DE102015205807A1 - Beschichtungssystem für Gasturbinen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für eine Gasturbinenschaufel und/oder ein Gasturbinenblatt, insbesondere eines aus einem keramischen Matrix-Komponenten-Material „CMC“ (Ceramic Matrix Component) und/oder einer monolithischen Keramik. Das Beschichtungssystem umfasst eine Haftungsschicht und darauf zumindest eine kombinierte Schicht zum Schutz vor Umgebungseinflüssen wie Feuchte, Sauerstoff und gegen das Eindringen von CMAS, wobei diese Schicht zumindest eine keramische Komponente, einen Spinell der allgemeinen Formel(Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)AlO3, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3)Al5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder verschieden sein können, umfasst, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für eine Gasturbinenschaufel und/oder ein Gasturbinenblatt, insbesondere eines aus einem keramischen Matrix-Komponenten-Material „CMC“ (Ceramic Matrix Component) und/oder einer monolithischen Keramik.
  • Gasturbinen werden zur Energiegewinnung elektrischer Energie über Verbrennungsgas in einer Verbrennungskammer eingesetzt. Dabei fließt das heiße Gas in die Turbine, die mit einem Generator verbunden ist. Um die Effizienz der Gasturbine zu steigern, wird das Gas so heiß wie möglich eingeleitet. Je heißer das Gas, desto höhere Ansprüche an die Beschichtungsmaterialien, die die Turbinenblätter und Turbinenschaufeln vor Schäden durch das heiße Gas schützen.
  • Bislang werden die Turbinenblätter und Turbinenschaufeln aus einer Superlegierung mit einer Haftschicht und einer thermischen Barriereschicht (TBC, Thermal Barrier Coating) die sowohl die Gastemperatur beschränkt haben als auch ein Kühlsystem erforderten. Eine alternative Herangehensweise ist die Entwicklung von Ceramic-Matrix-Component “CMC“- und/oder monolithische keramische Trägerstrukturen, beispielsweise mit Siliziumcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumoxycarbid- und/oder Siliziumoxynitridfasern. Diese Trägerstrukturen halten höhere Temperaturen als Superlegierungen aus, aber sind anfälliger gegenüber den Bestandteilen des heißen Gases, wie beispielsweise Sauerstoff und Wasserdampf. Deswegen werden die CMC- und/oder monolithischen Trägerstrukturen mit einer Haftschicht und darauf zumindest ein bis zwei Schutzschichten, die generell als Umgebungs-Beschichtungssystem (Environmental barrier coatings (EBC) bezeichnet werden, vor Umgebungseinflüssen bewahrt.
  • Typische EBC-Beschichtungssysteme für beispielsweise Siliziumcarbid SiC/SiC-CMCs sind aus Barium-Strontium-Aluminium-Silikaten (BSAS) oder Silikaten von seltenen Erden, also Yttrium, Ytterbium wie z.B. Y2Si2O7, Y2SiO5) im Sinne einer gemischten Mullit-BSAS Beschichtung auf einer Silizium-Haftschicht aufgebaut.
  • Zusätzlich kann gemäß dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der WO 2010/080240 und/oder aus der US 2010/0158680 bekannt ist, eine separate Barriereschicht gegen das Eindringen von flüssigen CMAS, also Calcium, Magnesium, Aluminiumsilikaten, auf dem EBC(Environmental Barrier Coating)-Beschichtungssystem vorgesehen sein.
  • In den dort offenbarten Beschichtungssystemen umfasst die separate Barriereschicht gegen das Eindringen von CMAS im Wesentlichen nur eine Komponente.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist, dass der das Beschichtungssystem zu viele Schichten umfasst.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Beschichtungssystem für eine Gasturbinenschaufel- und/oder ein Gasturbinenblatt zu schaffen, das die Funktion der Verminderung von eindringendem CMAS ohne eine zusätzliche Schicht erfüllt.
  • Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Beschichtungssystem eine Haftungsschicht und darauf zumindest eine Schicht zum Schutz vor Umgebungseinflüssen wie Feuchte, Sauerstoff und gegen das Eindringen von CMAS umfassend, wobei diese Schicht zumindest eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen Spinell, Granat, Perovskit und/oder Apatit, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Komponenten, umfasst.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Haftungsschicht Silizide und/oder Silizium.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Beschichtungssystem noch eine zusätzliche Sauerstoff-Barriereschicht in Form einer Mullit-Schicht oder einer Mischunge aus Mullit und den Komponenten der äußeren Schicht, also Spinell, Granat, Perovskit und/oder Apatit, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Komponenten.
  • Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand ausgewählter Beispiele, die Ausführungsformen der Erfindungen sind, näher erläutert:
  • Beispiel 1:
  • Die äußere Schicht (Top Layer) eines EBC-Barrieresystems ist eine keramische Schicht aus einem Spinell oder einem Gemisch verschiedener Spinelle. Beispielsweise ist ein Spinell ein (Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4 bei dem eine Mischung von Magnesium (2+)-, Eisen (2+), Mangan (2+) und/oder Zink (2+)-Kationen in die Spinell Kristall-Struktur eingelagert sind. Das molare Verhältnis der zweiwertigen Kationen kann dabei variieren.
