DE112021000132T5

DE112021000132T5 - Keramikbeschichtung, turbinenkomponente und gasturbine

Info

Publication number: DE112021000132T5
Application number: DE112021000132.9T
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Okajima; Taiji Torigoe; Masahiko Mega; Hiroki KOMURO; Sosuke Kawasumi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20220054422A; US20220389835A1; US11970950B2; JP7372866B2; CN114466949A; CN114466949B; JP2021155824A; WO2021200634A1

Abstract

Eine Keramikbeschichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine auf einem Substrat ausgebildete Haftüberzugsschicht, und eine auf der Haftüberzugsschicht ausgebildete Keramikschicht. Die Keramikschicht beinhaltet einen ersten Abschnitt, welcher mit einer Grenzfläche zwischen der Keramikschicht und der Haftüberzugsschicht in Kontakt steht, und einen zweiten Abschnitt, welcher weiter von der Grenzfläche entfernt ist als der erste Abschnitt von der Grenzfläche entfernt ist. In einem Querschnitt entlang einer Dickenrichtung der Keramikschicht ist die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte, an welchen sich zwei oder mehr Risse pro Flächeneinheit in der Keramikschicht schneiden, in dem ersten Abschnitt größer als in dem zweiten Abschnitt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Keramikbeschichtung, eine Turbinenkomponente und eine Gasturbine.
Diese Anmeldung beansprucht eine Priorität auf Basis der am 30. März 2020 beim japanischen Patentamt eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-059326 , deren Inhalte hiermit als eingeschlossen gelten.
HINTERGRUND
Um die Effizienz zu verbessern, wird die Temperatur des in einer Gasturbine verwendeten Gases auf einen hohen Wert eingestellt. Turbinenkomponenten wie z.B. Laufschaufeln und Leitschaufeln, welche heißem Gas ausgesetzt sind, werden mit einer Wärmedämmschicht (TBC) beschichtet. Die Wärmedämmschicht besteht aus einem thermisch gespritzten Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit (z.B. einem keramikbasierten Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit), welches auf die Oberfläche einer Turbinenkomponente, bei der es sich um ein thermisch zu bespritzendes Objekt handelt, aufgebracht worden ist. Durch Ausbilden der Wärmedämmschicht auf der Oberfläche sinkt die Temperatur der heißen, einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck ausgesetzten Komponente, wobei sich die Haltbarkeit verbessert (siehe Patentdokument 1).
Literaturliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 5 602 156 B
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Da eine Gasturbine wiederholt relativ häufig angeschaltet und ausgeschaltet wird, muss die Wärmedämmschicht (Keramikbeschichtung) neben den Wärmedämmeigenschaften auch Temperaturzyklusbeständigkeit besitzen.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen besteht eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darin, die Temperaturzyklusbeständigkeit der Wärmedämmschicht zu verbessern.
Lösung der Probleme
(1) Eine Keramikbeschichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine auf einem Substrat ausgebildete Haftüberzugsschicht, und eine auf der Haftüberzugsschicht ausgebildete Keramikschicht. Die Keramikschicht beinhaltet einen ersten Abschnitt, welcher mit einer Grenzfläche zwischen der Keramikschicht und der Haftüberzugsschicht in Kontakt steht, und einen zweiten Abschnitt, welcher weiter von der Grenzfläche entfernt ist als der erste Abschnitt von der Grenzfläche entfernt ist. In einem Querschnitt entlang einer Dickenrichtung der Keramikschicht ist die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte, an welchen sich zwei oder mehr Risse pro Flächeneinheit in der Keramikschicht schneiden, in dem ersten Abschnitt größer als in dem zweiten Abschnitt.
(2) Eine Turbinenkomponente gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die Keramikbeschichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (1).
(3) Eine Gasturbine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die Turbinenkomponente gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (2).
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente, welche eine Keramikbeschichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente, welche eine Keramikbeschichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst.
3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts in der Nähe einer Grenzfläche in einer Turbinenkomponente.
4 ist eine beispielhafte Darstellung, welche einen Querschnitt einer Keramikschicht zeigt, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte pro Flächeneinheit 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger beträgt.
5 ist eine beispielhafte Darstellung, welche einen Querschnitt einer Keramikschicht zeigt, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte pro Flächeneinheit weniger als 15000 pro mm² beträgt.
6 ist ein Balkendiagramm, welches ein Beispiel für die Temperaturzyklusbeständigkeit von Proben zeigt.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente, welche eine Keramikbeschichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst.
8 ist eine perspektivische Darstellung einer Gasturbinenlaufschaufel.
9 ist eine perspektivische Darstellung einer Gasturbinenleitschaufel.
10 ist eine perspektivische Darstellung eines Ringsegments.
11 ist eine schematische Darstellung einer partiellen Querschnittsstruktur einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform.

