DE102014212134A1

DE102014212134A1 - Ceramic coating of a metallic body, method and use of the method thereto

Info

Publication number: DE102014212134A1
Application number: DE102014212134.5A
Authority: DE
Inventors: Marco Cologna; Stefan Lampenscherf; Steffen Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine keramische Beschichtung eines metallischen Körpers und ein Verfahren dazu, wie sie insbesondere bei keramischen Beschichtungen von metallischen Turbinenschaufeln, beispielsweise bei der Beschichtung von Nickel haltigen Legierungen mit Yttrium stabilisiertem Zirkonium (Yttria stabilised zirconia, YSZ) eingesetzt werden. Die Erfindung zeigt erstmals eine Möglichkeit zur Stabilisierung der Grenzfläche zwischen metallischem Körper und keramischer Beschichtung. Dabei werden Bedingungen erzeugt, durch die die Grenzfläche an negativ geladenen Ionen, insbesondere an Sauerstoff-Ionen, verarmt.The invention relates to a ceramic coating of a metallic body and to a method thereof, as used in particular for ceramic coatings of metallic turbine blades, for example in the coating of nickel-containing alloys with yttrium-stabilized zirconia (Yttria stabilized zirconia, YSZ). The invention shows for the first time a possibility for stabilizing the interface between the metallic body and the ceramic coating. This creates conditions that deplete the interface of negatively charged ions, especially oxygen ions.

Description

Die Erfindung betrifft eine keramische Beschichtung eines metallischen Körpers, ein Verfahren und die Verwendung des Verfahrens dazu, wie sie insbesondere bei keramischen Beschichtungen von metallischen Turbinenschaufeln, beispielsweise bei der Beschichtung von Nickel-haltigen Legierungen mit Yttrium stabilisiertem Zirkonium (Yttria stabilised zirconia, YSZ) eingesetzt werden. The invention relates to a ceramic coating of a metallic body, a method and the use of the method thereto, as used in particular in ceramic coatings of metallic turbine blades, for example in the coating of nickel-containing alloys with yttrium stabilized zirconia (Yttria stabilized zirconia, YSZ) become.

Bei der Beschichtung von thermisch belasteten Metallen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln mit Keramik, wie insbesondere der Beschichtung einer Nickel-Superlegierung mit YSZ als Hitzeschutz, ist die Stabilität der Verbindung Metall-Keramik entscheidend für die Lebensdauer und Belastbarkeit des gesamten Bauteils. Der Grenzfläche zwischen metallischem Körper und keramischer Beschichtung kommt dabei besondere Bedeutung zu, weil die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten sich da am meisten bemerkbar machen. Es gibt verschiedenste Ansätze, die Grenzfläche Metall-Keramik unter diesen Bedingungen zu stabilisieren, beispielsweise durch Variation der elastischen Eigenschaften oder Materialschichtdicken etc., aber die Problematik ist noch weitgehend ungelöst. In the coating of thermally stressed metals, such as turbine blades with ceramic, in particular the coating of a nickel superalloy with YSZ as heat protection, the stability of the compound metal-ceramic is crucial for the life and resilience of the entire component. The interface between the metallic body and the ceramic coating is of particular importance because the differences in the thermal expansion coefficients are the most noticeable. There are various approaches to stabilize the metal-ceramic interface under these conditions, for example, by varying the elastic properties or material layer thicknesses, etc., but the problem is still largely unresolved.

Daher besteht aber immer noch Bedarf, eine Steigerung der Stabilität einer keramischen Beschichtung auf einer metallischen Oberfläche bei hohen thermischen Belastungen zu erreichen. Therefore, there is still a need to achieve an increase in the stability of a ceramic coating on a metallic surface at high thermal loads.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine keramische Beschichtung auf einem metallischen Körper zu schaffen, bei der Spannungen, die durch Unterschiede in thermischen Ausdehnungskoeffizienten erzeugt werden, bestmöglich abgebaut werden. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung, sowie eine geeignete Verwendung des Verfahrens anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide a ceramic coating on a metallic body in which stresses which are produced by differences in coefficients of thermal expansion are broken down in the best possible way. In addition, it is an object of the present invention to provide a method for producing such a coating, as well as a suitable use of the method.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung wie vorliegend in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart, gelöst. This object is achieved by the subject matter of the invention as disclosed in the specification, the claims and the figures.

