DE102006044706B4 - Layer structure, its application and method for producing a layer structure - Google Patents

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Abstract

Schichtstruktur mit einem Substrat (3) aus einem Substratmaterial und einer auf dem Substrat (3) befindlichen korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht (1, 101) die nanoskalige Opferanodenteilchen (5, 105) aus einem Opferanodenmaterial umfasst und in dem die Opferanodenteilchen (5, 105) mit einem vom Opferanodenmaterial verschiedenen Kapselungsmaterial (7, 107) gekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsmaterial (7, 107) Substratmaterial oder eine Komponente davon ist.Layer structure comprising a substrate (3) of a substrate material and a on the substrate (3) located corrosion and / or oxidation-inhibiting layer (1, 101) the nanoscale sacrificial anode particles (5, 105) from a sacrificial anode material and in which the sacrificial anode particles (5 , 105) are encapsulated with a different encapsulation material (7, 107) from the sacrificial anode material, characterized in that the encapsulation material (7, 107) is substrate material or a component thereof.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtstruktur mit einem Substrat aus einem Substratmaterial und einer auf dem Substrat befindlichen korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht und deren Anwendung bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schichtstruktur.The The present invention relates to a layered structure having a substrate from a substrate material and a corrosion and / or oxidation-inhibiting layer and their application or a Process for producing such a layer structure.

Korrosions- und/oder oxidationshemmende Schichten und Beschichtungen kommen dort zur Anwendung, wo Bauteile korrosiven Heißgasen ausgesetzt sind. Insbesondere ist dies bei Turbinenbauteilen wie etwa Gasturbinenlauf- oder Leitschaufeln oder Elementen von Brennkammerauskleidungen der Fall.corrosion and / or oxidation-inhibiting layers and coatings where components are exposed to corrosive hot gases. Especially this is the case with turbine components such as gas turbine blades or vanes or Elements of combustion chamber linings of the case.

Eine typische korrosions- und/oder oxidationshemmende Beschichtung ist die so genannte MCrAlX-Beschichtung, wobei M zumindest für ein Element der Gruppe aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) und X für ein Aktivelement, etwa Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der seltenen Erden oder Hafnium (Hf) stehen. Solche Legierungen sind beispielsweise aus EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 bekannt. Derartige Beschichtungen enthalten Aluminiumphasen, in denen das Aluminium als Opferanode wirkt, indem es beispielsweise mit Feuchtigkeitsfilmen auf der Oberfläche und dem zu schützenden Material eine galvanische Zelle bildet. Dabei wird Aluminium verbraucht, was im Laufe der Zeit die Wirkung einer MCrAlX-Beschichtung vermindert und nach einer gewissen Betriebsdauer das Entfernen der Beschichtung von Bauteilen und ein Neubeschichten notwendig macht.A typical corrosion and / or oxidation-inhibiting coating is the so-called MCrAlX coating, where M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and X for an active element, such as yttrium (Y. ) and / or silicon and / or at least one rare earth element or hafnium (Hf). Such alloys are for example off EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 known. Such coatings contain aluminum phases in which the aluminum acts as a sacrificial anode, forming a galvanic cell with, for example, moisture films on the surface and the material to be protected. This consumes aluminum, which over time reduces the effect of a MCrAlX coating and, after a certain period of operation, makes it necessary to remove the coating of components and to re-coat.

Gemäß der EP 1 586 676 A1 ist eine Beschichtung beispielsweise für Turbinenschaufeln bekannt, mit der selbige repariert werden können. Die zu Reparaturzwecken aufgebrachte Beschichtung weist Nanopartikel auf, welche mit einem Kapselungsmaterial gekapselt sein können. Es können beispielsweise Aluminiumpartikel zum Einsatz kommen, welche mit einer Oxidschicht gekapselt sind.According to the EP 1 586 676 A1 For example, a coating is known for turbine blades, with which the same can be repaired. The applied for repair coating has nanoparticles, which may be encapsulated with an encapsulating material. For example, aluminum particles can be used, which are encapsulated with an oxide layer.