GENAUE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Sofern nichts anderes angegeben ist, ist es indessen beabsichtigt, dass die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Positionen und dergleichen der in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten lediglich als veranschaulichend auszulegen sind und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken sollen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung, wie z.B. „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, nicht dahingehend auszulegen, dass er lediglich die Anordnung im streng wortwörtlichen Sinn angibt, sondern umfasst auch einen Zustand, in welchem die Anordnung um eine Toleranz, oder einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist und es hierdurch möglich ist, die gleiche Funktion zu erzielen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für einen gleichwertigen Zustand, wie z.B. „gleich“, „gleichwertig“ und „einheitlich“, nicht dahingehend auszulegen, dass er lediglich den Zustand angibt, in welchem das Merkmal im strengen Sinn gleichwertig ist, sondern umfasst auch einen Zustand, in welchem eine Toleranz oder Differenz vorliegt und noch immer die gleiche Funktion erzielt werden kann.
Weiterhin ist beispielsweise ein Ausdruck für eine Form, wie z.B. eine Rechteckform oder eine Zylinderform, nicht dahingehend auszulegen, dass er lediglich die Form im streng geometrischen Sinn angibt, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken in einem Bereich, in welchem der gleiche Effekt erzielt werden kann.
Andererseits ist es nicht beabsichtigt, dass ein Ausdruck wie z.B. „umfassend“, „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ und „konstituierend“ andere Komponenten ausschließt.
(Keramikbeschichtung 10)
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente 3, welche eine Keramikbeschichtung 10 gemäß einer Ausführungsform umfasst. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente 3, welche eine Keramikbeschichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbinenkomponente 3, welche eine Keramikbeschichtung 10 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst.
In einigen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen wird als Beispiel für die Keramikbeschichtung 10 eine Wärmedämmschicht zum Wärmedämmen der Turbinenkomponente 3 beschrieben.
Wie in 1, 2 und 7 dargestellt ist, werden in einigen Ausführungsformen eine metallische Haftschicht (Haftüberzugsschicht) 12 und eine als Wärmedämmschicht fungierende Keramikschicht 15 der Reihe nach auf einem wärmebeständigen Substrat (Basismaterial) 11 der Turbinenkomponente 3, wie z.B. einer Laufschaufel 4 und einer Leitschaufel 5 einer nachfolgend beschriebenen Gasturbine 6, ausgebildet. Mit anderen Worten handelt es sich, wie in 1 und 2 dargestellt ist, bei der Keramikbeschichtung 10 in einigen Ausführungsformen um eine Wärmedämmschicht (TBC-Schicht), wobei die Keramikbeschichtung 10 die Keramikschicht 15 umfasst.
Die Haftüberzugsschicht 12 besteht aus einer MCrAlY-Legierung, wobei M für ein Metallelement wie z.B. Ni, Co oder Fe, oder für eine Kombination aus zwei oder mehreren hiervon steht.
In einigen Ausführungsformen kann die Keramikschicht 15 aus einem ZrO₂-basierten Material bestehen, wie z.B. aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ), bei welchem es sich um teilweise oder vollständig mit Y₂O₃ stabilisiertes ZrO₂ handelt.
(Beziehung zwischen der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 und dem Effekt einer Unterdrückung des Wachstums von Delaminierungsrissen)
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, beinhaltet die Keramikschicht 15 in einigen Ausführungsformen einen ersten Abschnitt 151, welcher mit einer Grenzfläche 17 zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 in Kontakt steht, und einen zweiten Abschnitt 152, welcher weiter von der Grenzfläche 17 entfernt ist als der erste Abschnitt 151 von der Grenzfläche 17 entfernt ist.
In der Keramikbeschichtung 10 gemäß einer weiteren, in 2 dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Keramikschicht 15 einen dritten Abschnitt 153, welcher weiter von der Grenzfläche 17 entfernt ist als der zweite Abschnitt 152 von der Grenzfläche 17 entfernt ist.
In einigen Ausführungsformen ist in einem Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Keramikschicht 15 die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 (siehe 3), an welchen sich zwei oder mehr Risse pro Flächeneinheit in der Keramikschicht 15 schneiden, in dem ersten Abschnitt 151 größer als in dem zweiten Abschnitt 152. Dies dient dazu, das Wachstum von Delaminierungsrissen in der Keramikschicht 15 zu unterdrücken, wie nachfolgend im Detail beschrieben ist.
3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts in der Nähe der Grenzfläche 17 der in 1 und 2 dargestellten Turbinenkomponente 3. In 3 ist die nachfolgend beschriebene Form eines Splats 30 als elliptische Form dargestellt. Dementsprechend existiert eine Lücke zwischen benachbarten Ellipsen, wobei es in der Praxis jedoch möglich ist, diese Lücke nahezu vollständig zu entfernen.
Da sich der lineare Ausdehnungskoeffizient des wärmebeständigen Substrats 11 von jenem der Keramikschicht 15 unterscheidet, wirken bei einer Temperaturänderung thermische Spannungen auf das wärmebeständige Substrat 11 und die Keramikschicht 15 ein. Dementsprechend kann, wenn das wärmebeständige Substrat 11 und die Keramikschicht 15 wiederholt erwärmt und abgekühlt werden, hauptsächlich in der Nähe der Grenzfläche 17 in der Keramikschicht 15 ein sich entlang der Grenzfläche 17 erstreckender seitlicher Riss (Delaminierungsriss) 37 auftreten. Mit anderen Worten tritt der Delaminierungsriss 37 eher in dem ersten Abschnitt 151 als in dem zweiten Abschnitt 152 auf. Mit zunehmender Länge des Delaminierungsrisses 37 kann sich die Keramikschicht 15 von dem wärmebeständigen Substrat 11 ablösen. In 3 ist der Delaminierungsriss 37 schematisch als fette durchgezogene Linie dargestellt.