  • Beispiel 2:
  • Die äußere Schicht (Top Layer) eines EBC-Barrieresystems ist eine keramische Schicht aus Oxyapatit oder einem Gemisch verschiedener Oxyapatite. Ein Oxyapatit ist eine Verbindung mit einer Apatit-Kristall-Struktur, beispielsweise (Ca, La)(SiO4)6O2 oder GdAl(SiO2)6O2.
  • Beispiel 3:
  • Die äußere Schicht (Top Layer) eines EBC-Barrieresystems ist eine keramische Schicht aus einem Gemisch verschiedener Granaten und/oder Almandinen ist. Diese haben die allgemeine Formel RE3Al5O12 wobei RE für seltene Erden, beispielsweise Y, Yb, Gd, Lu, Dy, ... steht. Die Gemische haben die allgemeine Formel (RE1, RE2)3Al5O12 wobei RE1 und RE2 dreiwertige Kationen von seltenen Erd-Elementen wie Y, Yb, Gd, Lu, Dy, ... sind.
  • Beispiel 4:
  • Die äußere Schicht (Top Layer) eines EBC-Barrieresystems ist eine keramische Schicht aus einem Perowskit oder einem Gemisch verschiedener Perowskit. Beispielsweise haben Perowskite die allgemeine Formel REAlO3 wobei RE für seltene Erden, beispielsweise Y, Yb, Gd, Lu, Dy, ... steht. Die Gemische haben die allgemeine Formel (RE1, RE2)AlO3 wobei RE1 und RE2 dreiwertige Kationen von seltenen Erd-Elementen wie Y, Yb, Gd, Lu, Dy, ... sind.
  • In der Figur wird noch ein typischer Schichtaufbau eines Beschichtungssystems dargestellt, wobei unten das zu beschichtende CMC-Werkstück, beispielsweise eine Gasturbinenschaufel, schematisch als Träger 1 dargestellt ist. Auf dem Träger 1 befindet sich eine vergleichsweise dünne Haftvermittlungsschicht 2, beispielsweise aus Silizium oder Siliziden und darauf im hier dargestellten Beispiel eine Sauerstoff-Barriereschicht 3 aus Mullit. Mullit ist eine industrielle Keramik in Form einer Mischform aus einem Aluminium- und Siliziumoxid.
  • Auf der Sauerstoff-Barriereschicht 3 liegt die äußere Schicht, die gemäß der Erfindung eine kombinierte Wasserdampf-Barriereschicht und CMAS-Schutzschicht 4 ist. Das Material der kombinierten Wasserdampf-Barriereschicht und CMAS-Schutzschicht 4 ist beispielsweise ein Spinell, ein Perowskit, ein Oxyapatit und/oder ein Granat, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen.
  • Durch die Erfindung wird erstmals ein Barriereschicht-System für ein Werkstück aus einem keramischen Matrixmaterial für Hochtemperatur-Anwendungen (CMC Ceramic Matrix Component) offenbart, das in einer einzigen Schicht des Schichtaufbaus die Funktion des Schutzes vor Beschädigung des Werkstückes durch Dampf, Feuchte und Sauerstoff, wie beispielsweise durch Wasserdampf, mit der Funktion der Barriere vor dem Eindringen von Calcium, Magnesium und/oder Aluminiumsilikaten (CMAS) in das Werkstück vereint. Dazu wird eine Schicht mit einer keramischen Komponente, die einen Spinell, einen Perowskit, einen Apatit und/oder einen Granaten umfasst, offenbart.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/080240 [0005]
    • US 2010/0158680 [0005]

Claims (7)

  1. Zusammensetzung zum Schutz gegen die Migration von Calcium-Magnesium-Aluminiumsilikaten, insbesondere bei Hochtemperatur-Anwendungen, wobei die Zusammensetzung eine keramische Komponente einen Spinell der allgemeinen Formel(Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)AlO3, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3)Al5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder verschieden sein können, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen, umfasst.
  2. Kombinierte Schutzschicht gegen Feuchte, Sauerstoff und Eindringen von Calcium, Magnesium und/oder Aluminiumsilikaten (CMAS) in eine Trägerstruktur aus keramischem Matrixmaterial für Hochtemperatur-Anwendungen, eine keramische Komponente, einen Spinell der allgemeinen Formel(Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)AlO3, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3)Al5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder verschieden sein können, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen umfassend.
  3. Beschichtungssystem eine Haftungsschicht und darauf zumindest eine kombinierte Schicht zum Schutz vor Umgebungseinflüssen wie Feuchte, Sauerstoff und gegen das Eindringen von CMAS umfassend, wobei diese Schicht zumindest eine keramische Komponente, einen Spinell der allgemeinen Formel(Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)AlO3, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3)Al5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder verschieden sein können, umfassend, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen, umfasst.