Entsprechend ist Gegenstand der Erfindung eine keramische Beschichtung eines metallischen Körpers, bei der innerhalb, also quer durch die keramische Beschichtung von außen nach innen hindurch, ein Gradient an negativ geladenen Ionen nachweisbar ist, der ein Minimum an Konzentration der negativ geladenen Ionen an der Grenzfläche zum metallischen Körper zeigt. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Beschichtung einer metallischen Oberfläche, bei dem elektrische Spannung quer zur Beschichtung während oder nach der Sinterung der Beschichtung so angelegt wird, dass eine Migration negativ geladener Ionen durch die keramische Beschichtung hindurch induziert wird. Accordingly, the subject of the invention is a ceramic coating of a metallic body, in which within, ie transversely through the ceramic coating from outside to inside, a gradient of negatively charged ions is detectable, the minimum concentration of negatively charged ions at the interface to metallic body shows. In addition, the invention relates to a method for producing a ceramic coating of a metallic surface, wherein the voltage across the coating during or after the sintering of the coating is applied so that a migration of negatively charged ions is induced through the ceramic coating.

Grundsätzlich wird ein großer Teil der negativ geladenen Ionen, deren Konzentrations-Gradient durch das Anlegen des elektrischen Feldes erzeugt wird, Sauerstoff sein. Aber auch andere negativ geladene Ionen wie beispielsweise Schwefel, Phosphor, Stickstoff oder sogar komplexe, das heißt mehrere Atome umfassende Ionen, könnten hier allein oder zusammen mit den Sauerstoff-Ionen einen Konzentrations-Gradienten bilden. Basically, a large part of the negatively charged ions whose concentration gradient is generated by the application of the electric field will be oxygen. But other negatively charged ions such as sulfur, phosphorus, nitrogen or even complex, that is several atoms, ions could form here alone or together with the oxygen ions a concentration gradient.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrische Spannung eine Gleichstrom-Spannung (direct current, DC). Die elektrische Spannung wird quer zur Beschichtung, also gerade durch die Beschichtung hindurch angelegt, da der zu erzeugende Ionen Gradient entlang der Schichtdicke der Beschichtung verläuft. Der Gradient kann linear, aber auch kurvig verlaufen. According to an advantageous embodiment, the electrical voltage is a direct current voltage (DC). The electrical voltage is applied transversely to the coating, ie just through the coating, since the ion to be generated gradient runs along the layer thickness of the coating. The gradient can be linear, but also curvy.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens liegt die Spannung im Bereich von 1 bis 100 Volt, insbesondere von 1 bis 50 Volt und ganz bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 Volt. According to an advantageous embodiment of the method, the voltage is in the range from 1 to 100 volts, in particular from 1 to 50 volts, and very preferably in the range from 1 to 10 volts.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei Temperaturen über oder gleich 800 °C, insbesondere über 1000°C und ganz bevorzugt über 1100°C, durchgeführt. According to a preferred embodiment, the process is carried out at elevated temperature, for example at temperatures above or equal to 800 ° C., in particular above 1000 ° C. and very preferably above 1100 ° C.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Verfahren während der Sinterung der keramischen Beschichtung, also beispielsweise in einer Vorrichtung zur Sinterung einer Keramik unter Anlegen eines elektrischen Feldes, wie beispielsweise einer Vorrichtung zum Spark Plasma Sintern (Spark Plasma Sintering SPS), durchgeführt wird. It is particularly advantageous if the method during the sintering of the ceramic coating, so for example in a device for sintering a ceramic under application of an electric field, such as a device for spark plasma sintering (Spark Plasma Sintering SPS) is performed.

Bevorzugt ist das Material für die keramische Beschichtung eine oxidhaltige Keramik, also eine oxidische Keramik und so ausgewählt, dass es eine gute Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit besitzt. The material for the ceramic coating is preferably an oxide-containing ceramic, that is to say an oxidic ceramic, and is selected such that it has a good oxygen-ion conductivity.