Wenn die Keramikschicht 15 beispielsweise mithilfe von thermischem Spritzen erzeugt wird, kollidiert das thermische Spritzmaterial mit der Haftüberzugsschicht 12 und wird dabei wiederholt abgeflacht und verfestigt, so dass Flachpartikel (Splats) 30 laminiert werden und die thermische Spritzbeschichtung, d.h. die Keramikschicht 15, ausgebildet wird.
Im Allgemeinen weist die Keramikschicht 15 eine Vielzahl von kleinen Rissen 31 auf. Der kleine Riss 31 umfasst einen Riss, welcher in dem Splat 30 während des Kollidierens des thermischen Spritzmaterials mit der Haftüberzugsschicht 12 unter Abflachung und Verfestigung des thermischen Spritzmaterials auftritt, sowie eine verbleibende Grenze zwischen den benachbarten Splats 30. Häufig überschneiden sich zwei oder mehr kleine Risse 31. Im Folgenden wird der Schnittpunkt, an welchem sich zwei oder mehr kleine Risse 31 schneiden, als Rissüberschneidungspunkt 33 bezeichnet.
Die Länge des kleinen Risses 31 beträgt etwa 5 µm bis 100 µm.
Da sich, wie vorstehend beschrieben ist, zwei oder mehr Risse 31 am Rissüberschneidungspunkt 33 schneiden, erstrecken sich die Risse 31 in drei oder mehr Richtungen um den Rissüberschneidungspunkt 33. Insbesondere in einem Abschnitt, in welchem die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Volumeneinheit relativ groß ist, liegen relativ kleine Risse 31 tendenziell in einem Maschenmuster vor. Beispielsweise erhöht sich mit zunehmender Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Volumeneinheit tendenziell die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33, welche in einem Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Keramikbeschichtung 10 auftreten.
Wenn der Delaminierungsriss 37 unter dem Einfluss von thermischer Spannung auftritt und ein von dem Delaminierungsriss 37 verursachter Riss den Rissüberschneidungspunkt 33 oder die mit dem Rissüberschneidungspunkt 33 verbundenen Risse 31 erreicht, wird die Energie für das Wachstum des von dem Delaminierungsriss 37 verursachten Risses übertragen und entlang der sich am Rissüberschneidungspunkt 33 überschneidenden Risse 31 verteilt. Infolgedessen wird das Wachstum des von dem Delaminierungsriss 37 verursachten Risses unterdrückt.
Da die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 größer ist als in dem zweiten Abschnitt 152, wird gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen somit das Wachstum eines von dem Delaminierungsriss 37 verursachten Risses in dem ersten Abschnitt 151 im Vergleich zu dem zweiten Abschnitt 152 unterdrückt. Dementsprechend kann in dem ersten Abschnitt 151, in welchem der Delaminierungsriss 37 mit höherer Wahrscheinlichkeit auftritt als in dem zweiten Abschnitt 152, das Wachstum eines von dem Delaminierungsriss 37 verursachten Risses wirksam unterdrückt werden, und kann die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 verbessert werden.
(Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33)
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger betragen.
Als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Erfinder wurde festgestellt, dass der Effekt einer Verbesserung der Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 kaum erreicht wird, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 weniger als 15000 pro mm² beträgt. Es wurde zudem festgestellt, dass sich die Festigkeit des ersten Abschnitts 151 verringern kann, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit mehr als 35000 pro mm² beträgt.
Dementsprechend ist es möglich, durch Einstellen der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 in den vorstehend genannten Bereich das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht 15 zu verhindern.
4 ist eine beispielhafte Darstellung, welche einen Querschnitt der Keramikschicht 15 zeigt, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger beträgt.
5 ist eine beispielhafte Darstellung, welche einen Querschnitt der Keramikschicht 15 zeigt, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit weniger als 15000 pro mm² beträgt.
In 4 und 5 sind ein Teil der Haftüberzugsschicht 12 und ein Teil des ersten Abschnitts 151 in der Keramikschicht 15 dargestellt.
In 4 und 5 sind schwarze Kreise an den Positionen jener Rissüberschneidungspunkte 33 bereitgestellt, welche in einem von der gestrichelten Linie umrandeten rechteckigen Abschnitt 141 vorliegen. In 4 und 5 stellt zudem die von der durchgezogenen Linie umrandete weiße Fläche eine Pore 143 dar.
In dem in 4 dargestellten Beispiel beträgt die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit etwa 26300 pro mm². In dem in 5 dargestellten Beispiel beträgt die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit etwa 11100 pro mm².
Die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit wird wie folgt bestimmt.
