DE102015222812A1 - Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht - Google Patents

Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht Download PDF

Info

Publication number
DE102015222812A1
DE102015222812A1 DE102015222812.6A DE102015222812A DE102015222812A1 DE 102015222812 A1 DE102015222812 A1 DE 102015222812A1 DE 102015222812 A DE102015222812 A DE 102015222812A DE 102015222812 A1 DE102015222812 A1 DE 102015222812A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
adhesion promoter
ceramic layer
outer ceramic
metallic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015222812.6A
Other languages
English (en)
Inventor
wird später genannt werden Erfinder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102015222812.6A priority Critical patent/DE102015222812A1/de
Publication of DE102015222812A1 publication Critical patent/DE102015222812A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/181—Two-dimensional patterned ridged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/182—Two-dimensional patterned crenellated, notched
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/183—Two-dimensional patterned zigzag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21—Oxide ceramics
    • F05D2300/2118—Zirconium oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Durch die Kombination einer strukturierten metallischen Haftvermittlerschicht auf einem metallischen Substrat und einer äußeren keramischen Schicht, die eine Dehnungstoleranz aufweist, wird ein abplatzungssicheres keramisches Schichtsystem erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem mit äußerer keramischer Schicht, die Vertiefungen aufweist, wobei die keramische Schicht auf einer strukturierten Haftvermittlerschicht aufgebracht ist.
  • Bauteile für den Hochtemperatureinsatz wie zum Beispiel bei Turbinen, insbesondere in Gasturbinen weisen verschiedene Schutzbeschichtungen auf. Dies sind zum einen metallische Schutzbeschichtungen gegen Oxidation und Korrosion des Substatmaterials und gleichzeitig zur Anbindung einer äußeren keramischen Schicht. Diese äußere keramische Schicht dient zur Wärmedämmung bei sehr hohen Temperaturen.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehungskoeffizienten vor allem zwischen Metall und Keramik müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, dass die äußere keramische Schicht nicht abplatzt bzw. dehnungstolerant ist.
  • Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein Schichtsystem aufzuzeigen, dass die oben genannten Probleme überkommt.
  • 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.
  • Es zeigt die Figur ein erfindungsgemäßes Schichtsystem.
  • Die Beschreibung und die Figur stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur zeigt ein Schichtsystem 1.
  • Das Schichtsystem 1 weist zumindest ein metallisches Substrat 4 auf. Das metallische Substrat 4 ist insbesondere eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung.
  • Auf der Oberfläche des Substrats 4 ist eine metallische Haftvermittlerschicht 7, insbesondere auf der Basis NiCoCrAlY aufgebracht. Die Oberfläche des Substrats 4 ist vorzugsweise nicht strukturiert. Diese metallische Haftvermittlerschicht 7 dient zum Oxidations- und Korrosionsschutz und bildet eine Oxidschicht, insbesondere Aluminiumoxid, die bei folgendem Beschichten mit einer keramischen Schicht im Betrieb oder durch bewusste Oxidation erzeugt wird, die sogenannte „thermal grown oxide layer“ (TGO), die hier nicht näher dargestellt ist.
  • Die Oberfläche der metallischen Haftvermittlerschicht 7 weist Erhebungen 16 und Vertiefungen 19 auf.
  • Diese Erhebungen 16 und Vertiefungen 19 (engineered surface) sind entweder beim Beschichten durch entsprechendes Abschatten eines Beschichtungsmaterials oder durch nachträgliches Bearbeiten, insbesondere durch Wasserstrahlbearbeitung, nach der Beschichtung entstanden. Die Erhebungen 16 und Vertiefungen 19 sind bewusst erzeugt und ergeben sich nicht durch die Rauheit der Oberfläche der Haftvermittlerschicht 7.
  • Diese Oberflächenstruktur der metallischen Haftvermittlerschicht 7 kann auch nur lokal an bestimmten Stellen, die erhöhten Belastungen ausgesetzt sind, wie die Eintrittskante einer Turbinenschaufel, vorhanden sein.
  • Auf der strukturierten Oberfläche der metallischen Haftvermittlerschicht 7 ist eine äußere keramische Schicht 10 aufgebracht.
  • Insbesondere ist nur eine einzige äußere keramische Schicht 10 aufgebracht.
  • Die keramische Schicht 10 weist insbesondere ein Material der Basis Zirkonoxid, insbesondere teilstabilisiertes Zirkonoxid auf. Die Stabilisierung wird vorzugsweise durch Yttrium (Y) erreicht.
  • Die äußere keramische Schicht 10 weist Vertiefungen 13 auf, die vorzugsweise durch nachträgliches Bearbeiten entstanden sind.
  • Diese nachträgliche Bearbeitung erfolgt vorzugsweise durch einen Laser.
  • Diese Vertiefungen 13, die Erhebungen 19 der metallischen Haftvermittlerschicht 7 und Vertiefungen 13 der äußeren keramischen Schicht 10 sind vorzugsweise auch nur lokal vorhanden, insbesondere in dem Bereich in dem eine größere thermische und mechanische Belastung vorhanden ist, wie z. B. der Eintrittskante einer Turbinenschaufel einer Gasturbine.
  • Durch diese Kombination von strukturierter Haftvermittlerschicht und keramischer Schicht mit Vertiefungen wird ein besonders kostengünstiges und abplatzungssicheres Schichtsystem 1 erzeugt.