Beispielsweise bewegen sich die Ionen bei niedrigen und hohen Spannungen, aber sehr hohen Strömen (über 1000 A), auch über 20.000A, bis zu 50.000A. Bei diesen Strömen werden die Ionen in der Keramik in Bewegung gesetzt. For example, the ions move at low and high voltages, but very high currents (over 1000 A), even over 20,000A, up to 50,000A. At these currents, the ions in the ceramic are set in motion.

Bevorzugt wird in einem einstufigen Prozess das Sintern der Keramik und die Herstellung der Beschichtung, beispielsweise in einer Spark-Plasma-Sintering-Vorrichtung, bei der im elektrischen Feld gesintert wird, diese Spannung angelegt. Preferably, in a one-step process, the sintering of the ceramic and the production of the coating, for example, in a spark plasma sintering device, in which sintered in the electric field, this voltage is applied.

Es eignet sich dazu insbesondere dotierte Keramik, wie beispielsweise dotiertes Zirkoniumoxid, insbesondere mit Yttrium dotiertes oder stabilisiertes Zirkoniumoxid. It is particularly suitable for this purpose doped ceramics, such as doped zirconium oxide, in particular with yttrium-doped or stabilized zirconium oxide.

Als Ionen-Gradient wird vorliegend bezeichnet, dass innerhalb der Beschichtung von außen nach innen die Konzentration an negativ geladenen, insbesondere eben Sauerstoff-Ionen ortsabhängig variiert. Dabei ist die Konzentration dieser Ionen gemäß der Erfindung an der Oberfläche der Beschichtung größer als an der Grenzfläche der Beschichtung zum metallischen Körper. Der Gradient verläuft beispielsweise linear, kann aber auch kurvig verlaufen, das heißt, dass über einen gewissen Bereich die Konzentration an Sauerstoff-Ionen innerhalb der Beschichtung auch gleich bleiben oder sogar geringfügig geringer werden kann. As an ion gradient is referred to herein, that varies within the coating from outside to inside the concentration of negatively charged, especially just oxygen ions depending on location. The concentration of these ions according to the invention at the surface of the coating is greater than at the interface of the coating to the metallic body. For example, the gradient is linear, but can also be curved, that is, over a certain range, the concentration of oxygen ions within the coating also remain the same or even slightly lower.

Beispielsweise kann es sich um einen so genannten „echten“ Gradientenaufbau in der Beschichtung handeln. Wiederum beispielsweise liegt dabei als Top-Schicht eine reine YSZ-Schicht und darunter eine Schicht vor, die vielleicht schon etwas Metall (z.B.: MCrAlY) im Verhältnis YSZ:MCrAlY im Bereich von 90:10 bis 70:30, beispielsweise im Bereich von 80:20, enthält. Darunter beispielsweise eine weitere Schicht mit einer Zusammensetzung YSZ:MCrAlY = im Bereich von 60:40 bis 40:60, also beispielsweise auch ungefähr 50:50, und so weiter.... Das geht solange, bis man bei der reinen MCrAlY-Schicht, also dem zu beschichteten Körper, angelangt ist. Das kann beispielsweise so realisiert sein, dass die Sauerstoff-Ionenkonzentration in jedem Gradientenmaterial weiter abnimmt und nicht mehr linear verläuft. Das hat aber den Vorteil, dass man hier die thermischen Ausdehnungskoeffizienten zweier Materialien angleichen kann. For example, it may be a so-called "true" gradient structure in the coating. Again, for example, the top layer is a pure YSZ layer and below it a layer that may already have some metal (eg: MCrAlY) in the ratio YSZ: MCrAlY in the range of 90:10 to 70:30, for example in the range of 80 : 20, contains. Including, for example, another layer with a composition YSZ: MCrAlY = in the range of 60:40 to 40:60, so for example also about 50:50, and so on .... This goes on until you look at the pure MCrAlY layer , ie the body to be coated, has arrived. This can be realized, for example, in such a way that the oxygen-ion concentration in each gradient material continues to decrease and no longer proceeds linearly. But this has the advantage that you can adjust the thermal expansion coefficient of two materials here.

