carbide or zirconium oxide or a mixture thereof. If necessary, you can the hard material particles after the application of the further layer according to the method step b) etched free become.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die weitere Schicht nach dem Verfahrensschritt b) einem Diffusionsglühen bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C unterzogen. Diese Wärmebehandlung führt zu einer innigen Verbindung zwischen der weiteren Verbindung, nämlich der MCrAlY-Matrix mit der darunter liegenden Basisschicht. Des Weiteren wird die Verbindung zwischen der MCrAlY-Matrix und der darin enthaltenen Hartstoff-Partikel verstärkt. Der Verfahrensschritt des Diffusionsglühens kann dabei im Vakuum oder unter Edelgasatmosphäre vollzogen werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention is the further layer after the process step b) a diffusion annealing at Temperatures between 750 ° C and 1200 ° C subjected. This heat treatment leads to an intimate connection between the further connection, namely the MCrAlY matrix with the underlying base layer. Furthermore is the connection between the MCrAlY matrix and the one contained therein Reinforced hard particles. The process step of the diffusion annealing can be carried out in vacuo or under inert gas atmosphere be done.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Verfahrensschritt b) die weitere Schicht alitiert. Auch dieser zusätzliche Verfahrensschritt trägt zur Verstärkung der Verbindung zwischen der MCrAlY-Matrix und der darunter liegenden Basisschicht bei.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention is after the process step b) alitiert the further layer. Also this additional Process step carries for reinforcement the connection between the MCrAlY matrix and the underlying one Base layer at.

Verwendung findet die nach dem im Vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte verschleißfeste temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständige abrasive Schutzschicht bei der Beschichtung und/oder der Ausbesserung von Turbinen- und Triebwerksteilen, insbesondere von Gasturbinen in Flugtriebwerken. Insbesondere wird die Schutzschicht als Schaufelspitzenpanzerung für eine Gasturbinenschaufel verwendet.use finds the method according to the invention described above manufactured wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive protective coating in the coating and / or repair of turbine and Engine parts, in particular of gas turbines in aircraft engines. In particular, the protective layer becomes a blade tip armor for one Gas turbine blade used.

Eine erfindungsgemäße Schutzschicht, insbesondere eine verschleißfeste temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständige abrasive Schutzschicht für Bauteile einer Gasturbine, besteht aus einer auf das Bauteil aufgetragenen Basisschicht aus MCrAlY und einer darüber liegenden weiteren Schicht, wobei die weitere Schicht aus einer MCrAlY-Matrix mit eingebetteten Hartstoff-Partikeln besteht und die Basisschicht und die weitere Schicht mittels einem im Vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Vorteilhafterweise benötigt eine derartig ausgebildete und hergestellte Schutzschicht keine zusätzliche Haftschicht zwischen der Basisschicht und der die Hartstoff-Partikel enthaltenden weiteren Schicht.A protective layer according to the invention, in particular a wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive protective coating for components a gas turbine, consists of one applied to the component Base layer of MCrAlY and an overlying further layer, the further layer being embedded in a MCrAlY matrix Hard material particles and the base layer and the other Layer by means of a method according to the invention described above are made. Advantageously requires such trained and protective layer made no additional adhesive layer between the base layer and the further containing the hard material particles Layer.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen abrasiven Schutzschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Bauteil von Turbinen oder Flugtriebwerken, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Aufbringen einer Basisschicht bestehend aus MCrAlY auf das Bauteil in Schlickertechnik und Trocknen der Basisschicht; und b) Aufbringen einer weiteren Schicht auf die Basisschicht mittels einem galvanischem Verfahren, wobei die weitere Schicht aus einer MCrAlY-Matrix mit eingebetteten Hartstoff-Partikeln besteht.Method for producing a wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive protective coating for a Component, in particular for a component of turbines or aircraft engines, characterized by following steps: a) applying a base layer consisting from MCrAlY to the component in slip technology and drying the Base layer; and b) applying a further layer the base layer by means of a galvanic process, wherein the additional layer of an MCrAlY matrix with embedded hard material particles consists. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragen der Basisschicht gemäß Verfahrensschritt a) ein Schlicker mit einem Pulver aus MCrAlY hergestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that in that prior to the application of the base layer according to method step a) Slip is made with a powder of MCrAlY. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 2-150 μm vorliegt.Method according to claim 2, characterized in that that the powder with a particle size distribution from 2-150 μm is present. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Schlickers gemäß Verfahrensschritt a) mittels Spritzen, Pinseln oder Tauchen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the application of the slip according to method step a) by means of spraying, brushing or dipping. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt b) die Basisschicht einem Diffusionsglühen bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to method step b) the base layer a diffusion annealing at temperatures between 750 ° C and 1200 ° C is subjected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt b) die Basisschicht alitiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to method step b) the base layer is alitiert. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der weiteren Schicht gemäß Verfahrensschritt b) ein Pulver aus MCrAlY verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for the production of the further layer according to method step b) a powder of MCrAlY is used. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 2-150 μm vorliegt.Method according to claim 7, characterized in that that the powder with a particle size distribution from 2-150 μm is present. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoff-Partikel aus (kubischem) Bornitrid, Keramik, Titankarbid, Wolframkarbid, Chromkarbid oder Zirkonoxid oder einer Mischung davon bestehen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hard material particles consist of (cubic) boron nitride, Ceramic, titanium carbide, tungsten carbide, chromium carbide or zirconium oxide or a mixture thereof. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel nach dem Auftragen der weiteren Schicht gemäß Verfahrensschritt b) freigeätzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hard material particles after application of the further layer according to method step b) etched free become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt b) die weitere Schicht einem Diffusionsglühen bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after method step b), the further layer a diffusion annealing at temperatures between 750 ° C and 1200 ° C is subjected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt b) die weitere Schicht alitiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after method step b), the further layer is alitiert. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen Schutzschicht zur Beschichtung und/oder Ausbesserung von Turbinen- und Triebwerksteilen, insbesondere von Gasturbinen in Flugtriebwerken.Use of according to one of claims 1 to 12 manufactured wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant protective coating and / or repair of turbine and engine parts, in particular of Gas turbines in aircraft engines. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten verschleißfesten temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständigen Schutzschicht als Schaufelspitzenpanzerung für eine Gasturbinenschaufel.Use of according to one of claims 1 to 12 manufactured wear-resistant Temperature, oxidation and corrosion resistant protective layer as blade tip armor for one Gas turbine blade. Schutzschicht, insbesondere verschleißfeste temperatur-, oxidations- und korrosionsbeständige abrasive Schutzschicht für Bauteile einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einer auf das Bauteil aufgetragenen Basisschicht aus MCrAlY und einer darüberliegenden weiteren Schicht besteht, wobei die weitere Schicht aus einer MCrAlY-Matrix mit eingebetteten Hartstoff-Partikeln besteht und die Basisschicht und die weitere Schicht mittels einem Verfahren mit den Merkmalen von mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt sind.Protective layer, in particular wear-resistant temperature, oxidation and corrosion resistant abrasive Protective layer for Components of a gas turbine, characterized in that the protective layer from a base layer of MCrAlY applied to the component and an overlying one further layer, wherein the further layer of an MCrAlY matrix with embedded hard particles and the base layer and the further layer by means of a method with the features of at least one of the claims 1 to 12 are made.
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