DE102005062225B3 - MCrAIX-type alloy product and process for producing a layer of this alloy product - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ (X steht beispielsweise für Yttrium Y) die insbesondere zur Beschichtung von Gasturbinenschaufeln verwendet werden kann. Diese weist eine Gefügematrix (28) aus Gefügekörnern (27) auf, in der Nanopartikel (29) mit einer diffusionshemmenden Ummantelung (33) verteilt sind. Diese sollen einen Aluminiumverlust in der Gefügematrix (28) ausgleichen, der dadurch zustande kommt, dass bei einem korrosiven Angriff der Oberfläche (32) eine Passivierungsschicht (35) aus Aluminiumoxid ständig abgebaut und neu gebildet werden muss. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Nanopartikel (29) derart in der Gefügematrix verteilt sind, dass der mittlere Abstand benachbarter Nanopartikel 1 mum nicht überschreitet. So lässt sich vorteilhaft eine gleichmäßige diffussionsgesteuerte Aufkonzentration an Aluminium im Gefüge (28) erreichen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus einem Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ wobei die Nanopartikel gemeinsam mit den die Gefügematrix (28) bildenden Partikeln (27) durch Kaltgasspritzen auf das Substrat aufgebracht werden.The invention relates to an alloy product of the MCrAlX type (X stands for yttrium Y, for example) which can be used in particular for coating gas turbine blades. This has a structural matrix (28) made of structural grains (27) in which nanoparticles (29) with a diffusion-inhibiting coating (33) are distributed. These are intended to compensate for an aluminum loss in the microstructure matrix (28), which occurs because a passivation layer (35) made of aluminum oxide has to be constantly broken down and newly formed when the surface (32) is attacked by corrosivity. According to the invention, it is provided that the nanoparticles (29) are distributed in the microstructure matrix in such a way that the mean distance between adjacent nanoparticles does not exceed 1 μm. In this way, a uniform diffusion-controlled concentration of aluminum in the structure (28) can advantageously be achieved. The invention further relates to a method for producing a layer from an alloy product of the MCrAlX type, the nanoparticles being applied to the substrate together with the particles (27) forming the microstructure matrix (28) by cold gas spraying.

Description

Die Erfindung betrifft ein Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ mit einer Gefügematrix, enthaltend die Elemente Chrom, Aluminium, mindestens ein weiteres Metall (M) aus der Gruppe Nickel, Kobalt und Eisen sowie mindestens ein weiteres Element. (X) aus der Gruppe Yttrium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Rhodium, Cadmium, Indium, Titan, Niob, Silizium, Bor, Kohlenstoff, Zirkon, Zer und Platin und mit einer im Vergleich zur Gefügematrix an Aluminium und/oder an Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt reicheren Phase in der Gefügematrix, wobei sich an der Phasengrenze zwischen der Phase und der Gefügematrix ein die Diffusion von Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt hemmendes Material befindet.The The invention relates to an MCrAlX-type alloy product having a Structural matrix, containing the elements chromium, aluminum, at least one other Metal (M) from the group of nickel, cobalt and iron and at least another element. (X) from the group yttrium, hafnium, tantalum, Molybdenum, Tungsten, rhenium, rhodium, cadmium, indium, titanium, niobium, silicon, Boron, carbon, zirconium, zer and platinum and with one in comparison to the matrix aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt richer Phase in the matrix, being at the phase boundary between the phase and the microstructure matrix a diffusion of aluminum and / or chromium and / or nickel and / or Cobalt inhibiting material is located.

Eine derartige Legierung ist beispielsweise aus der US 2002/0155316 A1 bekannt. Legierungen dieser Art werden beispielsweise als Korrosionsschutzschichten bei Turbinenschaufeln verwendet. Insbesondere die Turbinenschaufeln von Gasturbinen sind nämlich aufgrund der hohen Betriebstemperaturen und der Aggressivität der Verbrennungsgase einem starken korrodierenden Angriff ausgesetzt. Schichten aus Legierungen vom MCrAlX-Typ zeichnen sich dadurch aus, dass insbesondere der Aluminiumanteil in der Legierung Oxide auf der Oberfläche der Beschichtung bildet, die dem korrodierenden Angriff der Heißgase widerstehen. Allerdings wird die Passivierungsschicht mit der Zeit abgetragen und muss aus den entsprechenden Legierungsanteilen der Schaufelbeschichtung nachgebildet werden. Dies führt mit der Zeit zu einer Verarmung des Legierungsanteils wie Aluminium und letztendlich zu einem Unbrauchbarwerden der Beschichtung, so dass diese auf der Turbinenschaufel erneuert oder die Turbinenschaufel verworfen werden muss.A Such alloy is for example from US 2002/0155316 A1 known. Alloys of this type are used, for example, as anticorrosive coatings used in turbine blades. In particular, the turbine blades of gas turbines are namely due to the high operating temperatures and the aggressiveness of the combustion gases one exposed to strong corrosive attack. Layers of alloys The MCrAlX type is characterized in that in particular the Aluminum content in the alloy oxides on the surface of the Coating that withstands the corrosive attack of the hot gases. However, the passivation layer is removed over time and must be from the corresponding alloying proportions of the blade coating be reproduced. this leads to over time depletion of alloy content such as aluminum and finally, rendering the coating unusable, so that this is renewed on the turbine blade or the turbine blade must be discarded.

Eine Möglichkeit gemäß der US 2002/0155316 A1, die Lebensdauer der beschichtenden Bauteile zu verlängern, besteht darin, in der Schicht ein Depot an Aluminium zur Verfügung zu stellen, welches in einer aus Partikeln bestehenden Phase in der Gefügematrix der Beschichtung enthalten ist. Die Aluminiumpartikel in der Gefügematrix sind weiterhin durch ein Material verkapselt, welches die Diffusion von Aluminium aus den Partikeln in die Gefügematrix verlangsamt. Auf diese Weise kann der Aluminiumanteil in der Gefügematrix über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden, da der Aluminiumverbrauch aufgrund der Nachbildung der Passivierungsschicht ausgeglichen werden kann. Gleichzeitig ist die Diffusion so verlangsamt, dass eine Überkonzentration an Aluminium in der Gefügematrix, welche negative Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung hätte, verhindert werden kann.A possibility according to US 2002/0155316 A1, to extend the life of the coating components consists in providing a depot of aluminum in the layer, which in a particulate phase in the matrix the coating is included. The aluminum particles in the matrix are further encapsulated by a material which inhibits the diffusion of Aluminum from the particles in the matrix slowed down. To this The amount of aluminum in the matrix can be constant over a long period of time be kept because of the aluminum consumption due to the replica the passivation layer can be compensated. simultaneously the diffusion is slowed down so that an over-concentration of aluminum in the matrix, which negative effects on the mechanical properties the coating would have can be prevented.

