DE102007003735B4 - Process for producing a protective coating and protective coating - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Schutzbeschichtung für ein Bauteil, insbesondere für ein Bauteil aus einer Nickelbasislegierung, mit zumindest folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Bauteils mit mindestens einer zu beschichtenden Substratoberfläche;
b) Auftragen einer Schlickerschicht aus Silizium auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche des Bauteils;
c) Trocknen der auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche aufgetragenen Schlickerschicht;
d) Alitieren der oder jeder zu beschichtenden Substratoberfläche des Bauteils, um über die Schlickerschicht auf die jeweilige Substratoberfläche aufgetragenes Silizium zusammen mit Aluminium gleichzeitig in die jeweilige Substratoberfläche des Bauteils unter Ausbildung eines Silizium-Aluminium-Substratbereichs einzudiffundieren.Method for producing a protective coating for a component, in particular for a component made of a nickel-based alloy, having at least the following steps:
a) providing a component with at least one substrate surface to be coated;
b) applying a slurry layer of silicon to the or each substrate surface of the component to be coated;
c) drying the slip layer applied to the or each substrate surface to be coated;
d) Alitieren the or each substrate surface to be coated of the component to simultaneously diffused via the slurry layer on the respective substrate surface silicon together with aluminum in the respective substrate surface of the component to form a silicon-aluminum substrate region.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Schutzbeschichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine korrosionsbeständige und/oder oxidationsbeständige Schutzbeschichtung.The The invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and / or oxidationresistant Protective coating. Furthermore, the invention relates to a corrosion-resistant and / or oxidation resistant Protective coating.
Beim Betrieb von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, bei hohen Temperaturen sind deren freie Oberflächen stark korrodierenden und/oder oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen bestehen derartige Bauteile insbesondere aus einer Superlegierung. Superlegierungen sind typischerweise als Nickelbasislegierungen ausgeführt. Zum Schutz vor Korrosion und/oder Oxidation werden solche Bauteile mit Schutzbeschichtungen versehen.At the Operation of components, in particular of gas turbine components, at high temperatures are their free surfaces strongly corroding and / or exposed to oxidizing conditions. When used in gas turbines such components consist in particular of a superalloy. Superalloys are typically nickel-based alloys executed. To protect against corrosion and / or oxidation are such components provided with protective coatings.
Zur Bereitstellung einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Schutzbeschichtung auf einem Bauteil ist es bereits Stand der Technik, auf eine Substratoberfläche eines Bauteils Aluminium und Platin abzuscheiden, um so eine Schutzbeschichtung in Form eines Platin-Aluminium-Substratbereichs bereitzustellen. Platin-Aluminium-Schutzbeschichtungen verfügen gegenüber reinen Aluminium-Schutzbeschichtungen über den Vorteil einer erhöhten Oxidationsbeständigkeit sowie Heißgaskorrosionsbeständigkeit, allerdings sind derartige Platin-Aluminium-Beschichtungen relativ teuer.to Providing a corrosion resistant and / or oxidation resistant protective coating a component, it is already state of the art, on a substrate surface of a Part aluminum and platinum deposit, so a protective coating in the form of a platinum-aluminum substrate region provide. Platinum-aluminum protective coatings are superior to pure ones Aluminum protective coatings over the advantage of increased oxidation resistance and hot gas corrosion resistance, however, such platinum-aluminum coatings are relative expensive.
Zur Bereitstellung preisgünstigerer, korrosionsbeständiger und/oder oxidationsbeständiger Schutzbeschichtungen ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, auf eine Substratoberfläche eines Bauteils Aluminium und Silizium zur Bereitstellung Silizium-Aluminium-Substratbereichs aufzutragen. Dabei wird nach dem Stand der Technik so vorgegangen, dass Aluminium und Silizium nacheinander und demnach zeitlich getrennt in eine Substratoberfläche des zu beschichtenden Bauteils eindiffundiert werden. Ein sich dabei ausbildender Silizium-Aluminium-Substratbereich verfügt jedoch lediglich über eine relativ begrenzte Dicke und damit Beständigkeit bzw. Schutzwirkung gegenüber Korrosion und/oder Oxidation.to Providing cheaper, corrosion-resistant and / or oxidation resistant Protective coatings continue to be known in the art known, on a substrate surface a component aluminum and silicon to provide silicon-aluminum substrate area apply. This is done according to the prior art, that aluminum and silicon one after the other and therefore separated in time in a substrate surface of the component to be coated are diffused. One in the process However, has forming silicon-aluminum substrate area only about a relatively limited thickness and thus durability or protective effect across from Corrosion and / or oxidation.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Schutzbeschichtung sowie eine neuartige Schutzbeschichtung zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel process for producing a protective coating as well as to create a novel protective coating.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzbeschichtung im Sinne von Anspruch 1 gelöst.This Problem is solved by a process for producing a protective coating in the sense of claim 1 solved.