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

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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
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    • 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
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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.
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