Gemäß der EP 1 645 538 A1 ist es außerdem bekannt, dass nanoskalige Keramikpartikel in Schichten insbesondere auf Turbinenbauteilen zum Einsatz kommen können. Die nanoskaligen Keramikpartikel sind in der Matrix der Beschichtung eingelagert.According to the EP 1 645 538 A1 It is also known that nanoscale ceramic particles can be used in layers, in particular on turbine components. The nanoscale ceramic particles are embedded in the matrix of the coating.

Gemäß der nachveröffentlichten DE 10 2005 047 739 B3 ist es weiterhin bekannt, nanoskalige gekapselte Nanopartikel in Schichten zu verwenden, die bei Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur einen Farbstoff freisetzen, indem die Verkapselung zerstört wird. Hierdurch wird eine irreversible Farbänderung der Beschichtung hervorgerufen, die beispielsweise ein Überschreiten zulässiger Betriebstemperaturen anzeigen kann.According to the post-published DE 10 2005 047 739 B3 It is also known to use nanoscale encapsulated nanoparticles in layers that release a dye when a certain limit temperature is exceeded by the encapsulation is destroyed. As a result, an irreversible color change of the coating is caused, which can indicate, for example, exceeding permissible operating temperatures.

Gemäß der nachveröffentlichten DE 10 2005 062 225 B3 kann eine Schicht für Turbinenschaufeln beispielsweise aus einer MCrAlY-Beschichtung bestehen, wobei an den Korngrenzen der Gefügekörner aus diesem Material Partikel aus Aluminiumoxid angelagert werden können, welche selbst eine Oxidschicht als Kapselung aufweisen.According to the post-published DE 10 2005 062 225 B3 For example, a layer for turbine blades may consist of an MCrAlY coating, it being possible for particles of aluminum oxide to be deposited on the grain boundaries of the structure grains of this material, which themselves have an oxide layer as encapsulation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schichtstruktur bzw. deren Anwendung anzugeben, welche eine korrosions- und/oder oxidationshemmende Schicht mit einem Opferanodenmaterial aufweist und die eine längere Betriebsdauer in einer korrosiven und/oder oxidativen Heißgasumgebung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur, welche eine längere Betriebsdauer der Schichtstruktur in einer korrosiven und/oder oxidativen Heißgasumgebung ermöglicht, zur Verfügung zu stellen.task The present invention is a layer structure or their Application specify which a corrosion and / or oxidation-inhibiting layer having a sacrificial anode material and the longer operating life in a corrosive and / or oxidative hot gas environment. Another object of the present invention is a method for producing a layer structure which has a longer service life of Layer structure in a corrosive and / or oxidative hot gas environment allows to disposal to deliver.

Diese Aufgaben werden durch eine Schichtstruktur nach Anspruch 1, deren Verwendung nach Anspruch 8 bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These Tasks are achieved by a layer structure according to claim 1, whose Use according to claim 8 or a method for producing a Layer structure according to claim 9 solved. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Schichtstruktur weist ein Substrat aus einem Substratmaterial und eine auf dem Substrat befindliche korrosions- und/oder oxidationshemmende Schicht mit einem Opferanodenmaterial auf. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Schichtstruktur nanoskalige Opferanodenteilchen aus dem Opferanodenmaterial, die mit einem vom Opferanodenmaterial verschiedenen Kapselungsmaterial gekapselt sind.A has layer structure according to the invention a substrate made of a substrate material and one on the substrate located corrosion and / or oxidation-inhibiting layer with a sacrificial anode material. Furthermore, the layer structure according to the invention comprises nanoscale sacrificial anode particles from the sacrificial anode material, with encapsulated with a different encapsulation material from the sacrificial anode material are.