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit mindestens einer zu beschichtenden Substratoberfläche; b) Auftragen einer Schlickerschicht aus Silizium auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche des Bauteils; c) Trocknen der auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche aufgetragenen Schlickerschicht; d) Alitieren der oder jeder zu beschichtenden Substratoberfläche des Bauteils, um über die Schlickerschicht auf die jeweilige Substratoberfläche aufgetragenes Silizium zusammen mit Aluminium gleichzeitig in die jeweilige Substratoberfläche des Bauteils unter Ausbildung eines Silizium-Aluminium-Substratbereichs einzudiffundieren.The inventive method comprises at least the following steps: a) providing a component with at least one substrate surface to be coated; b) Applying a slurry layer of silicon to the or each to be coated substrate surface of the component; c) drying the one or more to be coated substrate surface applied slurry layer; d) Alitating the or each to be coated substrate surface of the component to over the slip layer applied to the respective substrate surface Silicon together with aluminum simultaneously in the respective substrate surface of the Component to form a silicon-aluminum substrate region diffuse.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, in einem ersten Schritt Silizium als Schlickerschicht auf mindestens eine zu beschichtende Substratoberfläche eines Bauteils aufzutragen und nach dem Trocknen der Schlickerschicht in einem sich anschließenden Alitierverfahren Silizium und Aluminium gleichzeitig in die jeweilige Substratoberfläche einzudiffundieren. Hiermit kann ein relativ dicker Silizium-Aluminium-Substratbereich und damit ein effektiver Schutz gegenüber Korrosion und/oder Oxidation und/oder Sulfidation bereitgestellt werden.For the purposes of the method according to the invention, it is proposed to apply silicon as a slurry layer to at least one substrate surface of a component to be coated and to diffuse silicon and aluminum simultaneously into the respective substrate surface after the drying of the slurry layer in a subsequent alitization process. This can be a relatively thick silicon aluminum minium substrate area and thus an effective protection against corrosion and / or oxidation and / or sulfidation are provided.
Die erfindungsgemäße Schutzbeschichtung ist in Anspruch 7 definiert.The protective coating according to the invention is defined in claim 7.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Schutzbeschichtung für ein Bauteil, insbesondere für ein Bauteil aus einer Nickelbasislegierung.The The present invention relates to a method for manufacturing a corrosion resistant and / or oxidationresistant Protective coating for a component, in particular for a component made of a nickel-based alloy.
Nach dem Bereitstellen eines Bauteils mit mindestens einer zu beschichtenden Substratoberfläche wird eine Schlickerschicht aus Silizium auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche des Bauteils aufgetragen. Der aufzutragende Schlicker besteht aus Siliziumpulver und Bindemittel und wird vorzugsweise durch Pinseln, Tauchen, Streichen, Elektrophorese oder elektrostatische bzw. galvanische Auftrageverfahren auf die oder jede zu beschichtende Oberfläche des Bauteils aufgetragen. Nach dem Auftragen der Schlickerschicht auf die oder jede zu beschichtende Substratoberfläche erfolgt ein Trocknen derselben.To the provision of a component with at least one to be coated Substrate surface is a slurry layer of silicon on the or each to be coated substrate surface applied to the component. The slip to be applied consists of Silicon powder and binder and is preferably made by brushing, Dipping, brushing, electrophoresis or electrostatic or galvanic Application method on the or each surface to be coated of Applied component. After applying the slip layer on the or each substrate surface to be coated is dried.
Im Anschluss an das Auftragen und Trocknen der Schlickerschicht erfolgt ein Alitieren der oder jeder zu beschichtenden Substratoberfläche des Bauteils, um über die Schlickerschicht auf die jeweilige Substratoberfläche aufgetragenes Silizium zusammen mit Aluminium gleichzeitig in die jeweilige Substratoberfläche des Bauteils einzudiffundieren. Hierbei bildet sich ein Silizium-Aluminium-Substratbereich als korrosionsbeständige und/oder oxidationsbeständige Schutzbeschichtung aus.in the Connection to the application and drying of the slip layer takes place alitating the or each substrate surface to be coated Component to over the slip layer applied to the respective substrate surface Silicon together with aluminum simultaneously into the respective substrate surface of the component diffuse. This forms a silicon-aluminum substrate area as corrosion resistant and / or oxidation resistant Protective coating off.
Das Eindiffundieren von Silizium und Aluminium wird bei einer Prozesstemperatur zwischen 1000 und 1100°C, vorzugsweise bei einer Prozesstemperatur von in etwa 1080°C, durchgeführt. Das Eindiffundieren von Silizium und Aluminium wird dabei bei einer Haltezeit von maximal vier Stunden, vorzugsweise bei einer Haltezeit von in etwa drei Stunden, durchgeführt.The Diffusing silicon and aluminum at a process temperature between 1000 and 1100 ° C, preferably at a process temperature of about 1080 ° C performed. The Diffusion of silicon and aluminum is thereby at a Holding time of a maximum of four hours, preferably at a holding time in about three hours.
So
zeigt
Eine über drei
Stunden hinausgehende Haltedauer zum gleichzeitigen Eindiffundieren
von Silizium und Aluminium bewirkt keine merkliche Erhöhung der
Dicke des sich ausbildenden Silizium-Aluminium-Substratbereichs.
