DE602004011309T2

DE602004011309T2 - Verstärkte Bindungsschicht für eine Wärmedämmschicht

Info

Publication number: DE602004011309T2
Application number: DE602004011309T
Authority: DE
Inventors: Ramgopal Darolia; Joseph David Rigney; Gillon Herman Marijnissen; Eric R. I. C. Vergelot; Annejan B. Kloosterman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: US6979498B2; EP1536040B1; DE602004011309D1; US20060035102A1; EP1536040A1; US20050112398A1; US7172820B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf verfestigte Bindeüberzüge für thermische Sperrüberzüge, die Metallsubstrate schützen und, im Besonderen, auf die Schaffung verbesserter Abspaltungsbeständigkeit für solche thermischen Sperrüberzüge. Diese Erfindung bezieht sich weiter auf Gegenstände, im Besonderen Turbinen-Triebwerkskomponenten, die ein Metallsubstrat aufweisen, das solche verbesserten Bindeüberzüge zusammen mit solchen thermischen Sperrüberzügen benutzt.
Die Betriebsumgebung innerhalb eines Gasturbinen-Triebwerkes ist sowohl thermisch als auch chemisch aggressiv. Signifikante Fortschritte bei Hochtemperatur-Legierungen wurden durch die Formulierung von Superlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Cobaltbasis erzielt, obwohl aus solchen Legierungen gebildete Komponenten häufig nicht langen Dienstzeiten widerstehen können, wenn sie in gewissen Abschnitten eines Gasturbinen-Triebwerkes, wie der Turbine, dem Brenner und Verstärker, angeordnet sind. Eine übliche Lösung besteht darin, Turbinentriebwerks-Komponenten mit einem Umweltüberzug, der Oxidation und Hitzekorrosion verhindert, oder mit einem thermischen Sperrüberzugs(TBC)-System zu versehen, das die Komponentenoberfläche von der Betriebsumgebung thermisch isoliert. TBC-Systeme schließen typischerweise eine Keramikschicht ein, die mittels eines metallischen Bindeüberzuges an der Komponente haftet, der auch Oxidation und Hitzekorrosion der Komponentenoberfläche verhindert.
Überzugsmaterialien, die weite Anwendung als TBC-Bindeüberzüge und Umweltüberzüge gefunden haben, schließen Decklegierungs-Überzüge ein, wie MCrAlX, worin M Eisen, Co balt und/oder Nickel ist und X Hafnium, Zirkonium, Yttrium, Tantal, Platin, Palladium, Rhenium, Silicium oder eine Kombination davon ist. Im weiten Rahmen eingesetzt werden auch Aluminid-Diffusionsüberzüge, die durch ein Diffusionsverfahren, wie Einbettzementierung, Überpackung, Dampfphasen-, chemische Dampfabscheidungs(CVD) – oder Aufschlämmungs-Überzugsverfahren, gebildet werden. Das Diffusionsverfahren führt zu einem Überzug mit zwei verschiedenen Zonen oder Schichten, deren Äußerste eine Additivschicht ist, die eine umweltbeständige intermetallische Verbindung enthält, repräsentiert durch MAl, worin M, in Abhängigkeit vom Substratmaterial, Nickel, Cobalt und/oder Eisen ist. Unterhalb dieser Additivschicht ist eine Diffusionszone oder -schicht, umfassend verschiedene intermetallische Phasen, die sich während des Überzugsverfahrens als ein Resultat von Diffusionsgradienten und Änderungen in der elementaren Löslichkeit in der lokalen Region des Substrates bilden.
Nach dem Abscheiden wird die Oberfläche eines Bindeüberzuges typischerweise für die Abscheidung der Keramikschicht durch Reinigen und Abstrahlen mit Schleifteilchen vorbereitet, um Oberflächen-Verunreinigungen zu entfernen, die Bindeüberzugs-Oberfläche aufzurauen und die Bindeüberzugs-Oberfläche chemisch zu aktivieren, um die Haftung der Keramikschicht zu fördern. Danach wird eine Schutzoxidhaut auf dem Bindeüberzug bei einer erhöhten Temperatur gebildet, um die Haftung der Keramikschicht weiter zu fördern. Die Oxidhaut, häufig als thermisch gewachsenes Oxid (TGO) bezeichnet, entwickelt sich in erster Linie durch selektive Oxidation des Aluminium- und/oder MAl-Bestandteils des Bindeüberzuges und hemmt die weitere Oxidation des Bindeüberzuges und des darunter liegenden Substrates. Die Oxidhaut dient auch zum chemischen Binden der Keramikschicht an den Bindeüberzug.
Der zum Haften des thermischen Sperrüberzuges an dem Metallsubstrat benutzte Bindeüberzug kann außerordentlich wichtig sein für die Gebrauchs-Lebensdauer des thermischen Sperüberzugssystems, das das Metallsubstrat schützt. Während des Aussetzens gegenüber oxidierenden Bedingungen innerhalb eines Gasturbinen-Triebwerkes oxidieren Bindeüberzüge im Laufe der Zeit bei erhöhten Temperaturen weiter, was zu einer graduellen Verarmung des Bindeüberzuges an Aluminium führt und die Dicke der Oxidhaut vergrößert. Als ein Resultat der thermischen Ausdehnungs-Fehlanpassung zwischen dem Bindeüberzug und der Oxidhaut ebenso wie des Hautwachstums-Verfahrens und relativer mechanischer Eigenschaften bei Temperatur, thermischen Zyklen führt zu Spannungen, die zum Eindringen der Haut in den Bindeüberzug führen. Schließlich erreicht die Haut eine kritische Dicke und ein hohes Niveau des Knitterns, die zum Abspalten der Keramikschicht durch Schichttrennung entweder an der Grenzfläche zwischen dem Bindeüberzug und der Oxidhaut oder an der Grenzfläche zwischen der Oxidhaut und dem thermischen Sperrüberzug führen. Nachdem die Abspaltung einmal eingetreten ist, kann sich die Komponente rasch verschlechtern und muss zu beträchtlichen Kosten entweder renoviert oder ersetzt werden.