Die gekapselten Opferanodenteilchen stellen ein Depot für Opferanodenmaterial dar, welches im Laufe des Betriebs der Schichtstruktur in einer korrosiven und/oder oxidativen Heißgasumgebung verbrauchtes Opferanodenmaterial nachliefert. Das Opferanodenmaterial der nanoskaligen Opferanodenteilchen kann hierzu durch die Beschichtung diffundieren und verbrauchtes Opferanodenmaterial ersetzen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Diffusion nicht zu früh erfolgt, da dies lediglich zur Agglomeration von nanoskaligen Opferanodenteil chen in manchen Bereichen der Beschichtung führen würde, wodurch andere Bereiche der Beschichtung an nanoskaligen Opfer anodenteilchen verarmen würden. Um eine vorzeitige Diffusion der Opferanodenteilchen zu unterdrücken, sind diese daher gekapselt. Aufgrund des Kapselungsmaterials ist die Diffusion der Opferanodenteilchen verlangsamt, so dass der Agglomerationsprozess und damit die Verarmung von Beschichtungsbereichen unterdrückt sind. Es steht daher über einen langen Zeitraum in allen Bereichen des korrosions- und/oder oxidationshemmenden Beschichtungsmaterials Nachschub für verbrauchtes Opferanodenmaterial zur Verfügung, insbesondere wenn eine homogene Verteilung der Opferanodenteilchen in der korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht vorliegt.The encapsulated sacrificial anode particles provide a reservoir for sacrificial anode material which replenishes sacrificial anode material consumed in the course of operation of the layered structure in a corrosive and / or oxidative hot gas environment. For this purpose, the sacrificial anode material of the nanoscale sacrificial anode particles can diffuse through the coating and replace used sacrificial anode material. However, care must be taken here that the diffusion does not take place too early, since this would merely lead to the agglomeration of nanoscale sacrificial anode particles in some areas of the coating, which would impoverish other areas of the coating on nanoscale sacrificial anode particles. In order to suppress premature diffusion of the sacrificial anode particles, these are therefore encapsulated. Due to the encapsulating material, the diffusion of the sacrificial anode particles is slowed down, so that the agglomeration process and thus the depletion of coating areas are suppressed. It is therefore available over a long period of time in all areas of the corrosion and / or oxidation-inhibiting coating material supply for spent sacrificial anode material, especially if there is a homogeneous distribution of sacrificial anode particles in the corrosion and / or oxidation-inhibiting layer.

Als Kapselungsmaterial findet erfindungsgemäß beispielsweise das Substratmaterial oder eine Komponente davon Verwendung. Das Substratmaterial kann eine Superlegierung aus Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis sein, wie sie insbesondere für Turbinenbauteile, wie etwa Lauf- oder Leitschaufeln von Gasturbinen Verwendung findet. In diesem Fall kann das Kapselungsmaterial beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel sein. Als Opferanodenmaterial kann insbesondere Aluminium Verwendung finden. Aber auch andere Materialien, die leichter Elektronen abgeben als der Hauptbestandteil des Substratmaterials, sind als Opferanodenmaterial geeignet. Im Falle von Superlegierungen auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis sind dies also Materialien, die leichter Elektronen abgeben als Eisen, Kobalt oder Nickel. Geeignete Materialien für diese Fälle wären beispielsweise Chrom (Cr), Zink (Zn), Titan (Ti), Vanadium (V), Lanthan (La), Magnesium (Mg) oder Cer (Ce).When Encapsulating material according to the invention, for example, the substrate material or a component thereof use. The substrate material can be a superalloy of iron, cobalt or nickel base, such as she especially for Turbine components, such as rotor blades or vanes of gas turbines Use finds. In this case, for example, the encapsulating material Iron, cobalt or nickel. In particular, as a sacrificial anode material Find aluminum use. But other materials, the easier Donate electrons as the main constituent of the substrate material, are suitable as sacrificial anode material. In the case of superalloys On the basis of iron, cobalt or nickel, these are materials which emit electrons more easily than iron, cobalt or nickel. suitable Materials for these cases would be for example chrome (Cr), zinc (Zn), titanium (Ti), vanadium (V), lanthanum (La), magnesium (Mg) or cerium (Ce).