Die beschriebenen Mechanismen gelten in gleicher Weise für die Legierungsanteile Chrom, Nickel und Kobalt, welche im Betrieb einer Gasturbine ebenfalls verbraucht wird.The Mechanisms described apply equally to the alloying shares Chromium, nickel and cobalt, which in the operation of a gas turbine also is consumed.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Angabe eines Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ, in der die diffusionsgesteuerten Prozesse zum Konstanthalten insbesondere des Aluminium- und/oder Chromanteils oder anderer Anteile möglichst gleichmäßig verlaufen können.The The object of the invention is to specify an alloy product of the MCrAlX type, where the diffusion-controlled processes are kept constant in particular the aluminum and / or chromium portion or other proportions preferably run evenly can.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs genannten Legierung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Phase in der Gefügematrix in Form von Nanopartikeln vorliegt und derart in der Gefügematrix verteilt ist, dass der mittlere Abstand benachbarter Nanopartikel der Phase 1 μm nicht überschreitet. Mit anderen Worten ist der strukturelle Aufbau der Legierung dahingehend verbessert, dass das Depot an Aluminium und/oder Chrom feindispers in der Gefügematrix verteilt ist. Dafür ist zunächst Voraussetzung, dass die an Aluminium und/oder an Chrom und/oder an Nickel und/oder an Kobalt reichere Phase in Form von Nanopartikeln vorliegt. Diese haben aufgrund ihres großen Verhältnisses zwischen Oberfläche und Volumen eine genügend große Grenzfläche zum Gefüge, um einen gleichmäßigen diffusionsgesteuerten Anreicherungsprozess für Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt im Gefüge zu gewährleisten. Die zweite wichtige Voraussetzung für eine gleichmäßige Versorgung der Gefügematrix mit Aluminium und/oder Chrom ist jedoch, dass die Diffusionswege für das diffundierende Material möglichst kurz sind. Dies wird vorteilhaft durch eine Verteilung erreicht, bei der die Nanopartikel dicht beabstandet in der Gefügematrix verteilt sind, d. h. mit einem gemittelten Abstand von weniger als 1 μm. Der mittlere Abstand berechnet sich dabei als der durchschnittliche Abstand der Nanopartikel zueinander, so dass der Abstand zweier bestimmter benachbarter Nanopartikel auch größer als 1 μm sein kann.These The object is achieved according to the invention with the aforementioned alloy solved that the phase in the matrix is present in the form of nanoparticles and distributed in the matrix is that the mean distance of adjacent nanoparticles of the phase Does not exceed 1 μm. In other words, the structural structure of the alloy is the same improves the deposit of aluminum and / or chromium finely dispersed in the matrix is distributed. Therefore is first Requirement that the aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt richer phase in the form of nanoparticles is present. These have due to their large ratio between surface and Volume one enough size interface to the structure, around a uniform diffusion-controlled Enrichment process for To ensure aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt in the structure. The second important requirement for a steady supply the matrix with aluminum and / or chrome, however, that is the diffusion paths for the diffusing material as possible are short. This is advantageously achieved by a distribution where the nanoparticles are closely spaced in the matrix are distributed, d. H. with an average distance of less than 1 μm. Of the average distance is calculated as the average Distance of the nanoparticles to each other, so that the distance between two certain adjacent nanoparticles can also be greater than 1 micron.

Im Folgenden werden im Zusammenhang mit der Phase nur die Elemente Aluminium und Chrom genannt, welche bevorzugt zum Einsatz kommen. Die Argumente lassen sich jedoch sinngemäß auch auf die Legierungselemente Nickel und Kobalt übertragen, die aber einer besseren Lesbarkeit des Textes wegen nicht mehr gesondert aufgeführt werden.in the Following are in connection with the phase only the elements Called aluminum and chromium, which are preferably used. However, the arguments can also be applied mutatis mutandis to the alloying elements Transfer nickel and cobalt, but for a better readability of the text no longer separate listed become.

Mit Hilfe der in der beschriebenen Weise in der Legierung verteilten Phase lässt sich vorteilhaft ein vergleichsweise gleichmäßiges Niveau an Aluminium und/oder Chrom in der Le gierung sicherstellen, auch wenn diese Elemente durch einen fortschreitenden Passivierungseffekt der Oberfläche in aggressiven Medien ständig verbraucht werden. Durch die gleichmäßige Erhaltung der Legierungszusammensetzung lassen sich auch die Eigenschaften einer aus der Legierung gebildeten Schicht vorteilhaft über einen im Vergleich zu bisherigen Beschichtungen längeren Zeitraum hinweg gewährleisten, so dass beispielsweise Turbinenschaufeln als beschichtete Bauteile eine verlängerte Lebensdauer aufweisen. Hierdurch können letztendlich Betriebskosten in den betreffenden Anlagen eingespart werden, was zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit führt.With the help of the distributed in the manner described in the alloy phase can be advantageous to ensure a comparatively uniform level of aluminum and / or chromium in the alloy, even if these elements are constantly consumed by a progressive passivation effect of the surface in aggressive media. By the uniform preservation of the alloy composition can also ensure the properties of a layer formed from the alloy advantageous over a longer compared to previous coatings period, so that, for example, turbine blades as coated components have a prolonged life. As a result, operating costs can ultimately be saved in the plants concerned, which leads to increased efficiency.