Beispielsweise wird der Querschnitt der Keramikschicht 15 poliert, um mithilfe eines elektronischen Mikroskops ein Bild aufzunehmen. Um die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit zu bestimmen, wird die Vergrößerung auf das 1000-fache eingestellt, und werden an drei unterschiedlichen Positionen Bilder aufgenommen. Anschließend wird, wie in 4 dargestellt ist, in jedem der an den drei unterschiedlichen Positionen aufgenommenen Mikrostrukturbilder (beispielsweise 4) ein Abschnitt 141 zur Messung der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 festgelegt, und wird die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 in dem Abschnitt 141 beispielsweise visuell gemessen. Anschließend wird die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 in dem Abschnitt 141 eines jeden der drei unterschiedlichen Mikrostrukturbilder durch die Fläche des Abschnitts 141 dividiert, um die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit für jedes der drei unterschiedlichen Mikrostrukturbilder zu bestimmen. Der Mittelwert der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit an den drei auf diese Weise bestimmten Positionen ist als Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in der Mikrostruktur definiert.
6 ist ein Balkendiagramm, welches ein Beispiel für die Temperaturzyklusbeständigkeit von Proben zeigt. In 6 repräsentiert die Y-Achse die Anzahl der Zyklen bis zur Delaminierung der auf der Haftüberzugsschicht ausgebildeten Keramikschicht. Die in dem Test verwendeten Proben A bis C wurden jeweils durch Ausbilden einer Haftüberzugsschicht und einer Keramikschicht auf der Haftüberzugsschicht erhalten.
In der Probe A ist eine Keramikschicht mit einer Mikrostruktur ausgebildet, welche der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in der in 5 dargestellten Querschnittsansicht (etwa 11000 pro mm²) entspricht.
In der Probe A übersteigt die Anzahl der Zyklen bis zur Delaminierung der Keramikschicht die Anzahl der Zyklen, für welche festgestellt wird, dass im Wesentlichen keine Delaminierung auftritt.
In der Probe B ist, genau wie in der Probe A, eine Keramikschicht mit einer Mikrostruktur ausgebildet, welche der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in der in 5 dargestellten Querschnittsansicht (etwa 11000 pro mm²) entspricht. Um die Wärmedämmeigenschaften zu verbessern, ist die Keramikschicht in der Probe B dicker als in der Probe A, wobei die Dicke etwa das 1.2- bis 2-fache der Probe A beträgt.
In der Probe B löst sich die Keramikschicht bereits in einem frühen Stadium ab.
Dies bedeutet, dass eine einfache Erhöhung der Dicke der Keramikschicht im Hinblick auf eine Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikschicht verringert.
In der Probe C ist eine Keramikschicht mit einer Mikrostruktur ausgebildet, welche der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in der in 4 dargestellten Querschnittsansicht (etwa 25000 pro mm²) entspricht. Um die Wärmedämmeigenschaften zu verbessern, ist die Keramikschicht in der Probe C dicker als in der Probe A, wobei die Dicke etwa das 1.2- bis 2-fache der Probe A beträgt.
In der Probe C übersteigt die Anzahl der Zyklen bis zur Delaminierung der Keramikschicht die Anzahl der Zyklen, für welche festgestellt wird, dass im Wesentlichen keine Delaminierung auftritt.
Dies bedeutet, dass es selbst in einem Fall, in welchem die Dicke der Keramikschicht im Hinblick auf eine Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften erhöht wird, möglich ist, durch Erhöhung der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 in der Keramikschicht die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikschicht zu verbessern.
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 das 1.2-fache oder mehr und das 3-fache oder weniger der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem zweiten Abschnitt 152 betragen.
Als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Erfinder wurde festgestellt, dass sich, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 weniger als das 1.2-fache der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem zweiten Abschnitt 152 beträgt, der Effekt einer Verbesserung der Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 verringern kann. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 mehr als das 3-fache der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem zweiten Abschnitt 152 beträgt, die Festigkeit des ersten Abschnitts 151 verringern kann.
Dementsprechend ist es gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht 15 zu verhindern.
(Dicke des ersten Abschnitts 151)
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann die Dicke t1 des ersten Abschnitts 20 µm oder mehr betragen.
Als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Erfinder wurde festgestellt, dass, wenn die Dicke des ersten Abschnitts 151 weniger als 20 µm beträgt, der Delaminierungsriss 37 auch in dem zweiten Abschnitt 152 auftreten und sich die Temperaturzyklusbeständigkeit verringern kann.
Dementsprechend ist es gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen möglich, die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 zu verbessern.
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann die Dicke des ersten Abschnitts 151 3% oder mehr der Gesamtsumme aus den Dicken des ersten Abschnitts 151 und des zweiten Abschnitts 152 betragen.
Als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Erfinder wurde festgestellt, dass, wenn die Dicke t1 des ersten Abschnitts 151 weniger als 3% oder mehr der Gesamtsumme (t1 + t2) aus der Dicke t1 des ersten Abschnitts 151 und der Dicke t2 des zweiten Abschnitts 152 beträgt, der Effekt einer Verbesserung der Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 kaum erzielt wird.
Dementsprechend ist es gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig die Wärmedämmeigenschaften sicherzustellen.
Die Dicke der Keramikschicht 15 kann 0.1 mm oder mehr und 1 mm oder weniger betragen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
(Porosität)
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen weist der erste Abschnitt 151 eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 auf.
Der die Pore 143 erreichende Delaminierungsriss 37 entspricht dem mit der Größe der Pore 143 wachsenden Delaminierungsriss 37. Weiterhin kann, selbst wenn der Delaminierungsriss 37 die Pore 143 erreicht, die Energie für das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 nicht verteilt werden, bis die Risse 31 mit Ausnahme des Delaminierungsrisses 37 mit der Pore 143 verbunden sind.