Wegen der mit dem Renovieren oder Ersetzen solcher Komponenten verbundenen Kosten gibt es einen kontinuierlichen Bedarf, die Abspaltungs-Beständigkeit solcher thermischer Sperrüberzüge durch Verbesserungen im Bindeüberzug zu verbessern. Nützliche Resultate wurden durch Einbeziehen von Oxiden in den Bindeüberzug erzielt, wie durch US-PS 5,780,110 (Schaeffer et al.), ausgegeben 14. Juli 1998; US-PS 6,168,874 (Gupta et al.), ausgegeben 2. Januar 2001 und US-PS 6,485,845 (Wustman et al.), ausgegeben 26. November 2002, gelehrt. In der PS von Schaeffer et al. wird eine Submicron-Dispersion von Oxidteilchen auf der Oberfläche des Bindeüberzuges angeordnet, um das Bindeüberzugs-Oxid einzuimpfen. Der eingeimpfte Bindeüberzug kann dann unter Bildung einer fertigen Alpha-Aluminiumoxidhaut voroxidiert werden oder ein thermischer Sperrüberzug kann unmittelbar abgeschieden werden, wobei der eingeimpfte Bindeüberzug die erwünschte fertige Alpha-Aluminiumoxidhaut bildet. Das Einimpfen der Bindeüberzug-Oberfläche verhindert jedoch die Art der Oberflächenzubereitung, der der Bindeüberzug vor dem Abscheiden des thermischen Sperrüberzuges unterliegen kann oder er begrenzt sie zumindest. So wird, zum Beispiel, das Reinigen der Oberfläche des Bindeüberzuges und deren Aufrauen durch Sandstrahlen und Elektropolieren durch die Anwesenheit der Oxidteilchen an der Bindeüberzug-Oberfläche ausgeschlossen.
In der PS von Gupta et al. wird diese Komplikation des Verfahrens von Schaeffer et al. durch gemeinsames Abscheiden des Diffusions-Bindeüberzuges und der Oxidteilchen vermieden. Das gemeinsame Abscheiden gemäß dem Verfahren von Gupta et al. kann jedoch die Arten und die Morphologie der in den Bindeüberzug eingebauten Oxide nicht leicht kontrollieren.
In der PS von Wustman et al. werden die Oxidteilchen vorzugsweise durch Abscheiden der Oxidteilchen an der Oberfläche der Komponente vor der Bildung des Bindeüberzuges in den Bindeüberzug einbezogen. Die Abscheidung des Bindeüberzuges verursacht, dass die Oxidteilchen in der äußeren Oberflächenregion davon dispergiert werden. Wustman et al. geben an, dass die geeigneten Oxidteilchengrößen für die Dispersion geringer als etwa 45 μm sein können, obwohl kleinere oder größere Teilchen auch benutzt werden könnten. Die verbesserte Abspaltungs-Beständigkeit des Systems nach Wustman et al. wird zugeschrieben: (1) Begrenzung der Diffusion von Elementen von dem Metallsubstrat zur Grenzfläche zwischen Bindeüberzug/thermischem Sperrüberzug, was das Potenzial dieser Elemente beschränkt, Oxide zu bilden, die die Haftung der Keramikschicht beeinträchtigen; (2) Erzeugen eines gewundenen Pfades für die Rissausbreitung entlang der Grenzfläche von Bindeüberzug/thermischem Sperrüberzug und daher Beschränken der Rissausbreitung entlang dieser Grenzfläche; (3) Bereitstellen verbesserter Stellen für die Verbesserung der Verankerung der Keramikschicht und/oder lokale Modifikation der Bindeüberzugs-Oberfläche und/oder -Chemie zur Schaffung einer verbesserten Bindung zwischen der Keramikschicht und dem Bindeüberzug oder (4) eine Kombination dieser Erklärungen.
Bei dem System von Wustman et al. können die vorhandenen großen Teilchen potenziell gestatten, dass relativ große Oberflächenbereiche der oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt sind, was eine rasche interne Oxidation und danach eine dürftige Oxidations-Beständigkeit verursacht. Die Kontrolle der Teilchenverteilung kann bei der Benutzung des Systems nach Wustman et al. schwierig oder potenziell unmöglich sein. Es gibt bei dem System nach Wustman et al. auch die potenzielle Unfähigkeit, eine Verteilung extrem feiner (d. h., Nanometer- bis Mikrometergröße) Teilchen zu erzeugen.
EP 1 469 100 beschreibt einen Nikelaluminid-Überzug und damit gebildete Überzugssysteme. Ein Beta-Phasen NiAl-Decküberzug wird benutzt, einen thermischen Sperrüberzug haften zu lassen.
Das Verfestigen des Bindeüberzuges, um Faltenbildung und nachfolgende Abspaltung zu begrenzen, wird üblicherweise durch die Zugabe oxidativ reaktionsfähiger Elemente erzielt. Siehe US-PS 5,975,852 (Nargaraj et al.), ausgegeben 2. November 1999 (NiAl-Deckbindeüberzug, zu dem wahlweise ein oder mehrere reaktionsfähige Elemente hinzugegeben werden, wie Yttrium, Cer, Zirkonium oder Hafnium) und US-PS 6,291,084 (Darolia et al.), ausgegeben 18. September 2001 (vorwiegend Beta-Phasen-NiAl-Deckbindeüberzug mit begrenzten Zugaben von Zirkonium und Chrom). Oxidativ reaktionsfähige Elementen sind jedoch schwierig in Diffusionsüberzüge einzubringen und zu kontrollieren. Das Niveau oxidativ reaktionsfähiger Elemente, das für das Verfestigen erforder lich ist, kann potenziell hoch genug sein, um die Oxidations-Beständigkeit des Bindeüberzuges zu beeinträchtigen. Das Dispersionsverfestigen des Bindeüberzuges, sei es ein Decküberzug, wie McrAlY und speziell ein Diffusionsüberzug mit Komponenten, die nicht aktiv am Oxidationsprozess teilnehmen, könnte die Gesamt-Leistungsfähigkeit des Bindeüberzuges potenziell erhöhen.