  4. Beschichtungssystem nach Anspruch 3, wobei die Haftungsschicht Silizium und/oder ein Silizid umfasst.
  5. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, eine zusätzliche Sauerstoff-Barriereschicht umfassend.
  6. Beschichtungssystem nach Anspruch 5, wobei die Sauerstoff-Barriereschicht eine Mullit-Verbindung oder eine Mullit-Verbindung im Gemisch mit einer keramischen Komponente, einen Spinell der allgemeinen Formel(Mg, Zn, Fe, Mn)-Al2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)AlO3, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3)Al5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder verschieden sein können, umfassend, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen, umfasst.
  7. Verwendung eines Beschichtungssystems nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6 in einer Gasturbine.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016200294A1 (de) 2016-01-13 2017-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Beschichtungssystem für Gasturbinen
EP3611151A1 (de) * 2018-08-16 2020-02-19 United Technologies Corporation Umweltbarrierebeschichtung für verbesserten widerstand gegen angriff durch geschmolzene silikatablagerungen
US10934220B2 (en) 2018-08-16 2021-03-02 Raytheon Technologies Corporation Chemical and topological surface modification to enhance coating adhesion and compatibility
US11505506B2 (en) 2018-08-16 2022-11-22 Raytheon Technologies Corporation Self-healing environmental barrier coating
US11668198B2 (en) 2018-08-03 2023-06-06 Raytheon Technologies Corporation Fiber-reinforced self-healing environmental barrier coating

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4436823C1 (de) * 1994-10-14 1996-05-02 Haldenwanger Tech Keramik Gmbh Tragkörper aus SiC und dessen Verwendung
EP1029101B1 (de) * 1997-11-03 2001-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Erzeugnis, insbesondere bauteil einer gasturbine, mit keramischer wärmedämmschicht, und verfahren zu dessen herstellung
DE10133209A1 (de) * 2001-07-02 2003-02-06 Fraunhofer Ges Forschung Nichtoxidisches keramisches Beschichtungspulver und daraus hergestellte Schichten
DE69825129T2 (de) * 1997-12-16 2004-11-18 Konoshima Chemical Co. Ltd. Korrosionsbeständige Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung
US20100158680A1 (en) 2008-12-19 2010-06-24 Glen Harold Kirby Cmas mitigation compositions, environmental barrier coatings comprising the same, and ceramic components comprising the same
WO2010080240A1 (en) 2008-12-19 2010-07-15 General Electric Company Cmas mitigation compositions, environmental barrier coatings comprising the same, and ceramic components comprising the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4436823C1 (de) * 1994-10-14 1996-05-02 Haldenwanger Tech Keramik Gmbh Tragkörper aus SiC und dessen Verwendung
EP1029101B1 (de) * 1997-11-03 2001-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Erzeugnis, insbesondere bauteil einer gasturbine, mit keramischer wärmedämmschicht, und verfahren zu dessen herstellung
DE69825129T2 (de) * 1997-12-16 2004-11-18 Konoshima Chemical Co. Ltd. Korrosionsbeständige Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10133209A1 (de) * 2001-07-02 2003-02-06 Fraunhofer Ges Forschung Nichtoxidisches keramisches Beschichtungspulver und daraus hergestellte Schichten
US20100158680A1 (en) 2008-12-19 2010-06-24 Glen Harold Kirby Cmas mitigation compositions, environmental barrier coatings comprising the same, and ceramic components comprising the same
WO2010080240A1 (en) 2008-12-19 2010-07-15 General Electric Company Cmas mitigation compositions, environmental barrier coatings comprising the same, and ceramic components comprising the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016200294A1 (de) 2016-01-13 2017-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Beschichtungssystem für Gasturbinen
WO2017121765A1 (de) 2016-01-13 2017-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Beschichtungssystem für turbinenkomponente
US11668198B2 (en) 2018-08-03 2023-06-06 Raytheon Technologies Corporation Fiber-reinforced self-healing environmental barrier coating
EP3611151A1 (de) * 2018-08-16 2020-02-19 United Technologies Corporation Umweltbarrierebeschichtung für verbesserten widerstand gegen angriff durch geschmolzene silikatablagerungen
US10934220B2 (en) 2018-08-16 2021-03-02 Raytheon Technologies Corporation Chemical and topological surface modification to enhance coating adhesion and compatibility
US11505506B2 (en) 2018-08-16 2022-11-22 Raytheon Technologies Corporation Self-healing environmental barrier coating
US11535571B2 (en) 2018-08-16 2022-12-27 Raytheon Technologies Corporation Environmental barrier coating for enhanced resistance to attack by molten silicate deposits
US11905222B2 (en) 2018-08-16 2024-02-20 Rtx Corporation Environmental barrier coating for enhanced resistance to attack by molten silicate deposits

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