Da der erste Abschnitt 151 eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 aufweist, kann gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen somit das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 in dem ersten Abschnitt 151 im Vergleich zu dem zweiten Abschnitt 152 unterdrückt werden.
Die Porosität ist als Prozentsatz der Fläche von Poren 143 in einem Querschnitt der Keramikschicht 15 definiert, d.h. als Wert, welcher durch Dividieren der Fläche von Poren 143 durch die Fläche des Querschnitts und anschließendes Multiplizieren mit 100 erhalten wird. Im Einzelnen wird die Porosität wie folgt bestimmt: beispielsweise wird der Querschnitt der Keramikschicht 15 poliert, um mithilfe eines Lichtmikroskops oder eines elektronischen Mikroskops ein Bild aufzunehmen. Zur Bestimmung der Porosität wird die Vergrößerung auf das 100-fache eingestellt, und werden an drei unterschiedlichen Positionen Bilder aufgenommen. Die Fläche pro Beobachtungsfeld beträgt etwa 0.5 Quadratmillimeter. Anschließend wird jedes der an den drei unterschiedlichen Positionen aufgenommenen Mikrostrukturbilder (beispielsweise 4) binarisiert, so dass der Porenteil (Hohlraumteil) und der Schichtteil separat extrahiert werden können. Anschließend werden die Fläche des Porenteils und die Fläche des Schichtteils aus den Binärbildern der drei unterschiedlichen Positionen berechnet, und wird zur Berechnung der Porosität die Fläche des Porenteils durch die Gesamtsumme aus den Flächen des Porenteils und des Schichtteils, d.h. die Fläche des Querschnitts, dividiert. Alternativ können die Fläche des Porenteils und die Fläche des Querschnitts auch aus jedem der Binärbilder berechnet werden, und kann zur Berechnung der Porosität die Fläche des Porenteils durch die Fläche des Querschnitts dividiert werden. Der Mittelwert der Porositäten an den drei auf diese Weise bestimmten Positionen ist als Porosität der Mikrostruktur definiert.
In einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann der erste Abschnitt 151 eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger aufweisen.
Um einen ersten Abschnitt 151 mit einer Porosität von weniger als 3% zu erhalten, wird gemäß sorgfältigen Untersuchungen der Erfinder eine großtechnische Vorrichtung mit einer Kammer benötigt, wie z.B. eine zur Beschichtung mithilfe eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens geeignete Vorrichtung. Wenn die Porosität des ersten Abschnitts 151 mehr als 10% beträgt, kann zudem die Haftung zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 unzureichend sein.
Dementsprechend kann gemäß einigen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen relativ problemlos eine beständige Keramikbeschichtung 10 erhalten werden.
(Dritter Abschnitt 153)
Wie vorstehend beschrieben ist, beinhaltet die Keramikschicht 15 in der Keramikbeschichtung 10 gemäß einer weiteren, in 2 dargestellten Ausführungsform einen dritten Abschnitt 153, welcher weiter von der Grenzfläche 17 entfernt ist als der zweite Abschnitt 152 von der Grenzfläche 17 entfernt ist. In der Keramikbeschichtung 10 gemäß einer weiteren, in 2 dargestellten Ausführungsform kann der dritte Abschnitt 153 eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 aufweisen.
Gemäß einer weiteren, in 2 dargestellten Ausführungsform stellt der zweite Abschnitt 152 die Wärmedämmeigenschaften der Keramikbeschichtung sicher, während der dritte Abschnitt 153, welcher eine dichte Mikrostruktur mit einer geringeren Porosität als der zweite Abschnitt 152 aufweist, das Eindringen von korrosiven, beispielsweise in Verbrennungsgasen enthaltenen Substanzen verhindert. Dementsprechend ist es möglich, die Haltbarkeit der Keramikbeschichtung 10 zu verbessern und gleichzeitig eine Verschlechterung der Keramikbeschichtung 10 zu verhindern.
(Noch eine weitere Ausführungsform)
Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst die Keramikbeschichtung 10 gemäß noch einer weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsform die auf der Haftüberzugsschicht 12 ausgebildete Keramikschicht 15. In noch einer weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsform kann in einem Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Keramikschicht 15 die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33, an welchen sich zwei oder mehr Risse 31 pro Flächeneinheit in einem Abschnitt (substratseitigen Abschnitt) 154 innerhalb von zumindest 100 µm von einer Grenzfläche 17 zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 schneiden, 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger betragen.
Wie im Rahmen der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen wird, wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem substratseitigen Abschnitt 154 weniger als 15000 pro mm² beträgt, der Effekt einer Verbesserung der Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 kaum erzielt. Wenn die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit mehr als 35000 pro mm² beträgt, kann sich die Festigkeit des substratseitigen Abschnitts 154 verringern.
Dementsprechend ist es somit möglich, durch Einstellen der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem substratseitigen Abschnitt 154 auf 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht 15 zu verhindern.