Es ist daher noch immer erwünscht, in der Lage zu sein, die Abspaltbeständigkeit des thermisches Sperrüberzuges durch Modifikationen des Bindeüberzuges weiter zu verbessern. Im Besonderen wäre es erwünscht, den Bindeüberzug dahingehend zu modifizieren, dass dessen Verfestigung ermöglicht wird, um das Eindringen oder die Faltenbildung des Bindeüberzuges und die nachfolgende Abspaltung des thermischen Sperrüberzuges zu begrenzen, ebenso wie die Gesamt-Oxidationsbeständigkeit durch diese Verfestigungs-Verbesserungen zu verbessern. Es wäre weiter erwünscht, in der Lage zu sein, den Bindeüberzug unter Benutzung von Komponenten zu verfestigen, die an dem Oxidationsprozess nicht aktiv teilnehmen, insbesondere, wo der Bindeüberzug ein Diffusionsüberzug ist.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen Bindeüberzug, wie er im beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen überzogenen, thermisch geschützten Gegenstand einschließlich des Bindeüberzuges gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel ist,
2 eine vergrößerte schematische Schnittansicht durch den Schaufelblattabschnitt der Turbinenschaufel von 1 entlang Linie 2-2 ist.
Der Begriff „thermischer Sperrüberzug", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf solche Überzüge, die in der Lage sind, den Wärmefluss zum darunter liegenden Metallsubstrat des Gegenstandes zu vermindern, d. h., eine thermische Sperre zu bilden und sie haben üblicherweise einen Schmelzpunkt von mindestens etwa 1093°C (etwa 2000°F), typischerweise mindestens etwa 1204°C (2200°F) und noch typischer im Bereich von etwa 1204°C bis etwa 1927°C (etwa 2200°F bis etwa 3500°F). Geeignete thermische Sperrüberzüge zum Gebrauch hierin können eine Vielfalt keramischer Materialien umfassen, einschließlich Aluminiumoxid, d. h., solche Verbindungen und Zusammensetzungen, die Al₂O₃ umfassen, einschließlich nicht hydrierter und hydrierter Formen, verschiedene Zirkoniumdioxide, insbesondere chemisch phasenstabilisierte Zirkoniumdioxide (d. h., verschiedene Metalloxide, wie Yttriumoxide, vermischt mit Zirkoniumdioxid), wie Yttriumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide, Ceroxidstabilisierte Zirkoniumdioxide, Calciumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide, Scandiumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide, Magnesiumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide, Ytterbiumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide ebenso wie Mischungen solcher stabilisierten Zirkoniumdioxide. Siehe, z. B., Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Band 24, Seiten 882-883 (1984) für eine Beschreibung geeigneter Zirkoniumdioxide. Geeignete Yttriumoxid-stabilisierte Zirkoniumdioxide können von etwa 1 bis etwa 20% Yttriumoxid (bezogen auf das kombinierte Gewicht von Yttriumoxid und Zirkoniumdioxid) und typischer von etwa 3 bis etwa 10% Yttriumoxid umfassen. Diese chemisch stabilisierten Zirkoniumdioxide können weiter ein oder mehrere eines zwei ten Metall-(z. B. eines Lanthanid- oder Actinid-)Oxids, wie Lanthanoxid, Dysprosiumoxid, Erbiumoxid, Europiumoxid, Gadoliniumoxid, Neodymoxid, Praseodymoxid und Hafniumoxid einschließen, um die thermische Leitfähigkeit des thermischen Sperrüberzuges weiter zu vermindern. Siehe US-PS 6,025,078 (Rickerby et al.), ausgegeben 15. Februar 2000 und US-PS 6,333,118 (Alperine et al.), ausgegeben 21. Dezember 2001. Geeignete keramische Materialien schließen auch Pyrochlore der allgemeinen Formel A₂B₂O₇ ein, worin A ein Metall mit einer Wertigkeit von 3+ oder 2+ (z. B. Gadolinium, Aluminium, Cer, Lanthan oder Yt-trium) und B ein Metall mit einer Wertigkeit von 4+ oder 5+ (z. B. Hafnium; Titan, Cer oder Zirkonium) ist, wobei die Summe der A- und B-Wertigkeiten 7 ist. Repräsentative Materialien dieser Art schließen Gadoliniumzirkonat, Lanthantitanat, Lanthanzirkonat, Yttriumzirkonat, Lanthanhafnat, Cerzirkonat, Aluminiumcerat, Cerhafnat, Aluminiumhafnat und Lanthancerat ein. Siehe US-PS 6,117,560 (Maloney), ausgegeben 12. September 2000; US-PS 6,177,200 (Maloney), ausgegeben 23. Januar 2001; US-PS 6,284,323 (Maloney), ausgegeben 4. September 2001; US-PS 6,319,614 (Beele), ausgegeben 20. November 2001 und US-PS 6,387,526 (Beele), ausgegeben 14. Mai 2002.
Der Begriff „Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf Überzugsmaterialien, die verschiedene Edelmetallaluminide, wie Nickelaluminid und Platinaluminid, ebenso wie einfache Aluminide (d. h., solche, die ohne Edelmetalle gebildet sind) enthalten und typischerweise auf Metallsubstraten durch chemische Damfphasen-Abscheidung (CVD), Einbettzementierung oder ähnliche verwandte Techniken gebildet sind. Typischerweise sind die in den Bindeüberzügen dieser Erfindung eingesetzten Aluminid-Diffusionsmaterialien Platinaluminide und einfache Aluminide.
Der Begriff „Deck-Legierungsüberzugsmaterialien", wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf solche Materialien und typischerweise ein anderes als ein intermetallisches Betaphasen-NiAl-Decküberzugsmaterial, die verschiedene Metalllegierungen enthalten kann, wie MCrAlX, worin M Eisen, Cobalt oder Nickel oder deren Legierungen ist und worin X Hafnium, Zirkonium, Yttrium, Tantal, Platin, Palladium, Rhenium, Silicium oder eine Kombination davon ist. Geeignete Deck-Legierungsüberzugsmaterialien können auch MAlX-Legierungen (d. h. ohne Chrom) einschließen, worin M und X die oben genannte Bedeutung haben. Siehe US-PS 5,824,423 (Maxwell et al.), ausgegeben 20. Oktober 1998. Typischerweise sind die in den Bindeüberzügen dieser Erfindung eingesetzten Deck-Legierungsüberzugsmaterialien MCrAlY-Legierungen, worin M Nickel oder eine Nickel-Cobalt-Legierung ist.
Der Begriff „im Wesentlichen unlöslich", wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf eine Verbindung, die in den Decküberzugsmaterialien und/oder Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien, die den Bindeüberzug umfassen, bis zur erwarteten Anwendungstemperatur (z. B. der Temperatur des Normalbetiebes eines Gasturbinen-Triebwerkes) und typischerweise bis zu mindestens etwa 1300°C (etwa 2372°F) minimal löslich oder vollständig unlöslich sind.