Voraussetzung für einen diffusionsgesteuerten Anreicherungsprozess der Gefügematrix an Aluminium und/oder Chrom ist, dass zwischen der Phase und der Gefügematrix ein Konzentrationsgefälle besteht. Um einen sofortigen, ausgleichenden Effekt zu erzielen, d. h. bereits vom Beginn des Betriebszeitraumes eines Bauteils an eine Freisetzung von Aluminium und/oder Chrom zu gewährleisten, sollte daher die Konzentration an Aluminium und/oder Chrom in der Phase höher sein. Insbesondere sollte ein Konzentrationsunterschied von mindestens 4% vorliegen.requirement for one diffusion-controlled enrichment process of the matrix aluminum and / or chrome is that between the phase and the structural matrix there is a concentration gradient. To achieve an immediate, balancing effect, d. H. already from the beginning of the period of operation of a component to a release of aluminum and / or chromium should therefore be the Concentration of aluminum and / or chromium in the phase higher. In particular, a concentration difference of at least 4% available.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gefügematrix aus Gefügekörnern zusammengesetzt ist, die einen mittleren Durchmesser von 1 μm nicht überschreiten. Durch Gefügekörner der angegebenen Größe wird in besonderer Weise gewährleistet, dass die jeweils benachbarten Nanopartikel selbst ebenfalls mit einem mittleren Abstand von weniger als 1 μm angeordnet sein können. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Nanopartikel sich bevorzugt an den Korngrenzen der die Gefügematrix bildenden Gefügekörner befinden und daher die Gefügekörner durch ihren Durchmesser den Abstand der Nanopartikel der Phase mitbestimmen. Allerdings ist auch bei Gefügekörnern von mehr als 1 μm ein mittlerer Abstand der Nanopartikel von weniger als 1 μm denkbar, da die sich auf den Korngrenzen befindenden Nanopartikel dennoch in sehr kurzen Abständen zueinander angeordnet sein können. Hierdurch kann in gewissen Grenzen das weitgehende Fehlen von Nanopartikeln in den Gefügekörner ausgeglichen werden.According to one Embodiment of the invention is provided that the Gefügematrix composed of structural grains is that do not exceed a mean diameter of 1 micron. By structure grains of the specified size is guaranteed in a special way that the respective adjacent nanoparticles themselves also with a mean distance of less than 1 micron can be arranged. This is due to that the nanoparticles prefer at the grain boundaries of the matrix forming structural grains are and therefore the texture grains through their diameter determine the distance of the nanoparticles of the phase. However, even with structure grains of more than 1 μm a mean distance of the nanoparticles of less than 1 μm is conceivable, since the nanoparticles located on the grain boundaries nevertheless in very short intervals can be arranged to each other. This can, within certain limits, the substantial absence of nanoparticles balanced in the structure grains become.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Gefügekörner unterschiedlicher Legierungszusammensetzungen in der Gefügematrix enthalten sind, wobei die Gefügekörner in einem Verhältnis zueinander gemischt vorliegen, welches die gewünschte Legierungszusammensetzung der Gefügematrix gewährleistet. Durch das Vorhandensein von Gefügekörnern unterschiedlicher Zusammensetzung besteht ein größerer Gestaltungsspielraum hinsichtlich der möglichen Legierungszusammensetzungen. Da Legierungen des MCrAlX-Typs gewöhnlich hochtemperaturbelastet sind, kann sich die gewünschte Legierungszusammensetzung während des Betriebs durch Diffusionsvorgänge in den Gefügekörnern ausbilden, da diese im Unterschied zu den die Phase bildende Nanopartikeln nicht durch diffusionshemmende Materialien verkapselt sind. Die Herstellung einer Legierung mit Gefügekörnern, deren Legierungselemente variieren, kann durch eine bessere Verarbeitbarkeit der gewählten Legierungszusammensetzungen vereinfacht sein.According to one Another embodiment of the invention provides that structure grains of different Alloy compositions are contained in the Gefügematrix, wherein the structure grains in a relationship mixed with each other, which is the desired alloy composition the matrix guaranteed. Due to the presence of structure grains of different composition there is more room for maneuver in terms of possible Alloy compositions. Because alloys of the MCrAlX type are usually high temperature stressed, can become the desired Alloy composition during of operation by diffusion processes in the structure grains form, as opposed to the phase-forming nanoparticles not encapsulated by diffusion inhibiting materials. The Production of an alloy with structural grains, their alloying elements may vary due to better processability of the selected alloy compositions be simplified.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Phase metallisch ist. Diese besteht insbesondere aus den Legierungselementen, welche zur diffusionsgesteuerten Regulierung der Legierungsanteile in der Gefügematrix vorgesehen sind, also Aluminium und/oder Chrom. Vorteilhaft können jedoch auch weitere metallische Legierungselemente wie Titan, Platin, Yttrium, Zink, Zinn und Kupfer enthalten sein. Auch diese Metalle unterliegen in der Legierung abhängig vom Betriebszustand des betref fenden Bauteils einem gewissen Verbrauch, welcher in der bereits beschriebenen Weise ausgeglichen werden kann, wenn diese Elemente in der Phase enthalten sind.Especially It is advantageous if the phase is metallic. This consists in particular from the alloying elements which are diffusion-controlled Regulation of the alloying parts are provided in the matrix matrix, ie Aluminum and / or chrome. Advantageously, however, other metallic Alloy elements such as titanium, platinum, yttrium, zinc, tin and copper be included. These metals are also subject to the alloy dependent from the operating state of the relevant component a certain consumption, which can be compensated in the manner already described, if these elements are in phase.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das die Diffusion hemmende Material aus einer Keramik besteht. Keramiken sind einerseits genügend hochtemperaturbeständig, damit sie innerhalb der Gefügematrix auch bei thermischer Beanspruchung erhalten bleiben. Weiterhin sorgt die Gitterstruktur der Keramik dafür, dass eine Wanderung der Depotmaterialien (beispielsweise Aluminium) in der gewünschten Weise behindert wird. Zuletzt lassen sich die keramischen Materialien vorteilhaft auch auf Nanopartikel applizieren. Hierzu hat die Firma QinetiQ Nanomaterials Limited ein Verfahren entwickelt. Die unter dem Handelsnamen Tesimorph® angebotenen Nanopulver können beispielsweise aus Metallen oder Metalllegierungen bestehen, welche mit einer keramischen Hülle versehen sind (www.ginetiq.com).Furthermore, it is advantageous if the diffusion-inhibiting material consists of a ceramic. On the one hand, ceramics are sufficiently resistant to high temperatures, so that they remain intact within the matrix even under thermal stress. Furthermore, the lattice structure of the ceramic ensures that a migration of the depot materials (for example, aluminum) is hindered in the desired manner. Finally, the ceramic materials can advantageously also be applied to nanoparticles. To this end, QinetiQ Nanomaterials Limited has developed a process. The nanopowder offered under the trade name Tesimorph ®, for example, consist of metals or metal alloys which are provided with a ceramic shell (www.ginetiq.com).

Zur Umhüllung der Nanopartikel kann auch ein organisches Material wie beispielsweise ein Polysiloxan-Harz verwendet werden. Derartige Harze sind polymerkeramische Vorstufen für verschiedene Keramiken und enthalten Silizium (Si), Sauerstoff (O) und Kohlenstoff (C) Die Harze bestehen aus Si-O-Si-Ketten mit verschiedenen möglichen Kohlenwasserstoffketten als Seitenketten. Diese organischen Seitenketten legen sich bei einer Vernetzungsreaktion aneinander. Werden diese Vorstufen mittels einer Temperaturbehandlung in Argon-, Stickstoff-, Luft- oder Vakuum-Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 600°C und 1200°C keramisiert, wird das polymere Netzwerk zersetzt und es erfolgt über thermische Zwischenstufen die Ausbildung von amorphen bis kristallinen Phasen der Elemente Si-O-C. Ebenso können auch von Vorstufen des Typs Polysilan (Si-Si), Polycarbosilan (Si-C), Polysilazan (Si-N) oder Polyborosilazan (Si-B-C-N) verwendet werden. Weiter können vernetzte Strukturen auch mit Phosphor ausgebildet werden.For covering the nanoparticles, an organic material such as a polysiloxane resin may also be used. Such resins are polymer-ceramic precursors for various ceramics and contain silicon (Si), oxygen (O) and carbon (C). The resins consist of Si-O-Si chains with various possible hydrocarbon chains as side chains. These organic side chains attach to each other in a crosslinking reaction. If these precursors are ceramized by means of a temperature treatment in argon, nitrogen, air or vacuum atmosphere at temperatures between 600 ° C and 1200 ° C, the polymeric network is decomposed and takes place via thermal intermediates, the formation of amorphous to crystalline phases Elements Si-OC. Likewise, precursors of the type polysilane (Si-Si), polycarbosilane (Si-C), polysilazane (Si-N) or polyborosilazane (Si-BCN) can also be used. Furthermore, networked structures can also be used with phos Phor be trained.

Die harzförmigen Vorprodukte können beispielsweise mit einem Verfahren auf die Nanopartikel aufgebracht werden, welches die Firma Capsulation NanoScience AG (www.capsulation.com) entwickelt hat. Bei dem als LBL-Technology° bezeichneten Verfahren (LBL steht für Layer by Layer) werden die Beschichtungen von Nanopartikeln in einer Suspension auf deren Oberfläche appliziert. Dabei führt eine geeignete Ladungsverteilung in der Suspension bzw. in den Nanopartikeln zu der gewünschten Verteilung des Schichtwerkstoffes auf den Nanopartikeln. Hierdurch können auf den Nanopartikeln einschichtige bzw. mehrschichtige Verkapselungen entstehen.The resinous Precursors can for example, applied to the nanoparticles by a method which the company Capsulation NanoScience AG (www.capsulation.com) has developed. In the process designated as LBL technology ° (LBL stands for Layer by layer), the coatings of nanoparticles in one Suspension on its surface applied. It leads a suitable charge distribution in the suspension or in the nanoparticles to the desired Distribution of the coating material on the nanoparticles. hereby can Single-layered or multi-layered encapsulations on the nanoparticles arise.