Wenn die gekapselten Opferanodenteilchen außerdem über Polymere miteinander vernetzt werden, kann die Verteilung der Opferanodenteilchen in der korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht besonders lange stabil gehalten werden. Dadurch kann einer Agglomeration weiter entgegengewirkt und die Betriebsdauer, bis die korrosions- und/oder oxidationshemmende Schicht ausgetauscht werden muss, weiter verlängert werden.If the encapsulated sacrificial anode particles are also crosslinked via polymers the distribution of the sacrificial anode particles in the corrosive and / or oxidation-inhibiting layer kept stable for a particularly long time become. This can further counteract agglomeration and the operating time until the corrosion and / or oxidation inhibiting Shift needs to be renewed, further extended.

Als korrosions- und/oder oxidationshemmende Schicht kann insbesondere eine MCrAlX-Schicht Verwendung finden.When corrosion and / or oxidation-inhibiting layer may in particular use an MCrAlX layer.

In der erfindungsgemäßen Schichtstruktur kann das Substrat insbesondere der Grundkörper eines Turbinenbauteils, beispielsweise einer Leit- oder Laufschaufel einer Gasturbine oder ein Element einer Brennkammerauskleidung sein.In the layer structure according to the invention can the substrate, in particular the main body of a turbine component, For example, a guide or blade of a gas turbine or be an element of a combustion chamber lining.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur mit über Polymere miteinander vernetzten nanoskaligen Opferanodenteilchen wird auf ein Substrat ein Beschichtungsmaterial aufgebracht, das nanoskalige Opferanodenteilchen aus einem Opferanodenmaterial umfasst. Die Opferanodenteilchen sind mit einem vom Opferanodenmaterial verschiedenen Kapselungsmaterial gekapselt. Außerdem ist das Kapselungsmaterial von einer Polymerhülle umgeben. Nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials erfolgt eine Wärmebehandlung, deren Zeit- und Temperatursteuerung so gewählt ist, dass eine Vernetzung der Polymerhüllen erfolgt. Das Verfahren ermöglich insbesondere das Herstellen von erfindungsgemäßen Schichtsystemen, in den einer Diffusion der Opferanodenteilchen besonders wirksam entgegengewirkt ist.in the inventive method for producing a layer structure with polymers crosslinked with one another via polymers nanoscale sacrificial anode particles, a coating material is applied to a substrate, the nanoscale sacrificial anode particle from a sacrificial anode material includes. The sacrificial anode particles are with one from the sacrificial anode material encapsulated various encapsulating material. In addition, the encapsulating material from a polymer shell surround. After application of the coating material takes place a heat treatment, whose time and temperature control is chosen so that networking the polymer shells he follows. The procedure allows in particular the production of layer systems according to the invention into which Diffusion of sacrificial anode particles particularly effectively counteracted is.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further Features, characteristics and advantages of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

1A zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Schichtstruktur in Aufsicht. 1A shows a schematic representation of a layer structure according to the invention in plan view.

1B zeigt die Schichtstruktur aus 1A in einer Querschnittsansicht. 1B shows the layer structure 1A in a cross-sectional view.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Herstellungsschritt für eine erfindungsgemäße Schichtstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 2 shows a schematic representation of a production step for a layer structure according to the invention according to a second embodiment.

3A zeigt in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schichtstruktur in einer Aufsicht. 3A shows a schematic representation of a second embodiment of the layer structure according to the invention in a plan view.

3B zeigt die erfindungsgemäße Schichtstruktur aus 3A in einer Querschnittsansicht. 3B shows the layer structure of the invention 3A in a cross-sectional view.