Der Begriff „im Wesentlichen oxidativ nicht reaktionsfähig", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf eine Verbindung, die hinsichtlich Oxidationsreaktionen, z. B. mit atmosphärischen Sauerstoff oder anderen Sauerstoffquellen, bis zu der erwarteten Anwendungstemperatur (z. B. der Temperatur des Normalbetriebes eines Gasturbinen-Triebwerkes) und typischerweise bis zu mindestens etwa 1300°C (etwa 2372°F), der der Bindeüberzug ausgesetzt oder unterworfen ist, minimal reaktionsfähig oder im Wesentlichen inert ist.
Der Begriff „umfassend", wie er hierin benutzt wird, bedeutet verschiedene Zusammensetzungen, Verbindungen, Komponenten, Schichten, Stufen und Ähnliche, die gemeinsam bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Demgemäß umfasst der Begriff „umfassend" die begrenzteren Begriffe „bestehend im Wesentlichen aus" und „bestehend aus".
Alle Mengen, Teile, Verhältnisse und Prozentangaben, die hierin benutzt werden, beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Ausführungsformen des verbesserten Bindeüberzuges dieser Erfindung sind brauchbar bei Schutzüberzügen für Metallsubstrate, die eine Vielfalt von Metallen und Metalllegierungen, einschließlich Superlegierungen, umfassen, die in einer weiten Vielfalt von Turbinentriebwerks-(z. B. Gasturbinen-Triebwerks-)Teilen und Komponenten eingesetzt werden, die bei hohen Temperaturen betrieben oder diesen ausgesetzt werden, insbesondere höheren Temperaturen, die während des normalen Triebwerksbetriebes auftreten. Diese Turbinentriebwerksteile und -komponenten können Turbinenschaufeln, wie Laufschaufeln und Leitschaufeln, Turbinenumhüllungen, Turbinendüsen, Brennerkomponenten, wie Auskleidungen, Deflektoren und ihre entsprechenden Kuppelbaueinheiten, Verstärker von Gasturbinen-Triebwerken und Ähnliche einschließen. Die Ausführungsformen des verbesserten Bindeüberzuges dieser Erfindung sind besonders brauchbar in Schutzüberzügen für Turbinen-Laufschaufeln und -Leitschaufeln und insbesondere die Schaufelblattabschnitte solcher Laufschaufeln und Leitschaufeln. Während die folgende Diskussion der Ausführungsformen der verbesserten Bindeüberzüge dieser Erfindung unter Bezugnahme auf Turbinen-Laufschaufeln und -Leitschaufeln und speziell des entsprechenden Schaufelblattabschnittes davon erfolgt, der diese Laufschaufeln und Leitschaufeln umfasst, sollte klar sein, dass die verbesserten Bindeüberzüge dieser Erfindung für andere Gegenstände brauchbar sein können, umfassend Metallsubstrate, die Schutzüberzüge erfordern.
Die verschiedenen Ausführungsformen des verbesserten Bindeüberzuges dieser Erfindung werden weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnung illustriert, wie im Folgenden beschrieben. 1 zeigt einen Komponentengegenstand eines Gasturbinen-Triebwerkes, wie eine Turbinenlaufschaufel oder Turbinenleitschaufel, und im Besonderen eine allgemein als 10 identifizierte Turbinenlaufschaufel. (Turbinenleitschaufeln haben ein ähnliches Aussehen hinsichtlich der wesentlichen Abschnitte). Laufschaufel 10 kann aus irgendeinem brauchbaren Material gebildet sein, z. B. einer Nickelbasis-Superlegierung, die das Grundmetall der Turbinenlaufschaufel 10 ist. Laufschaufel 10 schließt allgemein ein Schaufelblatt 12 ein, gegen das während des Betriebes des Gasturbinen-Triebwerkes heiße Verbrennungsgase gerichtet sind und deren Oberflächen daher einem schweren Angriff durch Oxidation, Korrosion und Erosion unterworfen sind. Schaufelblatt 12 hat eine als 14 bezeichnete „Hochdruckseite", die konkav gestaltet ist, und eine als 16 bezeichnete Saugseite, die konvex gestaltet ist und manchmal als die „Niederdruckseite" oder „Rückseite" bekannt ist. Im Betrieb wird das heiße Verbrennungsgas gegen die Hochdruckseite 14 gerichtet. Laufschaufel 10 ist an einer (nicht gezeigten) Turbinenscheibe mit einem Schwalbenschwanz 18 verankert, der auf dem Wurzelabschnitt 20 der Laufschaufel 10 gebildet ist. Kühllöcher 22 sind im Schaufelblatt 12 vorhanden, durch die Abzweigluft gedrückt ist, um Wärme von der Laufschaufel 10 zu übertragen.
In 2 dient das Grundmetall der Schaufel 10 als ein Metallsubstrat, das allgemein als 30 bezeichnet ist. Substrat 30 kann irgendeines einer Vielfalt von Metallen oder typischer Metalllegierungen umfassen. So kann, z. B., Substrat 30 eine hitzebeständige Hochtemperatur-Legierung, z. B. eine Superlegierung, umfassen. Solche Hochtemperatur-Legierungen sind in verschiedenen Druckschriften offenbart, wie US-PS 5,399,313 (Ross et al.), ausgegeben 21. März 1995 und US-PS 4,116,723 (Gell et al.), ausgegeben 26. September 1978. Hochtemperatur-Legierungen sind auch allgemein beschrieben in Kirk Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Band 12, Seiten 417–479 (1980) und Band 15, Seiten 787–800 (1981). Illustrative Hochtemperatur-Nickelbasislegierungen sind durch die Handelsnamen Inconel^®, Nimonic^®, René^® (z. B. René^®80-, René^® N5-Legierungen) und Udimet^® bezeichnet.