Eine weitere Methode der Ummantelung besteht in dem Verfahren der so genannten Atomic-Layer-Deposition (kurz ALD). Unter Ausnutzung von so genannten Self-Assembly-Efekten können auf die Partikel Monolagen von Atomen oder Molekülen aufgebracht werden. Mit diesem Verfahren können auch mehrlagige Verkapselungen hergestellt werden.A another method of sheathing consists in the process of so mentioned atomic layer deposition (short ALD). Taking advantage of so-called self-assembly effects can affect the particle monolayers of atoms or molecules be applied. With this method can also multilayer encapsulations getting produced.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht eines Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ mit einer Gefügematrix, enthaltend die eingangs aufgezählten Elemente und einer im Vergleich zur Gefügematrix an Aluminium und/oder an Chrom und/oder an Nickel und/oder an Kobalt reicheren Phase in der Gefügematrix, wobei sich an der Phasengrenze zwischen der Phase und der Gefügematrix ein die Diffusion von Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt hemmendes Material befindet.Farther The invention relates to a method for producing a layer an MCrAlX-type alloy product having a texture matrix, containing the enumerated above Elements and one compared to the matrix of aluminum and / or in chromium and / or nickel and / or cobalt richer phase in the matrix, being at the phase boundary between the phase and the microstructure matrix a diffusion of aluminum and / or chromium and / or nickel and / or Cobalt inhibiting material is located.

Ein solches Verfahren ist ebenfalls in der oben bereits erwähnten US 2002/0155316 A1 beschrieben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus einem Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ anzugeben, welches gewährleistet, dass die Schicht auch bei einem längeren korrosiven Angriff der Oberfläche die gewünschte Legierungszusammensetzung beibehält.One such method is also in the above-mentioned US 2002/0155316 A1. Another object of the invention It is therefore a process for producing a layer from an alloy product of the MCrAlX type, which ensures that the shift even with a longer one corrosive attack of the surface the desired Alloys composition maintains.

Diese Aufgabe wird mit dem genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Phase aus Nanopartikeln mit einer Umhüllung aus dem die Diffusion hemmenden Material hergestellt wird und die Nanopartikel gemeinsam mit die Gefügematrix bildenden Partikeln durch Kaltgasspritzen auf das Substrat aufgebracht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich vorteilhaft eine Schicht aus dem eingangs genannten Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ herstellen, welche das eingangs genannte Anforderungsprofil an die Schicht erfüllt. Dies bedeutet, dass in der hergestellten Schicht die aus den Nanopartikeln bestehende Phase feinst verteilt sein kann, so dass sich ein mittlerer Abstand jeweils benachbarter Nanopartikel von nicht mehr als 1 μm ergibt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Nanopartikel in den Kaltgasstrahl eingebracht und dort gleichmäßig verteilt werden können, während sich die Nanopartikel zusammen mit den die Gefügematrix bildenden Partikeln auf dem Weg zu der zu beschichtenden Oberfläche befinden. Die Anwendung des Kaltgasspritzens hat weiterhin den Vorteil, dass die Nanopartikel sowie Partikel der Phase und der Gefügematrix keiner thermischen Belastung ausgesetzt werden. Die Haftung bzw. Ausbildung der Schicht auf dem Substrat wird vielmehr aufgrund einer genügend hohen Beschleunigung der Beschichtungspartikel im Kaltgasstrahl erreicht. Treibende Kraft bei der Schichtausbildung ist daher die kinetische Energie, welche während des Schichtbildungsprozesses in Verformung bzw. thermische Energie umgewandelt wird. Dabei kann die Struktur der die Gefügematrix bildenden Partikel und insbesondere auch der gekapselten Nanopartikel erhalten bleiben, so dass das gewünschte Schichtergebnis erzielbar ist. Insbesondere kann die Gefügematrix der hergestellten Schicht genügend fein ausgebildet sein, damit eine gleichmäßige Verteilung der gekapselten Nanopartikel möglich ist. Die gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel führt in der bereits beschriebenen Weise vorteilhaft zu einem gleichmäßigen Verlauf der diffusionsgesteuerten Prozesse, mit denen der Aluminium- oder Chromanteil konstant gehalten wird.These The object is achieved by the method according to the invention solved, that the phase of nanoparticles with an envelope from which the diffusion inhibiting material is produced and the nanoparticles in common with the matrix forming particles applied by cold gas spraying onto the substrate become. With the method according to the invention let yourself advantageously a layer of the aforementioned alloy product of the MCrAlX type, which meets the requirements profile mentioned at the beginning met the layer. This means that in the manufactured layer those from the nanoparticles existing phase can be finely distributed, leaving a mean distance each adjacent nanoparticles of not more than 1 micron yields. This is achieved by the nanoparticles in the cold gas jet introduced and evenly distributed there can be while yourself the nanoparticles together with the particles forming the matrix on the way to the surface to be coated. The application Cold spraying also has the advantage that the nanoparticles as well as particles of the phase and the microstructure of any thermal Be exposed to stress. The liability or training of the layer on the substrate is rather due to a sufficiently high Acceleration of the coating particles achieved in the cold gas jet. The driving force in layer formation is therefore the kinetic Energy, which during of the film forming process converted into deformation or thermal energy becomes. In this case, the structure of the particles forming the matrix and in particular also the encapsulated nanoparticles are preserved, so that the desired Shift result is achievable. In particular, the microstructure matrix enough of the produced layer be finely formed, so that a uniform distribution of the encapsulated nanoparticles possible is. The even distribution the nanoparticle leads in the manner already described advantageous to a uniform course the diffusion-controlled processes with which the aluminum or chromium portion is kept constant.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die verwendeten, die Gefügematrix bildenden Partikel einen mittleren Durchmesser von weniger als 1 μm aufweisen. Dies bedeutet, dass auch diese Partikel in der Größenordnung von Nanopartikeln angeordnet sind, auch wenn aufgrund einer gewissen Größenverteilung auch Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 1 μm in dem Ausgangswerkstoff für die Schichtbildung enthalten sein können. Der verhältnismäßig geringe Durchmesser der die Gefügematrix bildenden Partikel erlaubt vorteilhaft eine besonders feine Verteilung der Nanopartikel in der Gefügematrix, da diese sich im Verlauf des Schichtbildungsprozesses im Kaltgasstrahl mit den die Gefügematrix bildenden Partikeln vermischen und auf diese Weise zwischen den Partikeln der Gefügematrix verteilt werden können. Dabei erfüllen normalerweise dann auch diejenigen Nanopartikel die Forderung eines Abstandes von nicht mehr als 1 μm voneinander, welche auf entgegen gesetzten Seiten eines Partikels der Gefügematrix angeordnet sind.According to one special embodiment of the method is provided that the used, the matrix matrix forming particles have a mean diameter of less than 1 micron. This means that even these particles are of the order of magnitude are arranged by nanoparticles, although due to a certain size distribution also particles with a diameter of more than 1 micron in the Starting material for the layer formation can be included. The relatively small diameter the matrix of the matrix forming particles advantageously allows a particularly fine distribution of Nanoparticles in the matrix, since these are in the course of the layer formation process in the cold gas jet with the matrix of the structure mix forming particles and in this way between the Particles of the matrix can be distributed. To fulfill this Normally those nanoparticles also demand one Distance of not more than 1 μm from each other, which on opposite sides of a particle the matrix are arranged.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die die Phase bildenden Nanopartikel und/oder die die Gefügematrix bildenden Partikel vor der Zuführung in den Kaltgasstrahl zu Agglomeraten zusammengeführt werden. Die so ausgebildeten Agglomerate können eine Mischung der Nanopartikel und Partikel von Phase und Gefügematrix aufweisen, die der zu erzeu genden Struktur in der Schicht bereits entspricht. Die Verarbeitung von Agglomeraten, bestehend aus Nanopartikeln, hat den Vorteil, dass diese im Kaltgasspritz-Verfahren einfacher zu handhaben sind. Außerdem können diese aufgrund ihrer im Vergleich zu einzelnen Nanopartikeln größeren Masse einen größeren Impuls aufgrund der ihnen innewohnenden kinetischen Energie auf die sich ausbildende Schicht ausüben. Hierdurch lässt sich der Entstehungsprozess der Beschichtung vorteilhaft beeinflussen.A further embodiment of the method provides that the nanoparticles forming the phase and / or the particles forming the microstructure are combined to form agglomerates before being fed into the cold gas jet. The agglomerates formed in this way can be a mixture of the nanoparticles and particles of phase and microstructure matrix which already corresponds to the structure to be generated in the layer. The processing of agglomerates, consisting of nanoparticles, has the advantage that they are easier to handle in the cold gas spraying process. In addition, because of their larger mass relative to individual nanoparticles, they can exert a larger impulse on the forming layer due to their inherent kinetic energy. As a result, the development process of the coating can be advantageously influenced.