Neben der Kurve
Wie
bereits ausgeführt,
erfolgt das gleichzeitige Eindiffundieren von Silizium und Aluminium
vorzugsweise bei einer Haltedauer von drei Stunden und einer Temperatur
von 1080°C.
Wird ein Bauteil aus einer Nickelbasislegierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und diesen Parametern beschichtet, so bildet sich im Silizium-Aluminium-Substratbereich
die in der nachfolgenden Tabelle wiedergegebene Verteilung von Aluminium
und Silizium aus, wobei neben Aluminium und Silizium jeweils im
Rest die Bestandteile der Nickelbasislegierung vorhanden sind.
Aus der obigen Tabelle folgt, dass ausgehend von einer Substratoberfläche des Bauteils der Aluminiumanteil des Silizium-Aluminium-Substratbereichs zuerst abnimmt, wohingegen der Silizium-Anteil des Silizium-Aluminium-Substratbereichs ausgehend von der Substratoberfläche zuerst zunimmt.Out From the above table it follows that starting from a substrate surface of the Component of the aluminum content of the silicon-aluminum substrate region first decreases, whereas the silicon portion of the silicon-aluminum substrate region starting from the substrate surface increases first.
Gemäß der obigen Tabelle nimmt der Siliziumanteil ausgehend von der Substratoberfläche zuerst zu und bleibt anschließend hieran in etwa unverändert. So kann der rechten Spalte der obigen Tabelle entnommen werden, dass der Siliziumanteil des Silizium-Aluminium-Substratbereichs bis zu einem Abstand von in etwa 50 bis 55 μm von der Substratoberfläche zunimmt und hieran anschließend bis zu einem Abstand von in etwa 85 bis 95 μm von der Substratoberfläche in etwa unverändert bleibt. So nimmt der Siliziumanteil ausgehend von der jeweiligen Substratoberfläche bis zu einem Abstand von in etwa 55 μm bis auf einen Anteil von in etwa 5,0 Gew.-% zu, hieran anschließend bleibt der Siliziumanteil bis zu einem Abstand von in etwa 95 μm zur Substratoberfläche mit einer Toleranz von ±1,0 Gew.-%, insbesondere mit einer Toleranz von ±0,8 Gew.-%, in etwa unverändert.According to the above Table assumes the silicon content starting from the substrate surface first and then stay this is roughly unchanged. So the right column can be taken from the above table, that is, the silicon content of the silicon-aluminum substrate region increases to a distance of about 50 to 55 microns from the substrate surface and afterwards to a distance of about 85 to 95 microns from the substrate surface in about unchanged remains. Thus, the silicon fraction increases from the respective one substrate surface up to a distance of about 55 microns to a share of in about 5.0 wt .-%, then the silicon content remains thereafter up to a distance of about 95 microns to the substrate surface with a tolerance of ± 1.0 Wt .-%, in particular with a tolerance of ± 0.8 wt .-%, approximately unchanged.
Der Aluminiumanteil des Silizium-Aluminium-Substratbereichs nimmt ausgehend von der Substratoberfläche zuerst ab und bleibt anschließend hieran in etwa unverändert. So zeigt die mittlere Spalte der obigen Tabelle, dass der Aluminiumanteil des Silizium-Aluminium-Substratbereichs ausgehend von der Substratoberfläche bis zu einem Abstand von in etwa 70 bis 75 μm von der jeweiligen Substratoberfläche abnimmt und hieran anschließend bis zu einem Abstand von in etwa 115 bis 125 μm von der jeweiligen Substratoberfläche in etwa unverändert bleibt. Bis zu einem Abstand von in etwa 75 μm nimmt der Aluminiumanteil auf einen Anteil von in etwa 7,0 Gew.-% ab, hieran anschließend bleibt der Aluminiumanteil bis zu einem Abstand von in etwa 125 μm von der Substratoberfläche mit einer Toleranz von ±1,0 Gew.-%, insbesondere von ±0,6 Gew.-%, in etwa unverändert.The aluminum content of the silicon-aluminum substrate region first decreases starting from the substrate surface and then remains approximately unchanged thereafter. Thus, the middle column of the above table shows that the aluminum content of the silicon-aluminum substrate region decreases from the substrate surface to a distance of approximately 70 to 75 .mu.m from the respective substrate surface and thereafter to a distance of approximately 115 to 125 microns from the respective substrate surface remains approximately unchanged. Up to a distance of about 75 microns, the aluminum content decreases to a proportion of about 7.0 wt .-%, then the aluminum content remains up to a distance of about 125 microns from the substrate surface with a tolerance of ± 1.0 wt .-%, in particular of ± 0.6 wt .-%, approximately unchanged.
Die erfindungsgemäße Schutzbeschichtung stellt einen effektiven und haltbaren Schutz gegenüber Korrosion und/oder Oxidation für ein zu beschichtendes Bauteil bereit.The protective coating according to the invention provides effective and durable protection against corrosion and / or oxidation for a component to be coated ready.
- 1010
- Bauteilcomponent
- 1111
- Silizium-Aluminium-SubstratbereichSilicon-aluminum substrate region
- 1212
- Achseaxis
- 1313
- Achseaxis
- 1414
- KurveCurve
- 1515
- KurveCurve
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