Schutzüberzüge dieser Erfindung sind besonders brauchbar bei Nickelbasis-Superlegierungen. Der Begriff "Nickelbasis", wie er hierin benutzt wird, bedeutet, dass die Zusammensetzung mehr Nickel enthält als irgendein anderes Element. Die Nickelbasis-Superlegierungen sind typisch für eine Zusammensetzung, die durch die Ausscheidung der Gamma'-Phase verfestigt ist. Typischer hat die Nickelbasis-Legierung eine Zusammensetzung von etwa 4 bis etwa 20% Cobalt, von etwa 1 bis etwa 10% Chrom, von etwa 5 bis etwa 7% Aluminium, von 0 bis etwa 2% Molybdän, von etwa 3 bis etwa 8% Wolfram, von etwa 4 bis etwa 12% Tantal, von 0 bis etwa 2% Titan, von 0 bis etwa 8% Rhenium, von 0 bis etwa 6% Ruthenium, von 0 bis etwa 1% Niob, von 0 bis etwa 0,1% Kohlenstoff, von 0 bis etwa 0,01% Bor, von 0 bis etwa 0,1% Yttrium, von 0 bis etwa 1,5% Hafnium, der Rest sind Nickel und übliche Verunreinigungen.
Schutzüberzüge dieser Erfindung sind besonders brauchbar bei Nickelbasis-Legierungszusammensetzungen, wie René N5, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 7,5% Cobalt, etwa 7% Chrom, etwa 6,2% Aluminium, etwa 6,5% Tantal, etwa 5% Wolfram, etwa 1,5% Molybdän, etwa 3% Rhenium, etwa 0,05% Kohlenstoff, etwa 0,004% Bor, etwa 0,15% Hafnium, bis zu etwa 0,01% Yttrium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat. Andere brauchbare Nickelbasis-Superlegierungen schließen, z. B., ein René N6, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 12,5% Cobalt, etwa 4,2% Chrom, etwa 1,4% Molybdän, etwa 5,75% Wolfram, etwa 5,4% Rhenium, etwa 7,2% Tantal, etwa 5,75% Aluminium, etwa 0,15 Hafnium, etwa 0,05% Kohlenstoff, etwa 0,004% Bor, etwa 0,01% Yttrium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat; René 142, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 6,8% Chrom, etwa 12,0% Cobalt, etwa 1,5% Molybdän, etwa 2,8% Rhenium, etwa 1,5% Hafnium, etwa 6,15% Aluminium, etwa 4,9% Wolfram, etwa 6,35% Tantal, etwa 150 Teile pro Million Bor, etwa 0,12% Kohlenstoff, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat; CMSX-4, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 9,60% Cobalt, etwa 6,6% Chrom, etwa 0,60% Molybdän, etwa 6,4% Wolfram, etwa 3,0% Rhenium, etwa 6,5% Tantal, etwa 5,6% Aluminium, etwa 1,0% Titan, etwa 0,10 Hafnium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat; CMSX-10, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 7,00% Cobalt, etwa 2,65% Chrom, etwa 0,60% Molybdän, etwa 6,40% Wolfram, etwa 5,50% Rhenium, etwa 7,5% Tantal, etwa 5,80% Aluminium, etwa 0,80% Titan, etwa 0,06 Hafnium, etwa 0,4% Niob, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat; PWA1480, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 5,00% Cobalt, etwa 10,0% Chrom, etwa 4,00% Wolfram, etwa 12,0% Tantal, etwa 5,00% Aluminium, etwa 1,5% Titan, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat; PWA1484, die eine Nominalzusammensetzung von etwa 10,00% Cobalt, etwa 5,00% Chrom, etwa 2,00% Molybdän, etwa 6,00% Wolfram, etwa 3,00% Rhenium, etwa 8,70% Tantal, etwa 5,60% Aluminium, etwa 0,10% Hafnium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen hat und MX-4, die eine Nominalzusammensetzung, wie in der US-PS 5,482,789 angegeben, von etwa 0,4 bis etwa 6,5% Ruthenium, von etwa 4,5 bis etwa 5,75% Rhenium, von etwa 5,8 bis etwa 10,7% Tantal, von etwa 4,25 bis etwa 17,0% Cobalt, von 0 bis etwa 0,05% Hafnium, von 0 bis etwa 0,06% Kohlenstoff, von 0 bis etwa 0,01% Bor, von 0 bis etwa 0,02% Yttrium, von etwa 0,9 bis etwa 2,0% Molybdän, von etwa 1,25 bis etwa 6,0% Chrom, von 0 bis etwa 1,0% Niob, von etwa 5,0% bis etwa 6,6% Aluminium, von 0 bis etwa 1,0% Titan, von etwa 3,0 bis etwa 7,5% Wolfram aufweist, worin die Summe von Molybdän plus Chrom plus Niob von etwa 2,15 bis etwa 9,0% beträgt und worin die Summe von Aluminium plus Titan plus Wolfram von etwa 8,0 bis etwa 15,1% be trägt, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Turbinen-Komponenten beschränkt, die aus diesen bevorzugten Legierungen hergestellt sind, sondern hat breitere Anwendbarkeit.
Wie in 2 gezeigt, befindet sich benachbart und über dem Substrat 30 ein Schutzüberzug, der allgemein als 34 bezeichnet ist. Dieser Schutzüberzug 34 umfasst eine Bindeüberzugsschicht, die allgemein als 38 bezeichnet ist und sich benachbart dem Substrat 30 befindet. Die Bindeüberzugsschicht 38 ist in 2 als einen unteren Abschnitt 42, der sich direkt benachbart dem Substrat 30 befindet, und einen oberen Abschnitt 46 aufweisend gezeigt, der sich direkt benachbart dem unteren Abschnitt 42 befindet. Diese Bindeüberzugsschicht 38 kann Deck-Legierungsüberzugsmaterialien, Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien oder eine Kombination davon umfassen. Bindeüberzugsschichten 38, die Deck-Legierungsüberzugsmaterialien umfassen, haben typischerweise eine Dicke von etwa 12,5 bis 254 μm (etwa 0,5 bis etwa 10 mils), typischer von etwa 102 bis etwa 203 μm (etwa 4 bis etwa 8 mils). Umfasst die Bindeüberzugsschicht 38 Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien, dann entspricht der untere Abschnitt 42 allgemein einer inneren Diffusionsschicht (typischerweise von etwa 30 bis etwa 60% der Dicke der Schicht 38, typischer von etwa 40 bis etwa 50% der Dicke der Überzugsschicht 38), während der obere Abschnitt 46 allgemein einer äußeren Additivschicht entspricht (typischerweise von etwa 40 bis etwa 70% der Dicke der Überzugsschicht 38, typischer von etwa 50 bis etwa 60% der Dicke der Überzugsschicht 38). Bindeüberzugsschichten 38, die Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien umfassen, haben typischerweise eine Dicke von etwa 12,5 bis etwa 102 μm (etwa 0,5 bis etwa 4 mils), typischer von etwa 38 bis etwa 76 μm (etwa 1,5 bis etwa 3 mils).