Die Agglomerate können beispielsweise mit einer Mikroverkapselung zusammengehalten werden. Auch die Mikroverkapselung kann mit dem bereits erläuterten Verfahren der LBL-Technology® erzeugt werden. Hierbei werden die Nanopartikel und eventuell auch die Partikel der Gefügematrix in der Suspension zunächst agglomeriert, bevor eine Mikroverkapselung des so erzeugten Agglomerats erfolgt.The agglomerates can be held together, for example, with a microencapsulation. The microencapsulation can be generated with the already explained method of the LBL Technology ®. In this case, the nanoparticles and possibly also the particles of the matrix are initially agglomerated in the suspension before microencapsulation of the agglomerate thus produced takes place.

Der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl kann bei der Herstellung der Schicht dann so bemessen werden, dass die Mikroverkapselung der Partikel beim Auftreffen auf das Substrat bzw. die in der Ausbildung befindliche Schicht zerstört wird.Of the Energy input into the cold gas jet can be used in the production of the Layer then be sized so that the microencapsulation of Particles when hitting the substrate or in training destroyed layer destroyed becomes.

Hierdurch kann erreicht werden, dass die Eigenschaften der ausgebildeten Beschichtung allein durch die Eigenschaften der in dem Agglomerat befindlichen Partikel bestimmt wird. Die Zersetzungsprodukte der Mikroverkapselung entweichen während des Schichtbildungsprozesses in die Umgebung und werden nicht in die Schicht eingebaut. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Mikroverkapselung im Vergleich zu den Nanopartikeln einen wesentlich geringeren Siedepunkt aufweist, so dass die aufgrund des Auftreffens der Partikel auf das Substrat entstehende Wärme zur Verdampfung der Mikroverkapselung ausreicht, ohne dass die Nanopartikel aufgeschmol zen werden oder deren die Diffusion hemmende Verkapselung zerstört wird.hereby can be achieved that the properties of the formed coating solely by the properties of those in the agglomerate Particle is determined. The decomposition products of microencapsulation escape during of the layering process in the environment and are not in the layer installed. This is possible For example, achieve that the microencapsulation in Compared to the nanoparticles a much lower boiling point so that due to the impact of the particles on the Substrate generated heat sufficient to evaporate the microencapsulation without affecting the nanoparticles molten or their diffusion-inhibiting encapsulation destroyed becomes.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der dem Kaltgasstrahl zugeführten, die Phase bildenden Nanopartikel in Bezug auf die anderen zugeführten Partikel in Abhängigkeit der bereits erzeugten Schichtdicke variiert wird. Hierdurch lässt sich vorteilhaft erreichen, dass sich in der Schicht in Abhängigkeit von der Dicke unterschiedliche Schichteigenschaften erzeugen lassen. Die Konzentration der die Phase bildenden Nanopartikel in der Gefügematrix stellt nämlich eine Einflussgröße dar, um den Ablauf des Diffusionsprozesses der in die Nanopartikel eingelagerten Stoffe (Aluminium und/oder Chrom) zu steuern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konzentration der Nanopartikel bis zum Abschluss des Beschichtens in Stufen oder stufenlos gesteigert wird. Dabei ergibt sich in Nähe der Oberfläche der ausgebildeten Beschichtung eine höhere Konzentration an Nanopartikeln als in den tieferen Bereichen der Beschichtung. Dies ist auch der Bereich der Schicht, in dem die Verarmung an Aluminium und/oder Chrom am schnellsten voranschreitet, da die Oberfläche dem korrosiven Angriff ausgesetzt ist. Durch eine höhere Konzentration an Nanopartikeln in diesem Schichtbereich lassen sich die notwendigen Diffusionswege vorteilhaft verkürzen, wodurch eine effiziente Schutzwirkung zustande kommt. Andererseits können die Schichtteile, die direkt an das Substrat grenzen, mit einer wesentlich geringeren Konzentration an Nanopartikeln versehen werden, so dass die Fähigkeit dieses Schichtbereiches, auf dem Substrat zu haften, nicht beeinträchtigt wird.A Another embodiment of the invention provides that the concentration the supplied to the cold gas jet, the phase-forming nanoparticles in relation to the other particles supplied dependent on the layer thickness already produced is varied. This is possible advantageously achieve that in the layer in dependence can produce different layer properties from the thickness. The concentration of phase-forming nanoparticles in the matrix that is an influencing variable, to the expiration of the diffusion process of embedded in the nanoparticles Control fabrics (aluminum and / or chrome). Especially advantageous it is when the concentration of nanoparticles to completion the coating is increased in stages or continuously. there results in proximity the surface the formed coating has a higher concentration of nanoparticles than in the deeper areas of the coating. This is also the Area of the layer in which the depletion of aluminum and / or Chrome progresses fastest, as the surface of the is exposed to corrosive attack. By a higher concentration of nanoparticles In this layer region, the necessary diffusion paths can be achieved shorten, whereby an efficient protective effect is achieved. on the other hand can the layer parts that border directly on the substrate, with a significantly lower concentration of nanoparticles, so the ability this layer region to adhere to the substrate is not affected.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eine Turbinenschaufel mit der erfindungsgemäßen Schicht beschichtet wird. Hierbei handelt es sich um besonders stark thermisch beanspruchte Bauteile, die gleichzeitig einem erhöhten Korrosionsangriff ausgesetzt sind. So können die beschriebenen verbesserten Eigenschaften der Beschichtung voll zum Tragen kommen.Especially It is advantageous if a component of a gas turbine, in particular a turbine blade is coated with the layer according to the invention. These are particularly highly thermally stressed Components that are simultaneously exposed to increased corrosion attack are. So can the described improved properties of the coating full come to fruition.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind dabei mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese Elemente nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Abweichungen in den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing described. Same or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals, wherein these elements are explained several times only insofar as deviations in give the individual figures. Show it

1 schematisch eine Anlage zum Kaltgasbeschichten, mit der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, 1 1 schematically a plant for cold gas coating, with which an embodiment of the method according to the invention is carried out,

2 das Auftreffen eines Agglomerates von Nanoteilchen auf ein Substrat gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt, 2 the impact of an agglomerate of nanoparticles on a substrate according to a further embodiment of the method according to the invention in section,

3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Legierung an der Schichtoberfläche im Querschnitt und die 3 an embodiment of the alloy according to the invention on the layer surface in cross-section and the

4 und 5 schematische Schnitte durch Ausführungsbeispiele von Schichten, die mit Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden. 4 and 5 schematic sections through embodiments of layers that have been produced with embodiments of the method according to the invention.

