DE102017205787A1 - MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung - Google Patents

MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE102017205787A1
DE102017205787A1 DE102017205787.4A DE102017205787A DE102017205787A1 DE 102017205787 A1 DE102017205787 A1 DE 102017205787A1 DE 102017205787 A DE102017205787 A DE 102017205787A DE 102017205787 A1 DE102017205787 A1 DE 102017205787A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
component
alc
layer
coating
max phase
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Withdrawn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
DE102017205787.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Nikolai Arjakine
Bernd Burbaum
Arturo Flores Renteria
Jacek Grodzki
Robert Herfurth
Matthias Jungbluth
Eike Kohlhoff
Britta Laux
Thomas Lorenz
Khaled MAIZ
Tobias Meis
Torsten Neddemeyer
Werner Stamm
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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE102017205787.4A priority Critical patent/DE102017205787A1/de
Priority to PCT/EP2018/055440 priority patent/WO2018184782A1/de
Publication of DE102017205787A1 publication Critical patent/DE102017205787A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • 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
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/175—Superalloys
    • 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
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (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 Verwendung von MAX-Phasen wird ein großes Reservoir an Aluminium oder Chrom zur Bildung von Oxidationsschutzschichten zur Verfügung gestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft MAX-Phasen als Beschichtung, ein Bauteil und eine Verwendung von solchen Bauteilen.
  • Bauteile im Hochtemperatureinsatz und/oder korrosiver Umgebung werden oft mit Schutzschichten versehen.
  • Bei Turbinenbauteilen wie bei Dampfturbinen oder Gasturbinen sind das Korrosions- und Erosionsschutzschichten.
  • Bei Gasturbinen ist diese Schutzfunktion insbesondere ein Oxidationsschutz. Dabei werden NiCoCrAlY-Beschichtungen verwendet, die sowohl Chrom (Cr) als auch Aluminium (A1) als Reservoir zur Bildung von Oxidschichten, sogenannten thermisch gewachsenen Schichten (TGO), aufweisen.
  • In bestimmten Fällen kann der Aluminiumgehalt dieser Schutzschichten nicht ausreichen, wenn z. B. diese Schichten als Overlay-Schichten verwendet werden oder aufgrund der Wechselwirkung aufgrund Diffusion mit dem Substrat höhere Aluminiumgehalte in der Beschichtung nicht sinnvoll erscheinen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schicht gemäß Anspruch 1, ein Bauteil nach Anspruch 4 und eine Verwendung gemäß Anspruch 7.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Die Idee besteht darin, MAX-Phasen als Schicht zu verwenden.
    • Die 1 zeigt ein Schichtsystem 1 als beispielshaftes Bauteil 1 und 2 eine Liste von Superlegierungen.
  • Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Auf einem Substrat 4 ist eine Schicht 7 aus einer MAX-Phase aufgebracht (1).
  • MAX-Phasen weisen hexagonale Karbide oder Nitride auf mit der allgemeinen Formel Mm+1An wobei n zwischen 1 und 3 sein kann. M ist ein frühes Übergangsmetall wie Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium und/oder Tantal. A ist ein A-Gruppen-Metall, also größtenteils IIIa und IVa oder Gruppe 13 und 14 Elemente, wie zum Beispiel Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel, Gallium, Germanium, Arsen, Kadmium, Indium, Zinn, Tellur, Blei und X ist Kohlenstoff oder Stickstoff.
  • Vorzugsweise werden die MAX-Phasen Cr2AlC, Mo2AlC, Zr2AlC, Nb2AlC, Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3AlC verwendet.
  • Durch den hohen Aluminium- und Chromanteil besteht ein großes Reservoir für die Bildung von Oxidationsschutzschichten. Solche Schichten 7 können insbesondere als Overlay-Schichten verwendet werden, d. h. die Schicht bildet die äußerste Schicht eines beschichteten Bauteils. Dies kann auch die dritte oder vierte Stufe von Turbinenschaufeln einer Gasturbine sein, oder auch auf allen Turbinenstufen oder vordersten Turbinenstufen einer Dampfturbine.
  • Bei dem Einsatz von Schweröl bei der Befeuerung von Gasturbinen werden diese Beschichtungen vorteilhafterweise in der ersten oder zweiten Reihe eingesetzt, da dort keine TBC verwendet wird und die Schicht aus der MAX-Phase die äußerste Schicht darstellt sowie die Oxidation/Korrosion besonders stark ist.
  • Die Aufbringung einer keramischen Wärmedämmschicht (TBC) auf die Schicht 7 mit der MAX-Phase ist auch denkbar. Das sind dann besondere Materialien wie ZrO2, insbesondere teilstabilisierte ZrO2 oder DVC-TBC.
  • Die Substrate 4 weisen vorzugsweise nickel- und/oder kobaltbasierte Superlegierungen auf, insbesondere wie in 2 aufgelistet.

