DE3534641A1

DE3534641A1 - Belag fuer hochtemperatur-turbinendichtungen

Info

Publication number: DE3534641A1
Application number: DE19853534641
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Johner; Joachim Soehngen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1985-09-28
Filing date: 1985-09-28
Publication date: 1987-04-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Belag für Hochtemperatur- Turbinenmantel, insbesondere Dichtbelag der abrieb tolerant, den Laufschaufelspitzen zugekehrt, auf einem Gehäuseteil durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.

Eine Turbinenmantelstruktur mit einem Metallsubstrat und einer daran befestigten keramischen Dichtungs- oder Abdeckschicht ist bereits der DE-OS 30 38 371 zu ent nehmen. Dort ist auch das Problem besprochen, daß um hohe Turbinenwirkungsgrade zu erreichen die Spalte zwischen Schaufelspitzen und Gehäuse sehr klein ge halten werden müssen. Dabei läßt es sich nicht ver meiden, daß Schaufelspitzen an den Werkstoffen des um gebenden Gehäuseteils anstreifen und daß dadurch u. U. ein erheblicher Werkstoffabrieb an den Schaufelspitzen auftritt, was zu vergrößerten Radialspalten sowie zu Unwuchten des Turbinenmotors führt. Es wird deshalb all gemein angestrebt, den Abrieb in den Belag des Mantels bzw. Gehäuses oder Gehäuseteils zu verlagern, d. h., diesen als sowohl dichtend aber auch abriebtolerant auszubilden. Keramische Materialien in Form soge nannter Wärmedämmschichten auf Zirkondioxid basis wurden deshalb vorgeschlagen. Man glaubt jedoch infolge der Unterschiede der thermischen Ausdehnungs koeffizienten zwischen keramischen Material und Metall substrat auf ein mechanisches Matrix-Verbindungsmittel nicht verzichten zu können, um Risse zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Dichtung anzugeben, bei der beim Anstreifvorgang der Turbinenlaufschaufel spitzen an den sie umgebenden Gehäuseteilen, die Schaufelspitzen praktisch unverändert bleiben.

Die Lösung besteht bei einer Dichtung gemäß dem Ober begriff des Hauptanspruchs darin, daß der Belag wenigstens an seinem der Oberfläche zugekehrten Bereich aus Kalzium fluorid oder Magnesiumfluorid bzw. Mischungen oder Legierungen dieser beiden Materialien besteht.

Weitere Merkmale sind Unteransprüchen sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.

Der wesentlichste Vorteil der Erfindung ist, daß eine Dichtung geschaffen wird, die die zum Teil gegenläufigen Forderungen erfüllt, nämlich sowohl temperaturbeständig als auch erosions- und korrosionsbeständig und anderer seits ausreichend wärmedämmend. Von Vorteil ist ein Ver bundbelag bei dem mehrere Schichten in ihrer besonderen Folge die gewünschten Eigenschaften vereinen.

Da die bei dem erfindungsgemäßen Belag der Oberfläche zugekehrten Mineralien, Kalziumfluorid und Magnesium fluorid einerseits schlecht wärmeleitend sind und einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt aufweisen und andererseits beim Anstreifvorgang unmittelbar zu einem Verlust an Festigkeit führen, ergibt es sich, daß die Schaufelspitzen nur einen geringen Widerstand erfahren, d. h., daß in die äußerste Schicht eine Ein laufspur in gewünschter Weise erzeugt werden kann. Außerdem sind die beiden Mineralien der äußeren Schicht bei der Erfindung mit der Zirkondioxid-Wärmedämmschicht sehr gut verträglich und verbindbar. Der Verbund ist wahrscheinlich deshalb so ausgezeichnet, weil die Ähnlichkeiten in den Kristallstrukturen von Zirkon dioxid und den genannten Fluoriden sowie die Stabili satoreigenschaften der beiden Fluoride dies stark begünstigen.

Ausführungsbeispiel

1 Turbinengehäuse (Grundwerkstoff) = Nickel- oder Kobaltbasiswerkstoff;
2 Haftschicht = hochduktile, hochoxidationsbeständige Metallschicht vom Typ MCrAl (M = Ni, Co oder Ni + Co) ggf. mit Zusätzen von Yod.Hf;
3 Wärmedämmschicht = ZrO₂, teil- oder vollstabilisiert durch Stabilisatoren wie z. B. CaO, MgO, Y₂O₃, usw.;
4 Einlaufschicht = CaF₂ oder MgF₂, bzw. Mischungen/ Legierungen aus beiden Mineralien;

Die Schichten 2, 3 und 4 werden häufig durch thermisches Spritzen hergestellt; andere Herstellungsverfahren wie z. B. EP-PVD oder CVD sind ebenfalls für diese Anwendung geeignet.

Zur Erfindung gehören alle Kombinationen und Unter kombinationen der beschriebenen Merkmale, ebenso wie Abwandlungen des Ausführungsbeispiels, welche sich für den Fachmann ergeben.

Claims

1. Belag für Hochtemperatur-Turbinenmantel, insbe sondere Dichtbelag der abriebtolerant, den Lauf schaufelspitzen zugekehrt, auf einem Gehäuseteil durch thermisches Spritzen aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag wenigstens an seinem der Oberfläche zugekehrten Bereich aus Kalziumfluorid oder Magnesiumfluorid bzw. Mischungen oder Legierungen dieser beiden Materialien besteht.

2. Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht Teil eines Verbundschicht aufbaues ist, dessen oberste oder äußerste Schicht, über einer Wärmedämmschicht und letztere über einer Haftschicht auf dem Gehäuse der Turbine aufgebracht ist.