Eine erfindungsgemäße Schichtstruktur ist stark schematisiert in den 1A und 1B dargestellt. Die Figuren zeigen einen Ausschnitt aus der Schichtstruktur in Aufsicht (1A) und in einer Querschnittansicht (1B). Die Ansichten repräsentieren die Aufsicht auf eine mit einer korrosions- und/oder oxidationshemmenden Beschichtung versehene Turbinenschaufel (1A) beziehungsweise ebenfalls stark schematisiert einen Querschnitt durch die Wand einer beschichteten Turbinenschaufel (1B).A layer structure according to the invention is highly schematic in the 1A and 1B shown. The figures show a section of the layer structure in plan view ( 1A ) and in a cross-sectional view ( 1B ). The views represent the top view of a turbine blade provided with a corrosion and / or oxidation-inhibiting coating ( 1A ) or also very schematically a cross section through the wall of a coated turbine blade ( 1B ).

Während in 1B die korrosions- und/oder oxidationshemmende Beschichtung 1 sowie der Grundkörper 3 der Turbinenschaufel, welcher das Substrat für die Beschichtung 1 bildet, zu erkennen sind, ist in 1A lediglich die Beschichtung 1 zu erkennen.While in 1B the corrosion and / or oxidation-inhibiting coating 1 as well as the basic body 3 the turbine blade, which is the substrate for the coating 1 is to be recognized, is in 1A only the coating 1 to recognize.

Die Beschichtung 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine MCrAlX-Beschichtung, die eine Aluminiumkomponente ent hält. Das Aluminium dient als Opferanode zum Korrosions- und/oder Oxidationsschutz. Auf der MCrAlX-Beschichtung kann optional noch eine wärmedämmende Beschichtung (TBC, Thermal Barrier Coating) vorhanden sein, die in den Figuren nicht dargestellt ist. Derartige Wärmedämmbeschichtungen sind beispielsweise Beschichtungen aus Zirkonoxid (ZrO2), dessen Gitterstruktur durch die Zugabe von Yttriumoxid (Y2O3) stabilisiert oder wenigstens teilstabilisiert ist. Selbstverständlich können statt der MCrAlX-Beschichtung auch andere korrosions- und/oder oxidationshemmende Beschichtungen 1 zur Anwendung kommen. Andere optionale Wärmedämmschichten als die beschriebene sind ebenfalls möglich.The coating 1 In the present embodiment is an MCrAlX coating that holds an aluminum component ent. The aluminum serves as a sacrificial anode for corrosion and / or oxidation protection. Optionally, a thermal barrier coating (TBC, Thermal Barrier Coating) may be present on the MCrAlX coating, which is not shown in the figures. Such heat Coating coatings are, for example, coatings of zirconium oxide (ZrO 2 ) whose lattice structure is stabilized or at least partially stabilized by the addition of yttrium oxide (Y 2 O 3 ). Of course, instead of MCrAlX coating, other corrosion and / or oxidation-inhibiting coatings 1 come into use. Other optional thermal barrier coatings than those described are also possible.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in der MCrAlX-Beschichtung 1 nanoskalige Aluminiumpartikel 5 homogen verteilt. Ihre Abmessungen betragen weniger als 1 Mikrometer und liegen im Bereich bis etwa 100 Nanometer, insbesondere im Bereich zwischen 30 und 50 Nanometer. Die Aluminiumpartikel 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nicht zu verwechseln mit der Aluminiumkomponente MCrAlX-Beschichtung 1, vielmehr stellen sie ein Depot an Aluminium dar, aus dem heraus verbrauchtes Aluminium der Aluminiumkomponente in der MCrAlX-Beschichtung ersetzt wird. Auf diese Weise lässt sich die Lebensdauer der MCrAlX-Beschichtung verlängern. Erst wenn auch das Aluminium der nanoskaligen Aluminiumpartikel 5 verbraucht ist, muss die Beschichtung erneuert werden.In the present embodiment are in the MCrAlX coating 1 nanoscale aluminum particles 5 distributed homogeneously. Their dimensions are less than 1 micrometer and are in the range up to about 100 nanometers, in particular in the range between 30 and 50 nanometers. The aluminum particles 5 in the present embodiment are not to be confused with the aluminum component MCrAlX coating 1 rather, they represent a depot of aluminum from which spent aluminum of the aluminum component in the MCrAlX coating is replaced. In this way the service life of the MCrAlX coating can be extended. Only if the aluminum of the nanoscale aluminum particles 5 is consumed, the coating must be renewed.