In noch einer weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsform kann der substratseitige Abschnitt 154 eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger aufweisen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird zur Bereitstellung eines substratseitigen Abschnitts 154 mit einer Porosität von weniger als 3% eine großtechnische Vorrichtung mit einer Kammer benötigt, wie z.B. eine zur Beschichtung mithilfe eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens geeignete Vorrichtung. Wenn die Porosität des substratseitigen Abschnitts 154 mehr als 40% beträgt, kann die Haftung zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 unzureichend sein.
Dementsprechend kann gemäß noch einer weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsform relativ problemlos eine beständige Keramikbeschichtung 10 erhalten werden.
(Turbinenkomponente und Gasturbine)
Die Keramikbeschichtung 10 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann in geeigneter Weise bei Heißteilen, wie z.B. bei Laufschaufeln und Leitschaufeln einer industriellen Gasturbine, Brennkammerkörben, Übergangsstücken und Ringsegmenten, zur Anwendung gelangen.
Darüber hinaus kann sie nicht nur bei industriellen Gasturbinen angewendet werden, sondern auch bei Wärmedämmschichten für Heißteile von Kraftfahrzeugmotoren und Flugzeugtriebwerken. Durch Ausbilden der Wärmedämmschicht gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf diesen Strukturen ist es möglich, Gasturbinenschaufeln und Heißteile mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und Temperaturzyklusbeständigkeit zu erhalten.
8 bis 10 sind perspektivische Darstellungen von Konfigurationsbeispielen einer Turbinenkomponente 3, auf welche die Keramikbeschichtung 10 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufgebracht werden kann. 11 ist eine schematische Darstellung eines partiellen Querschnitts einer Gasturbine 6 gemäß einer Ausführungsform. Als Konfigurationsbeispiele für eine Turbinenkomponente, auf welche die Keramikbeschichtung 10 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufgebracht werden kann, können eine in 8 dargestellte Gasturbinenlaufschaufel 4, eine in 9 dargestellte Gasturbinenleitschaufel 5, ein in 10 dargestelltes Ringsegment 7, und eine in 11 dargestellte Brennkammer 8 einer Gasturbine 6 genannt werden. Die in 8 dargestellte Gasturbinenlaufschaufel 4 umfasst einen an der Scheibe befestigten Schwalbenschwanz 41, eine Plattform 42 und einen Tragflächenabschnitt 43. Die in 9 dargestellte Gasturbinenleitschaufel 5 umfasst eine innere Abdeckung 51, eine äußere Abdeckung 52 und einen Tragflächenabschnitt 53. Der Tragflächenabschnitt 53 weist Dichtrippenkühllöcher 54 und einen Schlitz 55 auf.
Bei dem in 10 dargestellten Ringsegment 7 handelt es sich um ein Element, welches durch Aufteilen eines ringförmigen Elements in der Umfangsrichtung gebildet wird. Mehrere Ringsegmente 7 sind außerhalb der Gasturbinenlaufschaufeln 4 angeordnet und werden von einem Gehäuse einer Turbine 62 gehalten. Das in 10 dargestellte Ringsegment 7 weist Kühllöcher 71 auf. Die in 11 dargestellte Brennkammer 8 der Gasturbine 6 umfasst einen Brennkammerkorb 81 und ein als Mantel fungierendes Übergangsstück 82.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 eine Gasturbine 6 beschrieben, auf welche die Turbinenkomponente 3 angewendet werden kann. 11 ist eine schematische Darstellung eines partiellen Querschnitts einer Gasturbine 6 gemäß einer Ausführungsform. Die Gasturbine 6 umfasst einen Verdichter 61 und eine Turbine 62, welche direkt miteinander verbunden sind. Der Verdichter 61 ist beispielsweise als Axialverdichter konfiguriert, welcher atmosphärische Luft oder ein vorbestimmtes Gas als Arbeitsfluid über eine Ansaugöffnung ansaugt und das Gas mit Druck beaufschlagt. Eine Auslassöffnung des Verdichters 61 ist mit der Brennkammer 8 verbunden, wobei das aus dem Verdichter 61 ausgetragene Arbeitsfluid von der Brennkammer 8 auf eine vorbestimmte Turbineneintrittstemperatur erwärmt wird. Das auf die vorgegebene Temperatur erwärmte Arbeitsfluid wird der Turbine 62 zugeführt. Wie in 11 dargestellt ist, sind im Inneren eines Gehäuses der Turbine 62 eine Vielzahl von Stufen der Gasturbinenleitschaufeln 5 bereitgestellt. Weiterhin sind die Gasturbinenlaufschaufeln 4 an einer Hauptwelle 64 angebracht, so dass jede der Gasturbinenlaufschaufeln 4 zusammen mit der entsprechenden Leitschaufel 5 eine einzelne Stufe ausbildet. Ein Ende der Hauptwelle 64 ist mit einer Drehwelle 65 des Verdichters 61 verbunden, und das andere Ende ist mit einer Drehwelle eines nicht dargestellten Generators verbunden.