Gemäß 1 ist eine Beschichtungsanlage für das Kaltgasspritzen dargestellt. Diese weist einen Vakuumbehälter 11 auf, in dem einerseits eine Kaltspritzdüse 12 und andererseits ein zu beschichtendes Substrat, nämlich eine Turbinenschaufel 13 angeordnet sind (Befestigung nicht näher dargestellt). Durch eine erste Leitung 14 kann ein Prozessgas der Kaltspritzdüse zugeführt werden. Diese weist, wie durch die Kontur angedeutet, eine Laval-Form auf, durch die das Pro zessgas entspannt und in Form eines Kaltgasstrahls (Pfeil 15) zu einer Oberfläche 16 der Turbinenschaufel 13 hin beschleunigt wird. Dem Kaltgasstrahl kann zusätzlich mit einer Heizung 17 Wärme zugeführt werden, die neben der prozessbedingt durch die Lavaldüse erzeugten kinetischen Energie der Teilchen den Schichtbildungsprozess unterstützt. Dies ist insbesondere für die Verarbeitung von Nanopartikeln notwendig, um den Energiegehalt der Partikel im Kaltgasstrahl zu erhöhen.According to 1 a coating system for cold gas spraying is shown. This has a vacuum tank 11 on, on the one hand, a cold spray nozzle 12 and on the other hand a substrate to be coated, namely a turbine blade 13 are arranged (attachment not shown). Through a first line 14 can be a process supplied to the cold spray nozzle. This has, as indicated by the contour, a Laval shape, through which the process gas relaxes and in the form of a cold gas jet (arrow 15 ) to a surface 16 the turbine blade 13 is accelerated. The cold gas jet can additionally with a heater 17 Heat are supplied, which supports not only the process-related generated by the Laval nozzle kinetic energy of the particles, the film formation process. This is particularly necessary for the processing of nanoparticles in order to increase the energy content of the particles in the cold gas jet.

Durch eine zweite Leitung 18 können der Kaltspritzdüse 12 Partikel 19a zugeführt werden, die in dem Gasstrahl beschleunigt werden und auf die Oberfläche 16 auftreffen. Die kinetische Energie der Partikel 19a führt zu einer Ausbildung einer Schicht 20 (evtl. unterstützt durch die Heizleistung der Heizung 17). Die bei der Schichtbildung ablaufenden Prozesse werden im Folgenden noch näher erläutert. Zur Ausbildung der Schicht 20 kann die Turbinenschaufel 13 in Richtung des Doppelpfeils 21 vor der Kaltspritzdüse 12 hin und her bewegt werden. Während dieses Beschichtungsprozesses wird das Vakuum im Vakuumbehälter 11 durch eine Vakuumpumpe 22 ständig aufrechterhalten, wobei das Prozessgas vor Durchleitung durch die Vakuumpumpe 22 durch einen Filter 23 geführt wird, um Partikel und andere Restprodukte der Beschichtung auszufiltern, die beim Auftreffen auf die Oberfläche 16 nicht an diese gebunden werden.Through a second line 18 can the cold spray nozzle 12 particle 19a are fed, which are accelerated in the gas jet and on the surface 16 incident. The kinetic energy of the particles 19a leads to a training of a shift 20 (possibly supported by the heat output of the heater 17 ). The processes occurring during the layer formation are explained in more detail below. To form the layer 20 can the turbine blade 13 in the direction of the double arrow 21 in front of the cold spray nozzle 12 be moved back and forth. During this coating process, the vacuum in the vacuum container 11 through a vacuum pump 22 constantly maintained, with the process gas before passage through the vacuum pump 22 through a filter 23 is guided to filter out particles and other residual products of the coating, which when hitting the surface 16 not be tied to this.

Die Partikel 19a bestehen aus einem Agglomerat 25 aus Nanopartikeln, die durch eine Mikroverkapselung 26 zusammengehalten werden. Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1 bleibt die Mikroverkapselung 26 beim Auftreffen der Partikel 19a auf das Substrat erhalten. Die Mikroverkapselung stellt damit eine Matrix dar, in der das Agglomerat von Nanopartikel gebunden ist. Die Mikroverkapse lung muss in diesem Falle aus Legierungselementen bestehen, die zur Bildung der Gefügematrix notwendig sind.The particles 19a consist of an agglomerate 25 from nanoparticles through a microencapsulation 26 held together. In the embodiment of the inventive method according to 1 the microencapsulation remains 26 when the particles hit 19a obtained on the substrate. The microencapsulation thus represents a matrix in which the agglomerate of nanoparticles is bound. In this case, the microencapsulation must consist of alloying elements which are necessary for the formation of the microstructure matrix.

Gemäß 2 ist ein anderes Anwendungsbeispiel zur Herstellung einer Schicht aus der erfindungsgemäßen Legierung dargestellt. Hier kommt ein Beschichtungspartikel 19b zum Einsatz, welches eine Verkapselung 26b aufweist. Diese kann beispielsweise mit Hilfe der bereits erwähnten LBL-Technology® hergestellt werden. Wird ein solches Partikel 19a auf die Oberfläche 16 des Substrates 13 beschleunigt, verformt sie diese beim Auftreffen leicht, wobei die Mikroverkapselung 26b abgesprengt wird. Partikel 27, die im Ausführungsbeispiel als Nanopartikel ausgeführt sind und die Legierungsbestandteile einer sich ausbildenden Gefügematrix 28 enthalten und Nanopartikel 29 mit einer Umhüllung 30 bilden dabei die Beschichtung 20 aus. Der Energieeintrag durch das Kaltgasspritzverfahren wird so eingestellt, dass die Gefügestruktur der gekapselten Nanopartikel 29 nicht beeinflusst wird. Allerdings ergibt sich bei den Partikeln 27 ein gewisser Verschmelzungsprozess, so dass diese zu Gefügekörnern 31 der Gefügematrix zusammenwachsen.According to 2 is another application example for producing a layer of the alloy according to the invention shown. Here comes a coating particle 19b used, which is an encapsulation 26b having. These can be produced for example by means of the aforementioned LBL Technology ®. Will such a particle 19a on the surface 16 of the substrate 13 accelerates, it easily deforms when hitting the microencapsulation 26b is blown off. particle 27 , which are designed in the embodiment as nanoparticles and the alloying constituents of a forming matrix 28 contain and nanoparticles 29 with a serving 30 form the coating 20 out. The energy input by the cold gas spraying process is adjusted so that the microstructure of the encapsulated nanoparticles 29 is not affected. However, it results in the particles 27 a certain fusion process, so that these become structure grains 31 Growing together the matrix.