Um den Schutzüberzug 34 besser zu festigen, sodass der an der Bindeüberzugsschicht 38 haftende thermische Sperrüberzug beständiger gegen Abspaltung ist, weist zumindest der obere Abschnitt/Additivschicht 46 dispergiert darin relativ feine Teilchen auf, umfassend eine im Wesentlichen unlösliche, den Bindeüberzug verfestigende Verbindung, d. h., das Verfestigen der Bindeüberzugsschicht 38 wird durch einen Dispersions-Verfestigungsmechanismus erzielt. Solange diese feinen Teilchen in dem oberen Abschnitt/Additivschicht 46 vorhanden sind, können sie im Wesentlichen gleichmäßig über die Dicke der Bindeüberzugsschicht 38 dispergiert sein, als Gradienten in der Bindeüberzugsschicht 38, die, z. B., von geringen zu hohen Niveaus in der Richtung zum oberen Abschnitt/Additivschicht 46 oder in bestimmten Regionen in der Bindeüberzugsschicht 38 aufweisen.
Geeignete, im Wesentlichen unlösliche, den Bindeüberzug verfestigende Verbindungen zum Einsatz hierin schließen solche ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metallnitriden, Metallcarbiden und deren Mischungen. Geeignete, im Wesentlichen unlösliche Metalloxide, Metallnitride und Metallcarbide zum Einsatz hierin schließen Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Hafniumdioxid (HfO₂), Chromoxid (Cr₂O₃), Yttriumoxid (Y₂O₃), Cerdioxid (CeO₂), Aluminiumoxid. (Al₂O₃), Lanthanoxid (La₂O₃), Zirkoniumcarbid (ZrC), Hafniumcarbid (HfC), Tantalcarbid (TaC) und Aluminiumnitrid (AlN), Zirkoniumnitrid (Zr₃N₄), Hafniumnitrid (Hf₃N₄) und deren Mischungen ein. Die den Bindeüberzug verfestigende Verbindung ist typischerweise eine im Wesentlichen oxidationsmäßig nicht reaktionsfähige Verbindung, wie ein Metallnitrid oder typischer ein Metalloxid.
Diese dispergierten feinen Teilchen, die die den Bindeüberzug verfestigende Verbindung umfassen, haben eine Teilchengröße von etwa 2 μm oder weniger und sie liegen typischerweise im Teilchengrößenbereich von etwa 1 bis etwa 2000 Nanometern (nm), typischerweise von etwa 10 bis etwa 500 nm vor. Diese dispergierten feinen Teilchen sind auch zumindest in dem oberen Abschnitt/Additivschicht 46 in einer Menge vorhanden, die genügt, um der Bindeüberzugsschicht 38 eine Verfestigung zu verleihen. Ein solches Bindeüberzugs-Verfestigen wird üblicherweise erzielt, wenn die Menge dispergierter Teilchen in dem mindestens oberen Abschnitt/Additivschicht 46 genügt, um mindestens etwa 0,1 Vol.-% solcher Teilchen bereitzustellen. Typischerweise liegen die Vol.-% dispergierter Teilchen innerhalb des Bereiches von etwa 0,1 bis etwa 5, typischer von etwa 0,5 bis etwa 2.
Diese Bindeüberzugsschicht 38 kann auf das Substrat 30 aufgebracht, auf diesem abgeschieden oder in anderer Weise gebildet werden durch irgendeine einer Vielfalt konventioneller Techniken, die dem Fachmann bei der Bildung von Bindeüberzügen bekannt sind. Im Falle von Deck-Bindeüberzugsmaterialien wird die Bindeüberzugsschicht 38 typischerweise durch physikalische Dampfabscheidungs-(PVD), wie physikalische Elektronenstrahl-Dampfabscheidungs-(EB-PVD) Techniken, auf Substrat 30 abgeschieden oder kann alternativ durch thermische Spritztechniken, wie Luftplasmaspritz(APS) – und Vakuumplasmaspritz(VPS)-Techniken abgeschieden werden. Aus Deck-Bindeüberzugsmaterialien gebildete Bindeüberzugsschichten 38 sind typischerweise im Wesentlichen gleichmäßig in der Zusammensetzung, d. h., es gibt keinen diskreten oder bestimmten oberen Abschnitt 46 oder unteren Abschnitt 42. Die relativ feinen Teilchen, die die im Wesentlichen unlöslichen, den Bindeüberzug verfestigenden Verbindungen umfassen, können in die Bindeüberzugsschicht 38, die aus Deck-Überzugsmaterialien gebildet ist, eingebracht werden, z. B., durch (1) reaktive Verdampfung durch Einführen einer kontrollierten Menge (Partialdruck) reaktiver Gase, wie Sauerstoff oder Stickstoff, ebenso wie reaktiver Metalle, wie Aluminium, Hafnium, Zirkonium etc.; (2) Ko-Verdampfung der Teilchen aus einem separaten Strom oder Bad eines Barrens, umfassend verfestigende Verbin dung(en), z. B. durch EB-PVD-Techniken oder durch gemeinsames Spritzen in einem thermischen (z. B. Luftplasma) Spritzverfahren; (3) Spritzen von Deck-Überzugsmaterialien (z. B. Pulvern), in denen die verfestigenden Teilchen vorhanden sind, wie durch Reaktion in einer Zerstäubungskammer, wenn die verfestigenden Teilchen gebildet sind oder unter Anwendung von Kugel- oder Abriebs-Mahlen, um die verfestigenden Teilchen einzubringen, und (4) Bilden einer Mischung grober und feiner Überzugspulver und dann Spritzen der gemischten Pulver mit Prozessgasen, die mit den kleineren Teilchen reagieren, während sie erhitzt und zu dem Substrat 30 befördert werden, um die verfestigenden Teilchen zu bilden. Falls erwünscht, kann die Konzentration relativ feine Teilchen durch geeignete Modifikation des Deck-Bindeüberzugs-Verfahrens in der Bindeüberzugsschicht 38 variiert werden und insbesondere um eine höhere Konzentration an oder zur Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38 im oberen Abschnitt 46 (gegenüber dem Substrat 30) zu haben.