Da dem Gehäuse der Turbine 62 im Rahmen dieser Konfiguration von der Brennkammer 8 ein Arbeitsfluid mit hoher Temperatur und hohem Druck zugeführt wird, dehnt sich das Arbeitsfluid in dem Gehäuse aus und versetzt die Hauptwelle 64 in Rotation, wodurch der mit der Gasturbine 6 verbundene Generator (nicht dargestellt) angetrieben wird. Im Einzelnen verringert sich der Druck durch jede der an dem Gehäuse befestigten Leitschaufeln 5, und wird die resultierende kinetische Energie über jede der an der Hauptwelle 64 angebrachten Laufschaufeln 4 in ein Drehmoment umgewandelt. Anschließend wird das erzeugte Drehmoment auf die Hauptwelle 64 übertragen und treibt den Generator an.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem für die Gasturbinenlaufschaufeln verwendeten Material um eine wärmebeständige Legierung (z.B. um das von Inco hergestellte kommerzielle Legierungsmaterial IN738LC), und handelt es sich bei dem für die Gasturbinenleitschaufeln verwendeten Material ebenfalls um eine wärmebeständige Legierung (z.B. um das von Inco hergestellte kommerzielle Legierungsmaterial IN939). Dies bedeutet, dass es sich bei dem Material der Turbinenschaufeln um eine wärmebeständige Legierung handelt, welche für das wärmebeständige Substrat 11 der Wärmedämmschicht gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann. Durch Aufbringen der Keramikbeschichtung 10 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf Turbinenschaufeln ist es somit möglich, Turbinenschaufeln mit hervorragender Wärmedämmwirkung, Erosionsbeständigkeit und Haltbarkeit zu erhalten. Derartige Turbinenschaufeln können in einer Umgebung mit höherer Temperatur eingesetzt werden und besitzen dabei eine hohe Lebensdauer. Darüber hinaus ermöglicht die Anwendbarkeit in einer Umgebung mit höherer Temperatur eine Erwärmung des Arbeitsfluids, so dass die Effizienz der Gasturbine verbessert werden kann.
Da die Turbinenkomponente 3 gemäß einigen Ausführungsformen die Keramikbeschichtung 10 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst, ist es somit möglich, die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 zu verbessern, und es ist möglich, die Haltbarkeit der Turbinenkomponente 3 zu verbessern.
Da die Gasturbine 6 gemäß einigen Ausführungsformen die Turbinenkomponente 3 umfasst, ist es zudem möglich, die Haltbarkeit der Turbinenkomponente 3 in der Gasturbine 6 zu verbessern.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch Modifizierungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowie Ausführungsformen, welche aus Kombinationen dieser Ausführungsformen bestehen.
(1) Eine Keramikbeschichtung 10 gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine auf einem Substrat (wärmebeständiges Substrat 11) ausgebildete Haftüberzugsschicht 12, und eine auf der Haftüberzugsschicht 12 ausgebildete Keramikschicht 15. Die Keramikschicht 15 beinhaltet einen ersten Abschnitt 151, welcher mit einer Grenzfläche 17 zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 in Kontakt steht, und einen zweiten Abschnitt 152, welcher weiter von der Grenzfläche 17 entfernt ist als der erste Abschnitt 151 von der Grenzfläche 17 entfernt ist. In einem Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Keramikschicht 15 ist die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33, an welchen sich zwei oder mehr Risse 31 pro Flächeneinheit in der Keramikschicht 15 schneiden, in dem ersten Abschnitt 151 größer als in dem zweiten Abschnitt 152.
Da die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 größer als in dem zweiten Abschnitt 152 ist, wird gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (1), wie vorstehend beschrieben ist, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 in dem ersten Abschnitt 151 im Vergleich zu dem zweiten Abschnitt 152 unterdrückt. Dementsprechend kann das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 in dem ersten Abschnitt 151, in welchem der Delaminierungsriss 37 mit höherer Wahrscheinlichkeit auftritt als in dem zweiten Abschnitt 152, wirksam unterdrückt werden, und kann die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 verbessert werden.
(2) In einigen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Konfiguration (1) beträgt die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (2) ist es möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht 15 zu verhindern.
(3) In einigen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Konfiguration (2) beträgt die Dicke des ersten Abschnitts 151 30 µm oder mehr.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (3) ist es möglich, die Temperaturzyklusbeständigkeit zu verbessern.
(4) In einigen Ausführungsformen einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (3) beträgt die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 151 das 1.2-fache oder mehr und das 3-fache oder weniger der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33 pro Flächeneinheit in dem zweiten Abschnitt 152.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (4) ist es möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht zu verhindern.
(5) In einigen Ausführungsformen einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (4) weist der erste Abschnitt 151 eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 auf.
Da der erste Abschnitt 151 eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 aufweist, wird gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (5) das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 in dem ersten Abschnitt 151 im Vergleich zu dem zweiten Abschnitt 152 unterdrückt.
(6) In einigen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Konfiguration (5) weist der erste Abschnitt 151 eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger auf.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (6) kann relativ problemlos eine beständige Keramikbeschichtung 10 erhalten werden.
(7) In einigen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Konfiguration (5) oder (6) beträgt die Dicke t1 des ersten Abschnitts 151 3% oder mehr der Gesamtsumme (t1 + t2) aus den Dicken des ersten Abschnitts 151 und des zweiten Abschnitts 152.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (7) ist es möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig die Wärmedämmeigenschaften sicherzustellen.