Der 3 lässt sich entnehmen, wie eine MCrAlX-Schicht an der Oberfläche 32 ausgebildet sein kann. Zu erkennen sind einerseits die Partikel 27 aus der MCrAlX-Legierung sowie auch die Nanopartikel 29 mit ihrer Umhüllung 30 aus dem die Diffusion hemmenden Material 33. Die Nanopartikel 29 bilden in ihrer Gesamtheit eine Phase 34 in der Gefügematrix 28 aus. Die Phase besteht aus reinem Aluminium, welches gesteuert durch die Umhüllung 33 der einzelnen Nanopartikel 29 in einer bestimmten Geschwindigkeit an die Gefügematrix 28 des Bauteils abgegeben wird. Auf diese Weise wird eine Verarmung der Gefügematrix 28 an MCrAlX-Legierungselementen verhindert, die dadurch zustande kommt, dass sich an der Oberfläche 32 eine Passivierungsschicht 35 ausbildet. Die Passivierungsschicht 35 sowie die Umhüllung 30 sind gemäß 3 aus Aluminiumoxid. Diese Verbindung ist als diffusionshemmendes Material insofern geeignet, als die Aluminiumatome in dem Kristallgefüge des Aluminiumoxids stärker gebunden sind, als in den Nanopartikeln 29, in denen Aluminium elementar vorliegt.Of the 3 can be seen as an MCrAlX layer on the surface 32 can be trained. One can see the particles on the one hand 27 from the MCrAlX alloy as well as the nanoparticles 29 with their serving 30 from the diffusion-inhibiting material 33 , The nanoparticles 29 together form a phase 34 in the matrix 28 out. The phase consists of pure aluminum, which is controlled by the coating 33 the individual nanoparticles 29 at a certain speed to the matrix 28 of the component is delivered. In this way, an impoverishment of the matrix matrix 28 prevents from MCrAlX alloying elements, which is caused by the fact that on the surface 32 a passivation layer 35 formed. The passivation layer 35 as well as the serving 30 are according to 3 made of aluminum oxide. This compound is useful as a diffusion-inhibiting material in that the aluminum atoms are more strongly bound in the crystal structure of the alumina than in the nanoparticles 29 in which aluminum is elemental.

In den 4 und 5 ist ein Ausschnitt der Turbinenschaufel 13 gemäß 1 im Schnitt dargestellt, wobei auch die Oberfläche 32 mit der Beschichtung von MCrAlX-Typ dargestellt ist. Eventuelle weitere Schichten zwischen Turbinenschaufel 13 und Schicht 20 des MCrAlX-Typs oder auf der Oberfläche 32 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In 4 ist die Schicht 20 als Gradientenschicht ausgebildet, d. h., dass die Nanopartikel 29 in einer Konzentration in der Gefügematrix 28 enthalten sind, die ihr Maximum an der Oberfläche 32 aufweist und ihr Minimum an der Grenzfläche der Schicht 20 zur Turbinenschaufel 13. Dabei könnte die Konzentration an der Oberfläche 32 der in 3 dargestellten entsprechen.In the 4 and 5 is a section of the turbine blade 13 according to 1 shown in section, whereby also the surface 32 with the coating of MCrAlX type is shown. Any further layers between the turbine blade 13 and layer 20 of the MCrAlX type or on the surface 32 are not shown for clarity. In 4 is the layer 20 formed as a gradient layer, that is, that the nanoparticles 29 in a concentration in the matrix 28 that contain their maximum at the surface 32 and their minimum at the interface of the layer 20 to the turbine blade 13 , This could be the concentration on the surface 32 the in 3 represented correspond.

In 5 ist eine Multilayerschicht dargestellt, wobei die Layer der Schicht 20 in einem Arbeitsgang durch Kaltgasspritzen hergestellt werden kann. Die Layer kommen dadurch zustande, dass die Konzentration der Nanopartikel 29 im Kaltgasstrahl stufenweise beim Beschichtungsvorgang erhöht wird. Hierbei sind in 5 in der Schicht 20 drei Layer realisiert, wobei der Layer 20a, der an die Turbinenschaufel 13 grenzt gar keine Nanopartikel aufweist, der Layer 20b, der darauf folgt, eine geringe Konzentration an Nanopartikeln 29 aufweist und der die Oberfläche 32 bildende Layer 20c eine Konzentration an Nanopartikeln aufweist, die der gemäß 3 dargestellten entsprechen könnte.In 5 a multilayer layer is shown, wherein the layers of the layer 20 can be produced in one operation by cold gas spraying. The layers come about because of the concentration of nanoparticles 29 in the cold gas jet is gradually increased during the coating process. Here are in 5 in the layer 20 realized three layers, the layer 20a that is attached to the turbine blade 13 has no nanoparticles at all, the layer 20b which follows, a low concentration of nanoparticles 29 and the surface 32 forming layers 20c has a concentration of nanoparticles that according to 3 could correspond.

Aus der 3 wird weiterhin durch den eingezeichneten Maßstab von 1 μm deutlich, dass die Partikel 27 der MCrAlX-Schicht auch einen größeren mittleren Durchmesser als 1 μm aufweisen können und dennoch der geforderte mittlere Abstand benachbarter Nanopartikel von weniger als 1 μm gewährleistet sein kann. Diese sammeln sich nämlich bevorzugt zwischen den Partikeln 27 der MCrAlX-Schicht an und weisen hier einen deutlich geringeren Abstand als 1 μm auf. Der mittlere Abstand von weniger als 1 μm, der für eine zuverlässige, Diffusions gesteuerte Konzentration der Gefügematrix 28 an Aluminium sicherstellt, ist damit eingehalten. In oberflächenferneren Regionen der MCrAlX-Schicht kann, wie in den 4 und 5 dargestellt ist, die Konzentration an Nanopartikel abnehmen, so dass der mittlere Abstand benachbarter Nanopartikel von 1 μm überschritten wird. Hieraus lässt sich ableiten, dass der geforderte mittlere Abstand nicht in der gesamten Schichttiefe sondern nur an der Oberfläche und in dem an sie angrenzenden Schichtbereich vorliegen muss, da in diesem Bereich ein Verarmen der Legierung an Aluminium aufgrund der Oberflächenpassivierung besonders stark auftritt.From the 3 is further indicated by the drawn scale of 1 micron that the particles 27 The MCrAlX layer can also have a larger average diameter than 1 .mu.m and yet the required average spacing of adjacent nanoparticles of less than 1 micron can be guaranteed. Namely, these preferentially collect between the particles 27 The MCrAlX layer and here have a much smaller distance than 1 micron. The mean distance of less than 1 μm, which ensures a reliable, diffusion-controlled concentration of the matrix matrix 28 ensures aluminum is thus complied with. In more remote regions of the MCrAlX layer may, as in the 4 and 5 is shown, the concentration of nanoparticles decrease, so that the average distance of adjacent nanoparticles of 1 micron is exceeded. It can be deduced from this that the required average distance does not have to be present in the entire layer depth but only on the surface and in the layer region adjoining it, since in this region, depletion of the alloy of aluminum due to surface passivation is particularly pronounced.