Das Ersetzen des Aluminiums in der Aluminiumkomponente erfolgt durch Diffusion der nanoskaligen Aluminiumpartikel 5 in Bereiche, die an Aluminium verarmt sind. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass sich aufgrund der Diffusionsprozesse keine Agglomerate oder nur sehr kleine Agglomerate von Aluminiumpartikeln 5 bilden, da durch die Agglomeration die homogene Verteilung der nanoskaligen Aluminiumpartikel 5 beein trächtigt wird. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Diffusion der Aluminiumteilchen solange verzögert wird, bis verbrauchtes Aluminium in der MCrAlX-Beschichtung zu ersetzen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die nanoskaligen Aluminiumpartikel mit Nickel gekapselt. Die Kapselung 7 der nanoskaligen Aluminiumpartikel 5 verlangsamt die Diffusion, wodurch die homogene Verteilung der Aluminiumpartikel länger erhalten bleibt, was in der Folge zur verbesserten Korrosions- und/oder Oxidationseigenschaften der Beschichtung 1 führt.The replacement of the aluminum in the aluminum component takes place by diffusion of the nanoscale aluminum particles 5 in areas that are depleted of aluminum. It should be noted, however, that due to the diffusion processes no agglomerates or only very small agglomerates of aluminum particles 5 form because of the agglomeration, the homogeneous distribution of nanoscale aluminum particles 5 be adversely affected. In addition, it is advantageous if the diffusion of the aluminum particles is delayed until consumed aluminum in the MCrAlX coating is to be replaced. In the present embodiment, the nanoscale aluminum particles are encapsulated with nickel. The encapsulation 7 the nanoscale aluminum particles 5 slows down the diffusion, whereby the homogeneous distribution of the aluminum particles is retained longer, resulting in improved corrosion and / or oxidation properties of the coating 1 leads.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Nickel als Material der Kapselung 7 gewählt. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn das Basismaterial des Grundkörpers 3 der Turbinenschaufel eine auf Nickel basierende Superlegierung ist. Statt Nickel kann jedoch auch anderes Kapselungsmaterial wie etwa Kobalt Verwendung finden. Die Verwendung von Kobalt, als Kapselungsmaterial bietet sich insbesondere dann an, wenn statt der auf Nickel basierenden Superlegierung eine auf Kobalt basierende Superlegierung Verwendung findet.In the present embodiment, nickel is the material of the encapsulation 7 selected. This is particularly useful when the base material of the body 3 the turbine blade is a nickel-based superalloy. Instead of nickel, however, other encapsulating material such as cobalt can be used. The use of cobalt as the encapsulating material is particularly suitable when, instead of the nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy is used.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass statt der beschriebenen MCrAlX-Beschichtung auch andere mit Opferanodenelementen versehenen korrosions- und/oder oxidationshemmende Beschichtungen mit gekapselten nanoskaligen Partikeln aus Opferanodenmaterial versehen sein können. Auch muss das Opferanodenmaterial nicht notwendigerweise Aluminium sein. Im Grunde reicht es aus, wenn das Opferanodenmaterial, also das Material der nanoskaligen Partikel, leichter Elektronen abgibt als das durch die Beschichtung zu schützende Material.It It should be noted at this point that instead of the described MCrAlX coating also includes other corrosive elements provided with sacrificial anode elements. and / or oxidation-inhibiting coatings with encapsulated nanoscale Particles may be provided from sacrificial anode material. Also the sacrificial anode material does not necessarily have to be aluminum. Basically, it is sufficient if the sacrificial anode material, ie the Material of nanoscale particles, emits electrons easier than the material to be protected by the coating.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schichtstruktur ist in den 3A und 3B dargestellt. Wie die 1A und 1B stellen die 3A und 3B stark schematisiert Ausschnitte aus einer Turbinenschaufel dar.A second embodiment of the layer structure according to the invention is in the 3A and 3B shown. As the 1A and 1B put the 3A and 3B highly schematic of sections of a turbine blade.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung 101 mit nanoskaligen Aluminiumpartikeln 105 versehen, die von einer Nickel-Kapselung 107 umgeben sind. Zusätzlich sind die gekapselten Aluminiumpartikel noch über Polymere 109 miteinander vernetzt. Auf diese Weise kann eine stabile Gitterstruktur der gekapselten Aluminiumpartikel 105 erzeugt werden, die einer vorzeitigen Diffusion der Aluminiumpartikel 105 weiter entgegenwirkt. Die Lebensdauer der Beschichtung 101 in einer korrosiven und/oder oxidierenden Heißgasumgebung kann daher gegenüber der Beschichtung 1 aus dem ersten Ausführungsbeispiel weiter verlängert werden. Im Übrigen und insbesondere im Hinblick auf die Materialien des Grundkörpers 3, der Beschichtung 101, der nanoskaligen Partikel 105 sowie des Kapselung 107 gilt das mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ausgeführte analog.As in the first embodiment, the coating 101 with nanoscale aluminum particles 105 provided by a nickel encapsulation 107 are surrounded. In addition, the encapsulated aluminum particles are still over polymers 109 networked with each other. In this way, a stable lattice structure of the encapsulated aluminum particles 105 produced, the premature diffusion of aluminum particles 105 counteracts. The life of the coating 101 in a corrosive and / or oxidizing hot gas environment may therefore be opposite to the coating 1 be further extended from the first embodiment. Incidentally, and in particular with regard to the materials of the body 3 , the coating 101 , the nanoscale particle 105 as well as the encapsulation 107 the analogous embodiment implemented with reference to the first embodiment applies.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann auch im zweiten Ausführungsbeispiel optional eine wärmedämmende Beschichtung auf der korrosions- und/oder oxidationshemmenden Beschichtung 101 vorhanden sein.As in the first exemplary embodiment, a heat-insulating coating on the corrosion-resistant and / or oxidation-inhibiting coating can optionally also be provided in the second exemplary embodiment 101 to be available.