Im Falle von Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien wird die Bindeüberzugsschicht 38 typischerweise durch chemische Dampfabscheidung (CVD), Einbettzementierung oder Dampfphasen-Aluminieren auf Substrat 30 gebildet. Bindeüberzugsschichten 38, die aus Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien gebildet sind, haben typischerweise einen diskreten oder bestimmten unteren Abschnitt 42 (d. h. Diffusionsschicht) und oberen Abschnitt 46 (d. h. Additivschicht). Die relativ feinen Teilchen, die die im Wesentlichen unlöslichen, den Bindeüberzug verfestigenden Verbindungen umfassen, können in Bindeüberzugsschicht 38, die aus Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien gebildet sind, eingebracht werden durch, z. B.: (1) Zersetzung metallorganischer Verbindungen (MOCVD), die gleichzeitig mit dem Diffusions-Überzugsverfahren während der Abscheidung der oberen Additivschicht 46 ausgeführt wird, oder (2) reaktive Verdampfung durch Einführen einer kontrollierten Menge (Partialdruck) reaktiver Gase, wie Sauerstoff oder Stickstoff, e benso wie reaktiver Metalle, wie Aluminium, Hafnium, Zirkonium usw.
Wie in 2 gezeigt, liegt benachbart und über der Bindeüberzugsschicht 38 ein thermischer Sperrüberzug (TBC), der allgemein als 50 bezeichnet ist. Die Dicke des TBC 50 liegt typischerweise im Bereich von etwa 25 bis etwa 2540 μm (etwa 1 bis etwa 100 mils) und hängt von einer Vielfalt von Faktoren ab, einschließlich des jeweiligen Gegenstandes. Für Turbinen-Laufschaufeln und -Leitschaufeln, z. B., ist TBC 50 typischerweise dünner und liegt üblicherweise im Bereich von etwa 76 bis etwa 254 μm (etwa 3 bis etwa 10 mils), typischer von etwa 127 bis etwa 152 μm (etwa 5 bis etwa 6 mils). Im Falle von Turbinen-Mänteln ist TBC 50 typischerweise dicker und liegt üblicherweise im Bereich von etwa 254 bis etwa 1270 μm (etwa 10 bis etwa 50 mils), typischer von etwa 381 bis etwa 762 μm (etwa 15 bis etwa 30 mils).
TBC-Schicht 50 kann auf die Bindeüberzugsschicht 38 durch irgendeine einer Vielfalt konventioneller Techniken, wie physikalische Dampfabscheidung (PVD), einschließlich physikalischer Elektronenstrahl-Dampfabscheidung (EB-PVD), Plasmaspritzen, einschließlich Luftplasmaspritzen (APS) und Vakuumplasmaspritzen (VPS) oder andere thermische Spritzabscheidungs-Verfahren, wie Hochgeschwindigkeits-Oxybrennstoff (HVOF)-Spritzen, Detonation oder Drahtspritzen; chemische Dampfabscheidung (CVD) oder Kombinationen von Plasmaspritz- und CVD-Techniken aufgebracht, abgeschieden oder in anderer Weise gebildet werden. Die für das Aufbringen, Abscheiden oder in anderer Weise Bilden von TBC 50 benutzte spezielle Technik hängt von der Zusammensetzung des TBC 50, seiner Dicke und insbesondere der für den TBC gewünschten physikalischen Struktur ab. PVD-Techniken, z. B., neigen zur Brauchbarkeit bei der Bildung von TBC's mit einer dehnungstoleranten Säulenstruktur. Im Gegensatz dazu erzeugen Plas maspritz-Techniken (z. B. APS) eine schwammartige poröse Struktur offener Poren.
Verschiedene Arten von PVD- und speziell EB-PVD-Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, können auch benutzt werden, um TBC's 50 aus den Keramik-Zusammensetzungen dieser Erfindung zu bilden. Siehe, z. B., US-PS 5,645,893 (Rickerby et al.), ausgegeben 8. Juli 1997 (insbesondere Spalte 3, Zeilen 36-63) und US-PS 5,716,720 (Murphy), ausgegeben 10. Februar 1998 (speziell Spalte 5, Zeilen 24-61) und US-PS 6,447,854 (Rigney et al.), ausgegeben 10. September 2002. Geeignete EB-PVD-Techniken zum Einsatz hierin schließen typischerweise eine Überzugskammer mit einem Gas (oder Gasmischung) ein, das (die) vorzugsweise Sauerstoff und ein Inertgas einschließt, obwohl auch eine sauerstofffreie Überzugsatmosphäre benutzt werden kann. Die keramischen thermischen Sperrüberzugsmaterialien werden dann mit Elektronenstrahlen verdampft, die, z. B., auf Barren der keramischen thermischen Sperrüberzugsmaterialien fokussiert sind, um einen Dampf von Metallionen, Sauerstoffionen und einem oder mehreren Metalloxiden zu produzieren. Das Metall und Sauer-stoffionen und Metalloxide rekombinieren unter Bildung von TBC 50 auf der Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38.
Verschiedene Arten von Plasmaspritz-Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, können auch zum Bilden von TBC's 50 aus den keramischen Zusammensetzungen dieser Erfindung benutzt werden. Siehe, z. B., Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Band 15, Seite 255 und darin angegebene Druckschriften ebenso wie US-PS 5,332,598 (Kawasaki et al.), ausgegeben 26. Juli 1994; US-PS 5,047,612 (Saukar et al.), ausgegeben 10. September 1991 und US-PS 4,741,286 (Itoh et al.), ausgegeben 3. Mai 1998, die hinsichtlich verschiedener Aspekte des Plasmaspritzens, das zur Verwendung hierin geeignet ist, instruktiv sind. Im Allgemeinen schließen typische Plasmaspritz-Techniken die Bildung eines Hochtemperatur-Plasmas ein, das eine thermische Säule erzeugt. Die Keramik-Überzugsmaterialien, z. B., Keramikpulver, werden der Säule zugeführt und die Hochgeschwindigkeitssäule wird gegen die Bindeüberzugsschicht 38 gerichtet. Verschiedene Einzelheiten solcher Plasmaspritz-Überzugstechniken sind dem Fachmann bekannt, einschließlich verschiedener relevanter Stufen und Verfahrensparameter, wie Reinigen der Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38 vor der Abscheidung; Sandstrahlen zum Entfernen von Oxiden und Aufrauen der Oberfläche; Substrat-Temperaturen, Plasmaspritz-Parameter, wie Spritzabstände (Pistole zum Substrat), Auswahl der Anzahl von Spritzdurchgängen, Pulver-Zuführungsraten, Teilchengeschwindigkeit, Brennerleistung, Plasmagas-Auswahl, Oxidationskontrolle zum Einstellen der Oxid-Stöchiometrie, Abscheidungswinkel, Nachbehandlung des aufgebrachten Überzuges und Ähnliches. Die Brennerleistung kann im Bereich von etwa 10 kW bis etwa 200 kW variieren und sie liegt in bevorzugten Ausführungsformen im Bereich von etwa 40 kW bis etwa 60 kW. Die Geschwindigkeit der Teilchen der Keramik-Überzugszusammensetzung, die in die Plasmasäule (oder den Plasma "strahl") strömen, ist ein anderer Parameter, der üblicherweise sehr genau geregelt wird.
