DE102014201003A1 - Schichtsystem mit abgerundeter Kante - Google Patents

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Abstract

Durch die Abrundung einer bisher dazu rechtwinkligen Kante oder einer entsprechenden Beschichtung (4‘, 7‘) wird die Riss-Initiierung einer Grenzfläche zwischen den Schichten (4‘) und einer Oberfläche des Substrats (2‘) vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, bei dem das Substrat und die Beschichtung im Bereich der Kante abgerundet ist.
  • Bauteile werden oft beschichtet, um sie vor Korrosion und/oder Oxidation zu schützen, sowie werden andere Schichten zur Wärmedämmung aufgebracht. Ein Beispiel dafür sind Turbinenschaufeln, die eine Schaufelplattform aufweisen, die ebenfalls beschichtet wird und eine Seitenfläche unterhalb der Kante im Bereich der Schaufelplattform aufweist, die nahezu senkrecht dazu ausgebildet und unbeschichtet ist.
  • Im Bereich der Kante kommt es immer wieder zu Schwierigkeiten oder zu Reibungen, da die Seitenfläche benachbarter Turbinenschaufeln aneinander liegen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schichtsystem aufzuzeigen, dass das Problem löst.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem nach Anspruch 1.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Durch eine beschichtete Abrundung entstehen keine Risse zwischen den Grenzflächen der Schichten oder dem Substrat.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Schichtsystem nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein erfindungsgemäßes Schichtsystem,
  • 3 eine Turbinenschaufel,
  • 4 eine Liste von Superlegierungen.
  • Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • In 1 ist ein Schichtsystem 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Schichtsystem 1 weist ein Substrat 2 insbesondere aus nickel- oder kobalbasierten Superlegierungen auf, insbesondere eine Legierung gemäß 4. Auf eine erste Oberfläche 13, die eine nahezu rechtwinklige Kante 10 zur zweiten Seitenfläche 20 aufweist, sind Schichten 4, 7 aufgebracht. Erste und zweite Oberflächen 13, 20 stehen senkrecht aufeinander. Die zweite Seitenfläche 20 weist keine Beschichtung auf.
  • Die Schicht 4 ist vorzugsweise metallisch, ganz vorzugsweise eine NiCoCrAlX-Schicht. Auf dieser Schicht 4 ist eine keramische Schicht 7 aufgebracht, die die äußerste Schicht darstellt.
  • Vorzugsweise sind keine weiteren Schichten aufgebracht. Jedoch können die metallische Schicht 4 und/oder die keramische Schicht 7 zweilagig als eine metallische Schicht bzw. als eine keramische Schicht ausgebildet sein.
  • Auf der metallischen Schicht 4 ist erst während des Betriebs des Schichtsystems oder vorab eine TGO, eine Oxidschicht der metallischen Schicht vorhanden.
  • Insbesondere entlang der Grenzfläche 10 zwischen der Schicht 4 und dem Substrat 2, insbesondere da dies an eine Seitenfläche grenzt und eine Kontaktfläche darstellt, können sich Risse 9 entwickeln.
  • In 2 ist ein erfindungsgemäßes Schichtsystem 1‘ dargestellt. Das Substrat 2‘ weist zum Stand der Technik vergleichbare Legierungen, eine veränderte erste Oberfläche 13‘ und veränderte zweite Seitenfläche 20‘ auf, da hier eine Abrundung 11 direkt zwischen der ersten Oberfläche 13‘ und zweiten Seitenfläche 20‘ des Substrats 2‘ vorhanden ist.
  • Eine Ebene 21 der ersten Oberfläche 13‘ und eine Ebene durch die zweite Oberfläche 20‘ bilden eine Schnittlinie 27. Die metallische Beschichtung 4‘ weist also im Gegensatz zum Stand der Technik einen Bereich 5 auf, der unterhalb der Ebene 21, die durch die erste Oberfläche 13‘ bestimmt ist, vorhanden ist und an dem Material der Beschichtungen 4‘, 7‘ vorhanden ist und bei dem in der kürzesten Verbindung von einer Schnittlinie 27 zum Substrat 2‘ die zumindest eine Schicht 4‘, 7‘ angeordnet ist. Die Schicht 4‘ oder Schichten 4‘, 7‘ laufen an ihrem Ende im Bereich des Endes 24 der Abrundung 11 spitz zu.
  • Vorzugsweise weist auch die weitere Schicht 7‘ darüber einen Anteil 8 auf, der unterhalb einer Ebene 22, die durch die Oberfläche 13‘‘ der Schicht 4‘ definiert ist, wobei dieser Anteil jedoch zwangsläufig dünner ausgebildet ist bei vergleichbaren Schichtdicken gegenüber dem Stand der Technik.
  • Die keramische Schicht 7‘ weist vorzugsweise auch einen Anteil 30 unterhalb der Ebene 21 auf.
  • Somit ist an der geänderten Seitenfläche 20‘, 11 keine dazu senkrecht verlaufende Grenzfläche mehr vorhanden und Risse werden kaum noch initiiert.

Claims (9)

  1. Schichtsystem (1‘), das zumindest aufweist: ein Substrat (2‘) mit zumindest zwei Seitenflächen (13‘, 20‘), deren Ebenen unter einem Winkel von 90° ± 10° verlaufen, insbesondere unter einem Winkel von 90°, zumindest eine Beschichtung (4‘, 7‘) auf der ersten Seitenfläche (13‘) und nur teilweise oder gar keine Beschichtung auf der zweiten Seitenfläche (20‘), wobei zwischen der zweiten Seitenfläche (20‘) und der ersten Seitenfläche (13‘) eine Abrundung (11) vorhanden ist und wobei Material der zumindest einen Schicht (4‘, 7‘) auf der Abrundung (11) vorhanden ist, wobei die Abrundung (11) direkt an die erste Seitenfläche (13‘) und direkt an die zweite Seitenfläche (20‘) angrenzt.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Abrundung (11) dazu führt, dass sich die Ebenen der Seitenflächen (13‘, 20‘) in einer Schnittlinie (27) schneiden, und bei dem in der kürzesten Verbindung von der Schnittlinie (27) zum Substrat (2‘) die zumindest eine Schicht (4‘, 7‘) auch angeordnet ist, insbesondere eine Schicht (4‘), ganz insbesondere zwei Schichten (4‘, 7‘).
  3. Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Schichtsystem (1‘) zwei Schichten (4‘, 7‘) aufweist, insbesondere nur zwei Schichten (4‘, 7‘) aufweist.
  4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das Substrat (2‘) nickel- oder kobaltbasiert ist, bei dem darauf (2‘), insbesondere direkt darauf, eine metallische Schicht (4‘) und bei der darauf (4‘), insbesondere direkt darauf, eine keramische äußerste Schicht (7‘) vorhanden ist.
  5. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schichten (4‘, 7‘) zum Ende (24) der Abrundung (11) zur zweiten Oberfläche (20‘) hin dünner werden.
  6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei der sich die Beschichtung (4‘, 7‘) auf der gesamten Abrundung (11) des Substrats (2‘) befindet.
  7. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Beschichtung (4‘, 7‘) nicht über eine Ebene, die durch die zweite Seitenfläche (20‘) verläuft, hinausragt.
  8. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zweite Seitenfläche (20‘) keine Beschichtung (4‘, 7‘) aufweist.
  9. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, bei dem durch die zweite Seitenfläche (20‘) und der dazu schneidenden verlaufenden ersten Oberfläche (13‘) ein Bereich (5) definiert wird, der zwischen dem Substrat (2‘) und der Schnittlinie (27) der Ebene der Seitenfläche (20‘, 13‘) liegt.
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