Claims (13)

Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ mit einer Gefügematrix (28), enthaltend die Elemente – Chrom (Cr), – Aluminium (Al), – mindestens ein weiteres Metall (M) aus der Gruppe Nickel, Kobalt und Eisen, – mindestens ein weiteres Element (X) aus der Gruppe Yttrium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Rhodium, Cadmium, Indium, Titan, Niob, Silizium, Bor, Kohlenstoff, Zirkon, Zer und Platin und mit einer im Vergleich zur Gefügematrix (28) an Aluminium und/oder an Chrom und/oder an Nickel und/oder an Kobalt reicheren Phase (34) in der Gefügematrix (28), wobei sich an der Phasengrenze zwischen der Phase (34) und der Gefügematrix (28) ein die Diffusion von Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt hemmendes Material (33) befindet dadurch gekennzeichnet, dass die Phase in der Gefügematrix (28) in Form von Nanopartikeln (29) vorliegt und derart in der Gefügematrix (28) verteilt ist, dass der mittlere Abstand benachbarter Nanopartikel (29) der Phase (34) 1 μm nicht überschreitet.Alloy product of the MCrAlX type with a matrix ( 28 ), containing the elements - chromium (Cr), - aluminum (Al), - at least one further metal (M) from the group nickel, cobalt and iron, - at least one further element (X) from the group yttrium, hafnium, tantalum , Molybdenum, tungsten, rhenium, rhodium, cadmium, indium, titanium, niobium, silicon, boron, carbon, zirconium, cerium and platinum and with a comparison with the matrix ( 28 ) aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt-rich phase ( 34 ) in the matrix ( 28 ), whereby at the phase boundary between the phase ( 34 ) and the matrix ( 28 ) a material which inhibits the diffusion of aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt ( 33 ) is characterized in that the phase in the matrix ( 28 ) in the form of nanoparticles ( 29 ) and thus in the matrix ( 28 ) that the mean distance between adjacent nanoparticles ( 29 ) of the phase ( 34 ) Does not exceed 1 μm. Legierungsprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügematrix (28) aus Gefügekörnern (31) zusammengesetzt ist, die einen mittleren Durchmesser von 1 μm nicht überschreiten.Alloy product according to claim 1, characterized in that the microstructure matrix ( 28 ) of structural grains ( 31 ), which do not exceed a mean diameter of 1 micron. Legierungsprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gefügekörner (31) unterschiedlicher Legierungszusammensetzungen in der Gefügematrix (28) enthalten sind, wobei die Gefügekörner in einem Verhältnis zueinander gemischt vorliegen, welches die gewünschte Legierungszusammensetzung der Gefügematrix (28) gewährleistet.Alloy product according to one of the preceding claims, characterized in that structure grains ( 31 ) of different alloy compositions in the matrix ( 28 ), wherein the structure grains are mixed in a ratio to each other which the desired alloy composition of the matrix ( 28 ) guaranteed. Legierungsprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (34) metallisch ist.Alloy product according to one of the preceding claims, characterized in that the phase ( 34 ) is metallic. Legierungsprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (34) mindestens eines der weiteren Metalle Titan, Platin, Yttrium, Zink, Zinn und Kupfer enthält.Alloy product according to one of the preceding claims, characterized in that the phase ( 34 ) contains at least one of the other metals titanium, platinum, yttrium, zinc, tin and copper. Legierungsprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Diffusion hemmende Material (33) aus einer Keramik besteht.Alloy product according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting material ( 33 ) consists of a ceramic. Legierungsprodukt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt enthält.Alloy product according to claim 6, characterized that the ceramic aluminum and / or chromium and / or nickel and / or Contains cobalt. Verfahren zum Erzeugen einer Schicht (20) aus Legierungsprodukt vom MCrAlX-Typ mit einer Gefügematrix (28), enthaltend die Elemente – Chrom (Cr), – Aluminium (Al), – mindestens ein weiteres Metall (M) aus der Gruppe Nickel, Kobalt und Eisen, – mindestens ein weiteres Element (X) aus der Gruppe Yttrium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Rhodium, Cadmium, Indium, Titan, Niob, Silizium, Bor, Kohlenstoff, Zirkon, Zer und Platin und mit einer im Vergleich zur Gefügematrix (28) an Aluminium und/oder an Chrom und/oder an Nickel und/oder an Kobalt reicheren Phase (34) in der Gefügematrix (28), wobei sich an der Phasengrenze zwischen der Phase und der Gefügematrix (28) ein die Diffusion von Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt hemmendes Material (33) befindet dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (34) aus Nanopartikeln (29) mit einer Umhüllung (30) aus dem die Diffusion hemmenden Material (33) hergestellt wird und die Nanopartikel gemeinsam mit die Gefügematrix (28) bildenden Partikeln (27) durch Kaltgasspritzen auf das Substrat aufgebracht werden.Method for producing a layer ( 20 ) of MCrAlX-type alloy product having a matrix ( 28 ), containing the elements - chromium (Cr), - aluminum (Al), - at least one further metal (M) from the group nickel, cobalt and iron, - at least one further element (X) from the group yttrium, hafnium, tantalum , Molybdenum, tungsten, rhenium, rhodium, cadmium, indium, titanium, niobium, silicon, boron, carbon, zirconium, cerium and platinum and with a comparison with the matrix ( 28 ) aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt-rich phase ( 34 ) in the matrix ( 28 ), whereby at the phase boundary between the phase and the matrix ( 28 ) a material which inhibits the diffusion of aluminum and / or chromium and / or nickel and / or cobalt ( 33 ) is characterized in that the phase ( 34 ) from nanoparticles ( 29 ) with a sheath ( 30 ) from the diffusion-inhibiting material ( 33 ) and the nanoparticles together with the matrix ( 28 ) forming particles ( 27 ) are applied to the substrate by cold gas spraying. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten, die Gefügematrix (28) bildenden Partikel (27) einen mittleren Durchmesser von weniger als 1 μm aufweisen.Method according to claim 8, characterized in that the matrix used ( 28 ) forming particles ( 27 ) have a mean diameter of less than 1 micron. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Phase (34) bildenden Nanopartikel (29) und/oder die die Gefügematrix (28) bildenden Partikel (27) vor der Zuführung in den Kaltgasstrahl (15) zu Agglomeraten zusammengeführt werden.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the phase ( 34 ) forming nanoparticles ( 29 ) and / or the microstructures matrix ( 28 ) forming particles ( 27 ) before being fed into the cold gas jet ( 15 ) are brought together to form agglomerates. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der dem Kaltgasstrahl (15) zugeführten, die Phase (34) bildenden Nanopartikel (29) in Bezug auf die anderen zugeführten Partikel in Abhängigkeit der bereits erzeugten Schichtdicke variiert wird.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the concentration of the cold gas jet ( 15 ), the phase ( 34 ) forming nanoparticles ( 29 ) is varied with respect to the other supplied particles as a function of the already produced layer thickness. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Nanopartikel (29) bis zum Abschluss des Beschichtens in Stufen oder stufenlos gesteigert wird.Method according to claim 11, characterized in that the concentration of the nanoparticles ( 29 ) is increased in stages or steplessly until completion of the coating. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eine Turbinenschaufel (13) beschichtet wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that a component of a gas turbine, in particular a turbine blade ( 13 ) is coated.
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