Der metallische Körper, der gemäß der Erfindung mit einer Keramik beschichtet wird, ist aus Metall und/oder einer metallischen Legierung. Beispielsweise können hier Körper aus Superlegierungen (superalloys) beschichtet werden. Als Superlegierungen werden Werkstoffe komplexer Zusammensetzung mit Eisen, Nickel, Platin, Chrom und/oder Kobalt als Hauptelement mit Zusätzen an Kobalt, Nickel, Eisen, Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Tantal, Niob, Aluminium, Titan, Mangan, Zirkonium, Kohlenstoff und/oder Bor, die insbesondere für Hochtemperaturanwendungen wie Turbinenschaufeln geeignet sind, bezeichnet. The metallic body which is coated with a ceramic according to the invention is made of metal and / or a metallic alloy. For example, bodies of superalloys can be coated here. As superalloys are materials of complex composition with iron, nickel, platinum, chromium and / or cobalt as the main element with additions of cobalt, nickel, iron, chromium, molybdenum, tungsten, rhenium, ruthenium, tantalum, niobium, aluminum, titanium, manganese, zirconium , Carbon and / or boron, which are particularly suitable for high temperature applications such as turbine blades.

Die keramische Beschichtung kann insbesondere auch eine zur Herstellung einer TBC-Beschichtung, einer „thermal barrier coating“-Beschichtung, geeignete, sein. In particular, the ceramic coating may also be suitable for producing a TBC coating, a "thermal barrier coating" coating.

Zur Herstellung der Beschichtung wird das metallische Material in Kontakt mit dem keramischen Material unter folgenden Bedingungen gebracht:

a) Hohe Temperatur, so dass innerhalb der Keramik eine Ionen Wanderung, beispielsweise ein Sauerstoff-Ionen Diffusionsprozess, möglich ist
b) Anlegen eines elektrischen Feldes/Anlegen von Strom durch die Beschichtung und das Metall hindurch und
c) Optional: Anlegen von Druck.

To produce the coating, the metallic material is brought into contact with the ceramic material under the following conditions:

a) high temperature, so that within the ceramic ion migration, such as an oxygen-ion diffusion process, is possible
b) applying an electric field / applying current through the coating and the metal and
c) Optional: application of pressure.

Die Keramik kann auf dem metallischen Körper entweder als „bulk material“, also gesintert, oder vorgesintert oder pulverisiert vorliegen. The ceramic may be present on the metallic body either as a "bulk material", ie sintered or presintered or pulverized.

Wenn das keramische Material als Pulver aufgebracht ist, dann kann in einem einstufigen Prozess das Sintern der Keramik und die Herstellung der Beschichtung beispielsweise in einer Spark-Plasma-Sintering-Vorrichtung, bei der im elektrischen Feld gesintert wird, durchgeführt werden. When the ceramic material is applied as a powder, then, in a one-step process, the sintering of the ceramic and the production of the coating can be carried out, for example, in a spark plasma sintering device, which is sintered in the electric field.

Zur Herstellung des Gradienten quer durch die Beschichtung mit einem Maximum an Sauerstoff-Ionen-Konzentration auf der Oberfläche der Beschichtung und einem Minimum an Sauerstoff-Ionen-Konzentration an der Grenzfläche zum Metall wird das elektrische Feld so angelegt, dass die keramische Schicht an die positive Elektrode und das Metall an negative Elektrode angeschlossen ist. To produce the gradient across the coating with a maximum of oxygen ion concentration on the surface of the coating and a minimum of oxygen ion concentration at the interface with the metal, the electric field is applied so that the ceramic layer contacts the positive Electrode and the metal is connected to negative electrode.

Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert: In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a figure and an embodiment:

Die Figur zeigt den Vorgang beim Anlegen eines elektrischen Feldes unter Bedingungen, die Ionen-Migration in der Keramik erlaubt:
Die Figur zeigt, dass die keramische Beschichtung 1 an die positive Elektrode angeschlossen ist. The figure shows the process of applying an electric field under conditions that allow ion migration in the ceramic:
The figure shows that the ceramic coating 1 connected to the positive electrode.