(8) In einigen Ausführungsformen einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (5) bis (7) beinhaltet die Keramikschicht 15 einen dritten Abschnitt 153, welcher weiter von der Grenzfläche 17 entfernt ist als der zweite Abschnitt 152 von der Grenzfläche 17 entfernt ist. Der dritte Abschnitt 153 weist eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt 152 auf.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (8) stellt der zweite Abschnitt 152 die Wärmedämmeigenschaften der Keramikbeschichtung 10 sicher, während der dritte Abschnitt 153 das Eindringen von korrosiven Substanzen verhindert.
(9) Eine Keramikbeschichtung 10 gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine auf einem Substrat ausgebildete Haftüberzugsschicht 12, und eine auf der Haftüberzugsschicht 12 ausgebildete Keramikschicht 15. In einem Querschnitt entlang der Dickenrichtung der Keramikschicht 15 beträgt die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte 33, an welchen sich zwei oder mehr Risse 31 pro Flächeneinheit in einem Abschnitt (substratseitigen Abschnitt) 154 innerhalb von zumindest 100 µm von einer Grenzfläche 17 zwischen der Keramikschicht 15 und der Haftüberzugsschicht 12 schneiden, 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (9) ist es möglich, das Wachstum des Delaminierungsrisses 37 zu unterdrücken und gleichzeitig eine Abnahme der Festigkeit der Keramikschicht 15 zu verhindern.
(10) In einigen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Konfiguration (9) weist der Abschnitt (substratseitige Abschnitt) 154 eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger auf.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (10) kann relativ problemlos eine beständige Keramikbeschichtung 10 erhalten werden.
(11) Eine Turbinenkomponente 3 gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die Keramikbeschichtung 10 gemäß einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (10).
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (11) ist es möglich, die Temperaturzyklusbeständigkeit der Keramikbeschichtung 10 zu verbessern, und es ist möglich, die Haltbarkeit der Turbinenkomponente 3 zu verbessern.
(12) Eine Gasturbine 6 gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die Turbinenkomponente 3 gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (11).
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (12) ist es möglich, die Haltbarkeit der Turbinenkomponente 3 in der Gasturbine 6 zu verbessern.
Bezugszeichenliste

3: Turbinenkomponente
6: Gasturbine
10: Keramikbeschichtung
11: wärmebeständiges Substrat (Basismaterial)
12: metallische Haftschicht (Haftüberzugsschicht)
15: Keramikschicht
17: Grenzfläche
31: Riss
33: Rissüberschneidungspunkt
37: seitlicher Riss (Delaminierungsriss)
151: erster Abschnitt
152: zweiter Abschnitt
153: dritter Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020059326 [0002]
JP 5602156 B [0004]

Claims

Keramikbeschichtung, umfassend: eine Haftüberzugsschicht, welche auf einem Substrat ausgebildet ist; und eine Keramikschicht, welche auf der Haftüberzugsschicht ausgebildet ist; wobei die Keramikschicht einen ersten Abschnitt, welcher mit einer Grenzfläche zwischen der Keramikschicht und der Haftüberzugsschicht in Kontakt steht, und einen zweiten Abschnitt, welcher weiter von der Grenzfläche entfernt ist als der erste Abschnitt von der Grenzfläche entfernt ist, beinhaltet, und wobei in einem Querschnitt entlang einer Dickenrichtung der Keramikschicht die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte, an welchen sich zwei oder mehr Risse pro Flächeneinheit in der Keramikschicht schneiden, in dem ersten Abschnitt größer ist als in dem zweiten Abschnitt.
Keramikbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger beträgt.
Keramikbeschichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Dicke des ersten Abschnitts 20 µm oder mehr beträgt.
Keramikbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte pro Flächeneinheit in dem ersten Abschnitt das 1.2-fache oder mehr und das 3-fache oder weniger der Anzahl der Rissüberschneidungspunkte pro Flächeneinheit in dem zweiten Abschnitt beträgt.
Keramikbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Abschnitt eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt aufweist.
Keramikbeschichtung gemäß Anspruch 5, wobei der erste Abschnitt eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger aufweist.
Keramikbeschichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Dicke des ersten Abschnitts 3% oder mehr der Gesamtsumme aus den Dicken des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts beträgt.
Keramikbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Keramikschicht einen dritten Abschnitt beinhaltet, welcher weiter von der Grenzfläche entfernt ist als der zweite Abschnitt von der Grenzfläche entfernt ist, und wobei der dritte Abschnitt eine geringere Porosität als der zweite Abschnitt aufweist.
Keramikbeschichtung, umfassend: eine Haftüberzugsschicht, welche auf einem Substrat ausgebildet ist; und eine Keramikschicht, welche auf der Haftüberzugsschicht ausgebildet ist; wobei in einem Querschnitt entlang einer Dickenrichtung der Keramikschicht die Anzahl der Rissüberschneidungspunkte, an welchen sich zwei oder mehr Risse pro Flächeneinheit in einem Abschnitt innerhalb von zumindest 100 µm von einer Grenzfläche zwischen der Keramikschicht und der Haftüberzugsschicht schneiden, 15000 pro mm² oder mehr und 35000 pro mm² oder weniger beträgt.
Keramikbeschichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Abschnitt eine Porosität von 3% oder mehr und 40% oder weniger aufweist.
Turbinenkomponente, umfassend die Keramikbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Gasturbine, umfassend die Turbinenkomponente gemäß Anspruch 11.