DE102008010623A1

DE102008010623A1 - Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen

Info

Publication number: DE102008010623A1
Application number: DE102008010623A
Authority: DE
Inventors: Manuel Dr. Hertter; Andreas Jakimov; Stefan Schneiderbanger; Ralf Dr. Stolle; Wolfgang Dr. Wachter
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-27
Also published as: WO2009103268A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerkes, wobei die Beschichtung des Bauteils zumindest im Bereich der Öffnung und/oder der Bohrung mittels eines Kaltgasspritzverfahrens erfolgt und das Bauteil ungefähr senkrecht zur Strahlrichtung der aufzubringenden und die Beschichtung ausbildenden Partikel ausgerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerkes.
Zur Verlängerung der Lebensdauer und insbesondere zur Betriebssicherheit werden Bauteile von Gasturbinen oder Flugtriebwerken mit Schutzschichten versehen. Dabei handelt es sich insbesondere um Korrosions-, Oxidations- und Verschleißschutzschichten aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen. Derartige Schutzschichten werden insbesondere durch thermische Spritzverfahren aufgetragen. Bei Bauteilen mit Öffnungen oder Bohrungen, wie z. B. bei Schaufeln von Gasturbinen mit Kühlluftbohrungen ergibt sich bei dem thermischen Spritzen von Schutzschichten jedoch das Problem, dass die Öffnungen und/oder Bohrungen bei der Neuteilfertigung oder nach einer Reparatur durch das angewandte Spritzverfahren verschlossen werden. Die anschließende Freilegung und Nachbearbeitung der Öffnungen und/oder Bohrungen ist nur mit einem sehr hohen und kostenintensiven Arbeitsaufwand möglich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerkes bereitzustellen, welches eine sichere und kostengünstige Beschichtung des Bauteils ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Beschichtung des Bauteils zumindest im Bereich der Öffnung und/oder der Bohrung mittels eines Kaltgasspritzverfahrens erfolgt und das Bauteil ungefähr senkrecht zur Strahlrichtung der aufzubringenden und die Beschichtung ausbildenden Partikel ausgerichtet ist. Durch die erfindungsgemäße Anwendung des Kaltgasspritzverfahrens, auch als Kinetisches-Kaltgas-Kompaktieren bezeichnet, ist eine sichere und kostengünstige Beschichtung von Bauteilen mit Öffnungen und/oder Bohrungen möglich, da die beschleunigten Partikel nur bei einem ungefähr senkrechten Spritzwinkel haften und somit Öffnungen und/oder Bohrungen in dem Bauteil nur sehr wenig oder nicht verschließen können. Vorteilhafterweise ist durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit der Verwendung gespritzter Schutzschichten auf Bauteilen mit Öffnungen und/oder Bohrungen kostengünstig durchführbar, so dass es auch zu einer Verlängerung der Lebensdauer und der Betriebssicherheit des entsprechenden Bauteils kommt. Dabei kann das Bauteil eine Schaufel eines Rotors einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks mit mindestens einer Kühlluftbohrung sein. Insbesondere bei Schaufeln mit Kühlluftbohrungen ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einsetzbar, da die beschleunigten Partikel des die Schutzschicht ausbildenden Werkstoffs auf den in der Regel schrägen Kühlluftbohrungen nur sehr wenig oder nicht anhaften. Ein Verschluss dieser Kühlluftbohrungen durch die genannten Partikel ist somit nahezu ausschließbar. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verwendung von kleinen Strahlquerschnitten, durch die eine äußerst exakte Beschichtung der entsprechenden Bauteile ermöglicht wird.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Beschichtung eine Erosions- und/oder Korrosions- und/oder Oxidations- und/oder Verschleißschutzschicht oder eine Wärmedämmschicht ausgebildet. Hierfür können die mit hoher Geschwindigkeit aufzubringenden und die Schutzschicht bildenden pulverförmigen Partikel aus einem Metall, einer Metall-Legierung, aus einem Metallgemisch, aus einem Metall-Keramik-Gemisch und/oder aus einem Gemisch einer Metall-Legierung mit Keramik bestehen. So können z. B. für die Ausbildung einer Erosionsschutzschicht die Partikel aus Titannitrid bestehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Temperatur der Partikel beim Kaltgasspritzen zwischen Raumtemperatur und 800°C. Vorteilhafterweise ergibt sich im Gegensatz zu anderen Verfahren des thermischen Spritzens kein Aufschmelzen er Partikel. Durch den kaltkinetischen Kompaktierungsprozess werden die pulverförmigen Partikel in festem oder teigigem Zustand auf das Bauteil bzw. die Bauteiloberfläche aufgetragen und haften daran. Dabei kann der zu beschichtende Oberflächenwerkstoff oder Werkstoff des Bauteils aus Metall oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer aus einer Eisen-, Kobalt-, Nickel- oder Titanbasislegierung bestehen. Übliche Geschwindigkeiten der Partikel beim Kaltgasspritzen betragen ca. 500 bis 1.500 m/s. Zudem weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass das Kaltgasspritzverfahren einen hohen Spritzwirkungsgrad mit wenig Spritzverlust aufweist, so dass eine Abdeckung von nicht zu beschichtenden Bereichen des Bauteils nahezu nicht erforderlich ist.
Eine erfindungsgemäße Verwendung eines der im vorhergehenden beschriebenen Verfahren ergibt sich bei der Herstellung oder Reparatur von Triebwerksbauteilen mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Herstellung, Reparatur und Beschichtung von Schaufeln mit Kühlluftbohrungen von integralen Rotor-Konstruktion (BLISK oder BLING).
Ein erfindungsgemäßes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks wird nach einem im vorstehenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Dabei kann das Bauteil eine Schaufel mit mindestens einer Kühlluftbohrung eines Rotors einer Gasturbine sein, wobei die Schaufel als Bestandteil einer integralen Rotor-Konstruktion (BLISK oder BLING) ausgebildet sein kann.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Bauteils zumindest im Bereich der Öffnung und/oder der Bohrung mittels eines Kaltgasspritzverfahrens erfolgt und das Bauteil ungefähr senkrecht zur Strahlrichtung der aufzubringenden und die Beschichtung ausbildenden Partikel ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Schaufel eines Rotors einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks mit mindestens einer Kühlluftbohrung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beschichtung eine Erosions- und/oder Korrosions- und/oder Oxidations- und/oder Verschleißschutzschicht oder eine Wärmedämmschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu beschichtende Oberflächenwerkstoff oder Werkstoff des Bauteils aus Metall oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer aus einer Eisen-, Kobalt-, Nickel- oder Titanbasislegierung besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzubringenden Partikel pulverförmig sind und aus einem Metall, einer Metall-Legierung, aus einem Metallgemisch, aus Keramik, aus einem Metall-Keramik-Gemisch und/oder aus einem Gemisch einer Metall-Legierung mit Keramik bestehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Partikel beim Kaltgasspritzen zwischen Raumtemperatur und 800°C beträgt bei einer Geschwindigkeit zwischen 500 bis 1500 m/s und einem Druck von 30 bis 40 bar.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung oder Reparatur von Triebwerksbauteilen mit mindestens einer Öffnung und/oder Bohrung, insbesondere zur Herstellung, Reparatur und Beschichtung von Schaufeln mit Kühlluftbohrungen von integralen Rotor-Konstruktionen (BLISK oder BLING).
Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Schaufel mit mindestens einer Kühlluftbohrung eines Rotors einer Gasturbine ist.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel Bestandteil einer integralen Rotor-Konstruktion (BLISK oder BLING) ist.