Der hier gezeigte Aufbau zeigt nur einen Ausschnitt eines metallischen Körpers 2, beispielsweise einer Turbinenschaufel aus einer Nickel-Superlegierung, auf der eine dünne keramische Beschichtung 1, beispielsweise YSZ, liegt. Diese keramische Beschichtung 1 weist einen Sauerstoff-Ionen-Gradienten 3 auf, der an der Außen- und Oberfläche 4 der Beschichtung ein Maximum zeigt. Auf der Oberfläche 4 der keramischen Beschichtung 1 ist positive elektrische Spannung 6 angelegt, zu der zumindest die Sauerstoff-Ionen innerhalb der keramischen Beschichtung 1 wandern. Auf der gegenüberliegenden Seite an der Außenfläche des metallischen Körpers 2 liegt die Gegenspannung 7 an. The structure shown here shows only a section of a metallic body 2 For example, a turbine blade made of a nickel superalloy, on which a thin ceramic coating 1 , for example YSZ, is located. This ceramic coating 1 has an oxygen-ion gradient 3 on, on the outside and on the surface 4 the coating shows a maximum. On the surface 4 the ceramic coating 1 is positive electrical voltage 6 created, to which at least the oxygen ions within the ceramic coating 1 hike. On the opposite side on the outer surface of the metallic body 2 is the reverse voltage 7 at.

Durch Anlegen der Spannung bei einer Temperatur und gegebenenfalls einem Druck, der ausreicht, um eine Ionen Wanderung, wie beispielsweise die Sauerstoff-Ionen-Diffusion innerhalb der keramischen Beschichtung 1 zu bewirken, wandern die Sauerstoff-Ionen innerhalb der keramischen Beschichtung 1 weg von der Grenzfläche zwischen keramischer Beschichtung 1 und metallischem Körper 2. Die Grenzfläche zwischen metallischem Körper 2 und keramischer Beschichtung 1 verarmt daher an negative geladenen, respektive Sauerstoff-Ionen. Dies bewirkt, dass an dieser Grenzfläche zumindest teilweise das oxidische keramische Material reduziert wird zum Metall und sich teilweise eine intermetallische Phase zwischen den metallischen Atomen, die im metallischen Körper 2 vorliegen und den metallischen Atomen, die durch Reduktion der keramischen Beschichtung an dieser Grenzfläche entstehen, ausbildet. By applying the voltage at a temperature and optionally a pressure sufficient to cause ion migration, such as oxygen-ion diffusion within the ceramic coating 1 to cause the oxygen ions to migrate within the ceramic coating 1 away from the interface between ceramic coating 1 and metallic body 2 , The interface between metallic body 2 and ceramic coating 1 therefore depleted of negative charged, respectively oxygen ions. This causes that at this interface, at least partially, the oxidic ceramic material is reduced to the metal and partially an intermetallic phase between the metallic atoms in the metallic body 2 be present and the metallic atoms formed by reduction of the ceramic coating at this interface forms.

In den Bereichen der in Rede stehenden Grenzfläche, in denen sich Inseln aus intermetallischer Phase – wie gerade dargelegt – ausbilden, liegt quasi ein einheitliches Material vor, das einen einheitlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat und dadurch wird das Auftreten von Spannungen aufgrund verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten wirksam vermieden. In the areas of the interface in question, in which islands of intermetallic phase - as just explained - train, there is virtually a uniform material, which has a uniform coefficient of thermal expansion and thereby the occurrence of stresses due to different thermal expansion coefficients is effectively avoided.

Durch Anlegen der Spannung wird praktisch eine Sauerstoff-Ionen Pumpe erzeugt, die die negativ geladenen Sauerstoff-Ionen von der negativen Elektrode 7, der Kathode, die an dem metallischen Körper 2 anliegt, zu der positiven Elektrode 6, der Anode, die an der Oberfläche der keramischen Beschichtung 1 anliegt, pumpt. By applying the voltage, an oxygen-ion pump is generated, which generates the negatively charged oxygen ions from the negative electrode 7 , the cathode attached to the metallic body 2 is applied to the positive electrode 6 , the anode, attached to the surface of the ceramic coating 1 is applied, pumps.

Diese Ionen Pumpe läuft natürlich nur, solange die Bedingungen für die Sauerstoff-Ionen-Diffusion herrschen und sich noch kein Gleichgewicht, das beispielsweise in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Druck variieren kann, eingestellt hat. Of course, this ion pump runs only as long as the conditions for the oxygen-ion diffusion prevail and no equilibrium, which can vary depending on temperature and / or pressure, has been set.