Geeignete Plasmaspritz-Systeme sind, z. B., in der US-PS 5,047,612 (Savkar et al.), ausgegeben 10. September 1991, beschrieben. Kurz gesagt, schließt ein typisches Plasma-Spritzsystem eine Plasmakanonen-Anode ein, die eine Düse aufweist, die in Richtung der Abscheidungsoberfläche der Bindeüberzugsschicht 38 zeigt. Die Plasmakanone wird häufig automatisch geregelt, z. B. durch einen Robotermechanismus, der in der Lage ist, die Kanone in verschiedenen Mustern über die Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38 zu bewegen. Die Plasmasäule erstreckt sich in einer axialen Richtung zwischen dem Ausgang der Plasmakanonen-Anode und der Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38. Eine Art von Einrichtung zum Injizieren von Pulver ist an einer vorbe stimmten erwünschten axialen Stelle zwischen der Anode und der Oberfläche der Bindeüberzugsschicht 38 angeordnet. In einigen Ausführungsformen solcher Systeme ist die Einrichtung zur Pulverinjektion in einem radialen Sinne von der Plasmasäulenregion beabstandet und ein Injektorrohr für das Pulvermaterial befindet sich in einer Position, sodass es das Pulver in einem gewünschten Winkel in die Plasmasäule dirigieren kann. Die in einem Trägergas mitgerissenen Pulverteilchen werden durch den Injektor und in die Plasmasäule befördert. Die Teilchen werden dann in dem Plasma erhitzt und zur Bindeüberzugsschicht 38 befördert. Die Teilchen schmelzen, schlagen auf der Bindeüberzugsschicht 38 auf und kühlen sich rasch unter Bildung des TBC 50 ab.

Claims

Bindeüberzug (38) zur Haftungsverbesserung eines thermischen Sperrüberzuges (50) an einem darunter liegenden Metallsubstrat (30), wobei der Bindeüberzug (38) einen oberen Abschnitt (46) aufweist und umfasst: (1) ein Bindeüberzugs-Material, bestehend aus Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterialien und (2) eine Dispersion innerhalb mindestens des oberen Abschnittes (46) des Bindeüberzuges (38) von Teilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger und umfassend eine im Wesentlichen unlösliche, den Bindeüberzug verfestigende Verbindung, wobei die Menge dispergierter Teilchen innerhalb des mindestens oberen Abschnittes (46) des Bindeüberzuges (38) genügt, um den Bindeüberzug (38) verstärkt zu verfestigen, dadurch gekennzeichnet, dass die den Bindeüberzug verfestigende Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Tantalcarbid, Zirkoniumnitrid, Hafniumnitrid und deren Mischungen; der Bindeüberzug (38) einen unteren Abschnitt (42), direkt benachbart dem Substrat (30) und dem oberen Abschnitt (46), aufweist, wobei der obere Abschnitt (46) direkt benachbart dem unteren Abschnitt (42) liegt; und dass die Konzentration der den Bindeüberzug verfestigenden Verbindung in dem oberen Abschnitt (46) größer ist als in dem unteren Abschnitt (42) des Bindeüberzuges (38).
Bindeüberzug (38) nach Anspruch 1, worin die Menge dispergierter Teilchen in mindestens dem oberen Abschnitt (46) des Bindeüberzuges (38) mindestens 0,1 Vol.-% beträgt.
Bindeüberzug (38) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2, worin die Vol.-% dispergierter Teilchen von 0,1 bis 5 betragen und worin die Teilchengröße im Bereich von 1 bis 2000 nm liegt.
Bindeüberzug (38) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Vol.-% dispergierter Teilchen von 0,5 bis 2 betragen und worin die Teilchengröße im Bereich von 10 bis 500 nm liegt.
Bindeüberzug (38) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Platinaluminiden und einfachen Aluminiden und worin das Deckschicht-Legierungsüberzugsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MCrAlX, worin M Eisen, Cobalt, Nickel oder Legierungen davon ist und worin X Hafnium, Zirkonium, Yttrium, Tantal, Platin, Palladium, Rhenium, Silicium oder Kombinationen davon ist.
Überzogener, thermisch geschützter Gegenstand (10), umfassend: a. ein Metallsubstrat (30); b. eine Bindeüberzugs-Schicht (38) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, benachbart dem Metallsubstrat (30) und auf diesem liegend, und c. eine thermische Sperrüberzugs(50)-Schicht benachbart der Bindeüberzugs-Schicht (38) und auf dieser liegend.
Gegenstand (10) nach Anspruch 6, worin die Bindeüberzugs-Schicht (38) eine Dicke von 12,5 bis 254 μm aufweist und ein Deckschicht-Legierungsüberzugsmaterial umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MCrAlX, worin M Eisen, Cobalt, Nickel oder Legierungen davon ist und worin X Hafnium, Zirkonium, Yt-trium, Tantal, Platin, Palladium, Rhenium, Silicium oder eine Kombination davon ist.
Gegenstand (10) nach Anspruch 6, worin die Bindeüberzugs-Schicht (38) eine Dicke von 12,5 bis 102 μm aufweist und ein Aluminid-Diffusionsüberzugsmaterial umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Platinaluminiden und einfachen Aluminiden.