Das Herstellen der Beschichtung 101 mit den vernetzten nanoskaligen Aluminiumpartikeln 105 kann erfolgen, indem eine Beschichtung aufgebracht wird, in der die gekapselten nanoskaligen Aluminiumpartikel außerdem eine Polymerhülle 111 aufweisen, welche die gekapselten Partikel umgeben. Durch eine Wärmebehandlung mit einer geeigneten Zeit- und Temperatursteuerung kommt es zu einer Vernetzung der Polymerhüllen 111 miteinander, so dass als Resultat die vernetzte Struktur aus 3A und 3B entsteht.Making the coating 101 with the crosslinked nanoscale aluminum particles 105 can be done by applying a coating in which the encapsulated nanoscale aluminum particles also have a polymer shell 111 which surround the encapsulated particles. By a heat treatment with a suitable time and temperature control, there is a crosslinking of the polymer shells 111 with each other, so that as a result the networked structure out 3A and 3B arises.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung zeigt einen Weg, die Korrosions- und/oder Oxidationsresistenz einer Schicht dadurch zu verbessern, dass eine homogene Verteilung des Opferanodenmaterials im Material länger beibehalten wird. Dies wird durch eine Verzögerung der Diffusion von Opferanodenpartikeln erreicht, welche sich durch eine Kapselung der Opferanodenpartikel erzielen lässt. Die Diffusion kann weiter verzögert werden, wenn die Partikel aus Opferanodenmaterial miteinander vernetzt werden.The invention described in the exemplary embodiments shows a way of improving the corrosion and / or oxidation resistance of a layer by maintaining a homogeneous distribution of the sacrificial anode material in the material for a longer time will be. This is achieved by delaying the diffusion of sacrificial anode particles, which can be achieved by encapsulating the sacrificial anode particles. Diffusion can be further retarded when the particles of sacrificial anode material are crosslinked together.