Durch Auswahl der Bedingungen, beispielsweise wieder Temperatur und/oder Druck kann ein bestimmter Zustand auch „eingefroren“ werden. Dabei werden noch vor Einstellung eines Gleichgewichts die Bedingungen so gewählt, dass keine Sauerstoff-Ionen-Wanderung mehr möglich ist. By selecting the conditions, for example, again temperature and / or pressure, a certain state can also be "frozen". Even before the equilibrium is set, the conditions are chosen so that oxygen-ion migration is no longer possible.

Beispielsweise wird sukzessive das elektrische Feld abgestellt und der metallische Körper 2 samt keramischer Beschichtung 1 abgekühlt. For example, the electric field is gradually turned off and the metallic body 2 including ceramic coating 1 cooled.

Beispiel: Example:

Der Aufbau gemäß der Figur wird durch eine 0.6 mm dicke Pulverschicht an 3mol%YSZ und eine 3 mm dicke Schicht von MCrAlY (M = Fe, Co oder Ni) wird in einer Graphit-Gussform vorgelegt und zusammen unter Anlegen einer Spannung, wie in der Figur oben beschrieben, bei 1150°C und 35 MPa Druck, gesintert. Zum Vergleich wurde der gleich Test mit einer identischen Probe durchgeführt, jedoch die Spannung umgepolt, damit der Effekt verglichen werden konnte. The structure according to the figure is provided by a 0.6 mm thick powder layer of 3 mol% YSZ and a 3 mm thick layer of MCrAlY (M = Fe, Co or Ni) is placed in a graphite mold and together under application of a voltage as in Figure above, sintered at 1150 ° C and 35 MPa pressure. For comparison, the same test was carried out with an identical sample, but the voltage was reversed so that the effect could be compared.

Eine Metall-Chrom-Aluminium-Yttrium-Legierung wird hier mit „MCrAlY“ abgekürzt, wobei beispielsweise M = Fe, Co oder Ni sein kann. A metal-chromium-aluminum-yttrium alloy is here abbreviated to "MCrAlY", where, for example, M = Fe, Co or Ni.

MCrAlY kann als eine so genannte Bondcoat-Legierung realisiert sein, wie sie typischerweise zwischen Keramikschicht und Turbinenschaufelmaterial aufgebracht wird. Sie dient als Haftvermittlerschicht. MCrAlY can be realized as a so-called bondcoat alloy, as typically applied between ceramic layer and turbine blade material. It serves as a primer layer.

Bei Anlegen der positiven Elektrode an der YSZ-Schicht, wie erfindungsgemäß vorgesehen, erhält man an der Grenzfläche ein Minimum an Sauerstoff-Ionen-Konzentration und damit einen sehr starken Verbund zwischen keramischer Beschichtung und metallischem Körper, der hohen thermischen Belastungen ohne Ausbildung von Rissen widersteht. So konnte eine ein paar Mikrometer dicke YSZ-Beschichtung auf dem MCrAlY-Körper erzeugt werden. When the positive electrode is applied to the YSZ layer, as provided according to the invention, a minimum of oxygen ion concentration is obtained at the interface and thus a very strong bond between the ceramic coating and the metallic body, which withstands high thermal loads without formation of cracks , Thus, a few micrometers thick YSZ coating could be produced on the MCrAlY body.

Im Vergleich dazu kann andernfalls, also nach erfolgter Umpolung und Anlegen der negativen Spannung an die keramische Schicht, so dass an der Grenzfläche zwischen keramischer Beschichtung und metallischem Körper eine hohe Konzentration an negativen, respektive Sauerstoff-Ionen bewirkt wird, nachgewiesen werden, dass sich Risse bilden, teilweise reißt die keramische Beschichtung direkt auf und bildet Löcher bis hin zum völligen Zerfall der Beschichtung. By comparison, otherwise, after reversing the polarity and applying the negative voltage to the ceramic layer, so that a high concentration of negative, respectively oxygen ions is effected at the interface between the ceramic coating and the metallic body, it can be shown that cracks occur partially, the ceramic coating ruptures directly and forms holes to the point of complete disintegration of the coating.