Claims (7)

  1. Schicht (7), die zumindest eine MAX-Phase aufweist.
  2. Schicht nach Anspruch 1, bei dem die MAX-Phase eine aluminium- und/oder chromhaltige und/oder siliziumhaltige MAX-Phase darstellt.
  3. Schicht nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die MAX-Phase Cr2AlC, Mo2AlC, Zr2AlC, Nb2AlC, Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3AlC aufweist.
  4. Bauteil (1), aufweisend eine Schicht (7) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, insbesondere ein Turbinenbauteil.
  5. Bauteil nach Anspruch 4, bei dem das Substrat (4) eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung aufweist.
  6. Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Schicht (7) die äußerste Schicht darstellt.
  7. Verwendung eines Bauteils (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4, 5 oder 6 für den Einsatz in einer Gasturbine im Betrieb mit Schweröl.
DE102017205787.4A 2017-04-05 2017-04-05 MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung Withdrawn DE102017205787A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205787.4A DE102017205787A1 (de) 2017-04-05 2017-04-05 MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung
PCT/EP2018/055440 WO2018184782A1 (de) 2017-04-05 2018-03-06 Max-phasen als beschichtung, bauteil und verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205787.4A DE102017205787A1 (de) 2017-04-05 2017-04-05 MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017205787A1 true DE102017205787A1 (de) 2018-10-11

Family

ID=61800463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017205787.4A Withdrawn DE102017205787A1 (de) 2017-04-05 2017-04-05 MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017205787A1 (de)
WO (1) WO2018184782A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205183A1 (de) * 2018-04-06 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Oxidationsschutz für MAX-Phasen

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020083493A1 (en) * 2018-10-25 2020-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Max phase coupons for high temperature applications and method
FR3100545B1 (fr) 2019-09-06 2021-08-06 Safran Piece revetue comprenant un revetement protecteur a base de phases max

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3540878A (en) * 1967-12-14 1970-11-17 Gen Electric Metallic surface treatment material
US7553564B2 (en) * 2004-05-26 2009-06-30 Honeywell International Inc. Ternary carbide and nitride materials having tribological applications and methods of making same
US7572313B2 (en) * 2004-05-26 2009-08-11 Drexel University Ternary carbide and nitride composites having tribological applications and methods of making same
US20100047614A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Brinley Erik R Combustion turbine component having bond coating and associated methods
EP2405029A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-11 Brandenburgische Technische Universität Cottbus Verfahren zur Herstellung einer haft- und kratzfesten Schutzschicht auf einem metallischen Werkstück
US20160289844A1 (en) * 2013-11-26 2016-10-06 United Technologies Corporation Gas turbine engine component coating with self-healing barrier layer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2740819A1 (de) * 2012-12-04 2014-06-11 Siemens Aktiengesellschaft Legierung aus aluminiumreichen MAX-Phasen, Pulver und Schichtsystem

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3540878A (en) * 1967-12-14 1970-11-17 Gen Electric Metallic surface treatment material
US7553564B2 (en) * 2004-05-26 2009-06-30 Honeywell International Inc. Ternary carbide and nitride materials having tribological applications and methods of making same
US7572313B2 (en) * 2004-05-26 2009-08-11 Drexel University Ternary carbide and nitride composites having tribological applications and methods of making same
US20100047614A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Brinley Erik R Combustion turbine component having bond coating and associated methods
EP2405029A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-11 Brandenburgische Technische Universität Cottbus Verfahren zur Herstellung einer haft- und kratzfesten Schutzschicht auf einem metallischen Werkstück
US20160289844A1 (en) * 2013-11-26 2016-10-06 United Technologies Corporation Gas turbine engine component coating with self-healing barrier layer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205183A1 (de) * 2018-04-06 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Oxidationsschutz für MAX-Phasen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018184782A1 (de) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2398936B1 (de) Erosionsschutz-beschichtungssystem fur gasturbinenbauteile
WO2018166748A1 (de) Cmc mit max-phasen und keramikschicht
WO2018184782A1 (de) Max-phasen als beschichtung, bauteil und verwendung
EP2698450A1 (de) MCrAIX-Schicht mit unterschiedlichen Chrom- und Aluminiumgehalten
WO2008061813A2 (de) NiCoCrAl-SCHICHT UND METALLISCHES SCHICHTSYSTEM
DE102007027335A1 (de) Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung
EP2408948A1 (de) Zweilagiges poröses schichtsystem mit pyrochlor-phase
DE102007056315A1 (de) Beschichtungssysteme mit Schichten auf Rhodiumaluminid-Grundlage
DE102014115032A1 (de) Mit korrosionsbeständigen Beschichtungen geschützte Komponenten und Verfahren zur Herstellung derselben
EP2279282A1 (de) Verfahren zur herstellung einer optimierten haftvermittlerschicht durch teilweise verdampfung der haftvermittlerschicht und ein schichtsystem
EP1929060A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer schutzschicht
WO2014053185A1 (de) Verfahren zur aufbereitung einer gasturbinenschaufel sowie gasturbine mit derartiger schaufel
DE102016201947A1 (de) Wärmedämmschicht mit hohem Korrosionswiderstand
WO2015144415A1 (de) Keramisches wärmedämmschichtsystem mit schutzschicht gegen cmas
WO2017076583A1 (de) Verfahren zur herstellung einer korrosionsschutzschicht für wärmedämmschichten aus hohlen aluminiumoxidkugeln und äusserster glasschicht und bauteil sowie materialmischung
EP2128285A1 (de) Zweilagige MCrAIX-Schicht mit unterschiedlichen Kobalt- und Nickelgehalten
EP1692322A1 (de) Metallische schutzschicht
EP0872575A2 (de) Oberflächenschutzschicht für Titanlegierungen
EP1856306A1 (de) Bauteil, insbesondere gasturbinenbauteil
DE112009004855T5 (de) Beständige Wärmebarrierenbeschichtungszusammensetzungen, beschichtete Komponenten und Beschichtungsverfahren
EP3743402A1 (de) Keramisches material auf der basis von zirkonoxid mit weiteren oxiden
WO2017084850A1 (de) Segmentiertes zweilagiges schichtsystem
DE102007060254A1 (de) Platinbasierte Hochtemperaturschutzschicht auf Aluminium-reichen Titanlegierungen und Titan-Aluminiden
WO2009109199A1 (de) Legierung, schutzschicht gegen hochtemperaturkorrosion und schichtsystem
WO2016162221A1 (de) Zweilagige keramische wärmedämmschicht mit übergangszone

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