Claims (9)

Schichtstruktur mit einem Substrat (3) aus einem Substratmaterial und einer auf dem Substrat (3) befindlichen korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht (1, 101) die nanoskalige Opferanodenteilchen (5, 105) aus einem Opferanodenmaterial umfasst und in dem die Opferanodenteilchen (5, 105) mit einem vom Opferanodenmaterial verschiedenen Kapselungsmaterial (7, 107) gekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsmaterial (7, 107) Substratmaterial oder eine Komponente davon ist.Layer structure with a substrate ( 3 ) of a substrate material and one on the substrate ( 3 ) corrosion- and / or oxidation-inhibiting layer ( 1 . 101 ) the nanoscale sacrificial anode particles ( 5 . 105 from a sacrificial anode material and in which the sacrificial anode particles ( 5 . 105 ) with a different encapsulation material from the sacrificial anode material ( 7 . 107 ) are encapsulated, characterized in that the encapsulating material ( 7 . 107 ) Substrate material or a component thereof. Schichtstruktur nach Anspruch 1, in der die Opferanodenteilchen (5, 105) homogen in der korrosions- und/oder oxidationshemmenden Schicht (1, 101) verteilt sind.Layer structure according to claim 1, in which the sacrificial anode particles ( 5 . 105 ) homogeneously in the corrosion and / or oxidation-inhibiting layer ( 1 . 101 ) are distributed. Schichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der das Opferanodenmaterial Aluminium ist.Layer structure according to one of the preceding claims, in the sacrificial anode material is aluminum. Schichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der das Substratmaterial eine Superlegierung auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis ist.Layer structure according to one of the preceding claims, in the substrate material is a superalloy on iron, cobalt or nickel base. Schichtstruktur nach Anspruch 4, in der das Kapselungsmaterial Eisen, Kobalt oder Nickel ist.Layer structure according to claim 4, in which the encapsulating material Iron, cobalt or nickel. Schichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die gekapselten Opferanodenteilchen (105) über Polymere (109) miteinander vernetzt sind.A layered structure according to any one of the preceding claims, in which the encapsulated sacrificial anode particles ( 105 ) via polymers ( 109 ) are interconnected. Schichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die korrosions- und/oder oxidationshemmende Schicht eine MCrAlX-Schicht ist.Layer structure according to one of the preceding claims, in the corrosion and / or oxidation-inhibiting layer is an MCrAlX layer is. Anwendung einer Schichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der das Substrat (3) der Grundkörper eines Turbinenbauteils ist.Application of a layer structure according to one of the preceding claims, in which the substrate ( 3 ) is the main body of a turbine component. Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur nach Anspruch 6, wobei – nanoskalige Opferanodenteilchen (105) mit einem vom Opferanodenmaterial verschiedenen Kapselungsmaterial (107) aus Substratmaterial oder einer Komponente davon gekapselt werden, – das Kapselungsmaterial (107) mit einer Polymerhülle (111) umgeben wird sowie – die gekapselten und mit der Polymerhülle umgebenen Opferanodenteilchen (105) auf das Substrat als Beschichtungsmaterial aufgebracht werden und – nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, deren Zeit- und Temperatursteuerung so gewählt ist, dass eine Vernetzung der Polymerhüllen (111) erfolgt.A method for producing a layered structure according to claim 6, wherein - nanoscale sacrificial anode particles ( 105 ) with a different encapsulation material from the sacrificial anode material ( 107 ) are encapsulated from substrate material or a component thereof, - the encapsulating material ( 107 ) with a polymer shell ( 111 ) and - the encapsulated and with the polymer shell surrounded sacrificial anode particles ( 105 ) are applied to the substrate as a coating material and - after application of the coating material, a heat treatment is carried out, whose time and temperature control is selected so that a crosslinking of the polymer shells ( 111 ) he follows.
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