Damit konnte eindrucksvoll bewiesen werden, dass eine keramische Schicht auf dem metallischen Körper durch Anlegen eines elektrischen Feldes bei für Sauerstoff-Ionen-Wanderung geeigneten Bedingungen zu einer Stabilisierung des Verbundes zwischen Beschichtung und Metall führt. This was able to impressively prove that a ceramic layer on the metallic body by applying an electric field at conditions suitable for oxygen-ion migration leads to a stabilization of the bond between the coating and metal.

Obwohl nach den Einsichten der Erfinder die Sauerstoff-Ionen-Wanderung innerhalb der Keramik die Hauptursache für den beschriebenen Effekt der weitaus stabileren keramischen Beschichtung ist, werden natürlich bei den Bedingungen, die für eine Sauerstoff-Ionen-Wanderung günstig sind, auch andere negativ geladene Ionen innerhalb der Keramik und/oder innerhalb des metallischen Körpers wandern und entsprechende Gradienten bilden, die dann durch das Abkühlen auf Raumtemperatur eingefroren werden. Although, according to the inventors, the oxygen-ion migration within the ceramic is the main cause of the described effect of the much more stable ceramic coating, naturally also other negatively charged ions will be at the conditions favorable for oxygen-ion migration migrate within the ceramic and / or within the metallic body and form corresponding gradients, which are then frozen by cooling to room temperature.

Die Erfindung zeigt erstmals eine Möglichkeit zur Stabilisierung der Grenzfläche zwischen metallischem Körper und keramischer Beschichtung. Dabei werden Bedingungen erzeugt, durch die die Grenzfläche an negativ geladenen Ionen, insbesondere an Sauerstoff-Ionen verarmt. The invention shows for the first time a possibility for stabilizing the interface between the metallic body and the ceramic coating. This creates conditions that deplete the interface of negatively charged ions, in particular of oxygen ions.

Claims

Ceramic coating ( 1 ) of a metallic body ( 2 ), in the inside, so across the ceramic coating ( 1 ) from outside to inside, a gradient ( 3 ) is detectable on negatively charged ions showing a minimum concentration of negatively charged ions at the interface with the metallic body.

Ceramic coating ( 1 ) according to claim 1, wherein the negatively charged ions comprise oxygen ions.

Ceramic coating ( 1 ) according to claim 2, wherein the material for the ceramic coating ( 1 ) is an oxide-containing ceramic.

Ceramic coating ( 1 ) according to claim 3, wherein the oxide-containing ceramic has an oxygen-ion conductivity useful for the method according to claim x bi y.

Ceramic coating ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the material of the ceramic coating ( 1 ) is a doped ceramic.

Ceramic coating according to one of the preceding claims, wherein the material of the ceramic coating is doped zirconium oxide, in particular yttrium-doped or stabilized zirconium oxide.

Ceramic coating according to one of the preceding claims, wherein the metallic body ( 2 ) is a superalloy.

Ceramic coating according to one of the preceding claims, wherein the metallic body ( 2 ) Is nickel-containing.

A ceramic coating according to any one of the preceding claims, wherein the metallic body is a turbine blade.

The ceramic coating of claim 9, wherein the turbine blade is a gas turbine blade.

Method for producing a ceramic coating ( 1 ) on a metallic body ( 2 ), in which the electrical voltage across the coating during or after sintering of the ceramic coating is applied so that a migration of negatively charged ions within the ceramic coating ( 1 ) of the metallic body ( 2 ) is initiated away.

Process according to claim 9, wherein on the ceramic coating ( 1 ) the positive voltage and the metallic body ( 2 ) the negative reverse voltage is applied so that negatively charged ions are drawn from the interface to the surface of the ceramic coating.

Method according to one of claims 9 or 10, which is carried out at temperatures ≥ 800 ° C.

Method according to one of claims 9 to 11, wherein electrical voltage in the range of 1 to 100 volts is applied.

A method according to any one of claims 9 to 12, which is carried out under pressure.

Use of the method for coating a turbine blade.

Use according to claim 14, wherein the turbine blade is a gas turbine blade.