Claims (6)

  1. Schichtsystem (1), das zumindest aufweist: ein metallisches Substrat (4), insbesondere aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung, wobei auf dem Substrat (4) eine metallische Haftvermittlerschicht (7), insbesondere auf der Basis NiCoCrAlY, aufgebracht ist, wobei die metallische Haftvermittlerschicht (7) eine strukturierte Oberfläche mit Erhöhungen (16) und Vertiefungen (19) aufweist, und bei dem eine äußere keramische Schicht (10) auf der metallischen Haftvermittlerschicht (7) aufgebracht ist, wobei die äußere keramische Schicht (10) Vertiefungen (13) aufweist.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Struktur der metallischen Haftvermittlerschicht (7) nach der Beschichtung der metallischen Haftvermittlerschicht (7), insbesondere durch eine Wasserbestrahlung erzeugt wurde.
  3. Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die äußere keramische Schicht (10) Zirkonoxid, insbesondere teilstabilisiertes Zirkonoxid, ganz insbesondere Yttrium-teilstabilisiertes Zirkonoxid aufweist.
  4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem sich die Vertiefungen (13) der äußeren keramischen Schicht (10) nicht bis zur metallischen Haftvermittlerschicht (7) erstrecken.
  5. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem die strukturierte Oberfläche der metallischen Haftvermittlerschicht (7) und/oder die Vertiefungen (13) der äußeren keramischen Schicht (10) nur lokal in dem Schichtsystem (1) vorhanden sind.
  6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem nur eine einzige äußere keramische Schicht (10) aufgebracht wird.
DE102015222812.6A 2015-11-19 2015-11-19 Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht Withdrawn DE102015222812A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222812.6A DE102015222812A1 (de) 2015-11-19 2015-11-19 Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222812.6A DE102015222812A1 (de) 2015-11-19 2015-11-19 Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015222812A1 true DE102015222812A1 (de) 2017-05-24

Family

ID=58693934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015222812.6A Withdrawn DE102015222812A1 (de) 2015-11-19 2015-11-19 Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015222812A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019086213A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Schichtsystem und schaufel
DE102018202726A1 (de) * 2018-02-22 2019-08-22 MTU Aero Engines AG Bauteil, insbesondere Laufschaufel, für eine Strömungsmaschine mit einer Panzerungsdoppelschicht

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2275645A2 (de) * 2009-07-17 2011-01-19 Rolls-Royce Corporation Gasturbinenkomponente mit Merkmalen zur Spannungsreduktion
EP2589682A1 (de) * 2011-11-07 2013-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Keramische Wärmedämmschicht auf strukturierter Oberfläche und Herstellungsverfahren
DE102014225130A1 (de) * 2014-12-08 2016-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Dickes Wärmedämmschichtsystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2275645A2 (de) * 2009-07-17 2011-01-19 Rolls-Royce Corporation Gasturbinenkomponente mit Merkmalen zur Spannungsreduktion
EP2589682A1 (de) * 2011-11-07 2013-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Keramische Wärmedämmschicht auf strukturierter Oberfläche und Herstellungsverfahren
DE102014225130A1 (de) * 2014-12-08 2016-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Dickes Wärmedämmschichtsystem

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019086213A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Schichtsystem und schaufel
US12060810B2 (en) 2017-11-06 2024-08-13 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Layer system and blade
DE102018202726A1 (de) * 2018-02-22 2019-08-22 MTU Aero Engines AG Bauteil, insbesondere Laufschaufel, für eine Strömungsmaschine mit einer Panzerungsdoppelschicht

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005060243A1 (de) Verfahren zum Beschichten einer Schaufel und Schaufel einer Gasturbine
DE102007035915A1 (de) Reibüberzug für Gasturbinentriebwerks-Verdichter
EP1929060A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer schutzschicht
DE102004045049A1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht
DE102015212588A1 (de) Konturtreue Schutzschicht für Verdichterbauteile von Gasturbinen
DE102015222812A1 (de) Keramisches Schichtsystem mit Vertiefungen in keramischer Schicht und strukturierter Haftvermittlerschicht
EP2201151A2 (de) Verschleissschutzbeschichtung
DE102011103731A1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht, mit einer Schutzschicht beschichtetes Bauteil und Gasturbine mit einem solchen Bauteil
DE102014222686A1 (de) Doppellagige Wärmedämmschicht durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren
EP3087215A1 (de) Keramisches wärmedämmschichtsystem mit schutzschicht gegen cmas
EP1492900A1 (de) Bauteil mit einer maskierungsschicht
EP3426623A1 (de) Hitzeschild mit äusserster yttriumoxidbeschichtung, verfahren zur herstellung und produkt
DE102014202457A1 (de) Verbesserte Verschleißbeständigkeit eines Hochtemperaturbauteils durch Kobaltbeschichtung
EP4031693A1 (de) Keramisches material, pulver sowie schichtsystem umfassend dem keramischen material
DE102015222808A1 (de) Segmentiertes zweilagiges Schichtsystem
EP3242962A1 (de) Verfahren zur herstellung einer korrosionsschutzschicht für wärmedämmschichten aus hohlen aluminiumoxidkugeln und äusserster glasschicht und bauteil
EP3347200B1 (de) Turbinenschaufel mit einer lokalen, zweilagigen wärmedämmschicht
DE102016215158A1 (de) Korrosions- und erosionsbeständiges Schutzschichtsystem und Verdichterschaufel
WO2024099650A1 (de) Neubeschichtung von oberflächen und komponente
EP2913425A1 (de) Wärmedämmschicht mit Iridium-Rhodium-Legierung
DE102015224844A1 (de) Bauteil mit lokaler Verstärkung bezüglich Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit und Verfahren
DE102014205413A1 (de) Beschichtungsverfahren und Bauteil
DE102015206321A1 (de) Zweilagige keramische Wärmedämmschicht mit Übergangszone
WO2018188871A1 (de) Keramische schicht aus teil- und vollstabilisiertem zirkonoxid
EP3050998B1 (de) Bauteil mit Schutzschicht und Verfahren zur Herstellung desselben

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee