EP1373880A2 - Verfahren zur zerstörungsfreien prüfung carbidhaltiger oder in oberflächennähe sulfidierter legierungen - Google Patents

Verfahren zur zerstörungsfreien prüfung carbidhaltiger oder in oberflächennähe sulfidierter legierungen

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EP1373880A2
EP1373880A2 EP02729939A EP02729939A EP1373880A2 EP 1373880 A2 EP1373880 A2 EP 1373880A2 EP 02729939 A EP02729939 A EP 02729939A EP 02729939 A EP02729939 A EP 02729939A EP 1373880 A2 EP1373880 A2 EP 1373880A2
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EP
European Patent Office
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gas turbine
turbine blade
eddy current
alloy
sulfided
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02729939A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Beck
Rolf WILKENHÖNER
Ralph Reiche
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE2001128961 external-priority patent/DE10128961A1/de
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Publication of EP1373880A2 publication Critical patent/EP1373880A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013—Arrangements for scanning
    • G01N27/902—Arrangements for scanning by moving the sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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    • Y10T29/49336—Blade making
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49764—Method of mechanical manufacture with testing or indicating
    • Y10T29/49771—Quantitative measuring or gauging

Definitions

  • the invention relates to a method for the non-destructive testing of a nickel or cobalt-based alloy.
  • the invention also relates to a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade made of a nickel or cobalt-based alloy.
  • the invention further relates to a method for the non-destructive testing of carbide-containing alloys.
  • the invention also relates to a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade made of a carbide-containing alloy.
  • the invention further relates to a method for producing a gas turbine blade, in which a base body of the gas turbine blade is cast, the surface of the base body is cleaned and activated for the application of a corrosion protection layer, and the corrosion protection layer is then applied.
  • Resistance generates an inductive resistance and generates an imaginary measurement voltage in addition to the real measurement voltage in the transformer arrangement. Both parts are shown in complex form in the impedance level or the complex voltage level.
  • non-destructive material testing takes advantage of the fact that the changes in the primary field depend on the physical and geometric properties of the sample and the properties of the device.
  • Device properties include the frequency, the current strength, the voltage and the number of turns of the coil.
  • Sample properties include electrical conductivity, permeability, sample shape and material inhomogeneities in the area of eddy currents.
  • Newer devices for inductive testing allow measurements at several excitation frequencies. For this purpose, for example, the frequency can be changed automatically during a measurement, or the frequency can be manually adjusted by the user during two measurements. The frequency has a significant influence on the depth of penetration of the eddy currents. The following applies approximately:
  • the alloys are usually cast using vacuum casting.
  • the oxygen required for the oxidation comes from the material of the cast shell, for example silicon dioxide, zirconium dioxide or aluminum oxide. This creates oxide phases on the grain boundaries.
  • the original carbides are transformed, for example, into zirconium, titanium or tantalum-rich oxides.
  • the depth of the area containing oxidized carbides depends on parameters such as the carbon content in the alloy, the composition of the casting shell material and casting alloy or the cooling rate.
  • Such an oxide-containing layer can typically be about 100 to 300 ⁇ m thick. For a quality control, it is desirable to be able to detect the oxide areas of oxidized carbides that impair the mechanical properties. So far, this has not been possible without destruction.
  • HTK high-temperature corrosion
  • Another object of the invention is to provide a method for the non-destructive testing of a nickel or cobalt-based alloy, in which near-surface sulfided corrosion areas can be determined. Another task of
  • Invention is the specification of a method for destructive free testing of a gas turbine blade made of a nickel or cobalt-based alloy.
  • the object directed to a method for testing carbide-containing alloys is achieved according to the invention by specifying a method for the non-destructive testing of carbide-containing alloys, in which oxide regions near the surface of oxidized carbides are determined by means of an eddy current measurement.
  • Oxide areas of oxidized carbides (ICO, see above) or the corrosion areas of sulfided base material can be detected with sufficient accuracy using an eddy current measurement.
  • an eddy current measurement is based in particular on the electrical conductivity within the ICO ranges that differs from the base material. Tests have also been able to prove that the sensitivity of the method is even sufficient to determine the depth of the ICO-containing layers.
  • eddy current measurements at different excitation frequencies are necessary. At suitably low frequencies, the eddy current propagation in the layer containing ICO can be neglected, so that the measurement is only determined by the properties of the base material.
  • the change in the primary field is caused by the eddy currents both in the undisturbed base material and in the layer containing ICO.
  • the eddy current field only spreads in the layer containing ICO.
  • the thickness of the ICO-containing layer can be determined by correlating the frequency at which the influence of the ICO-containing layer predominates with the penetration depth of the eddy current field.
  • the object is directed to a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade solved by specifying a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade made of a carbide-containing alloy, in which oxide regions near the surface of oxidized carbides are determined by means of an eddy current measurement.
  • the object directed to a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade is achieved by a method according to claim 8.
  • a faultless structure of the base material is particularly important due to the high thermal and mechanical loads.
  • a quality check with regard to ICO-containing or corroded areas is of great value.
  • the alloy is a nickel or cobalt based superalloy.
  • Such superalloys are well known in gas turbine construction and are characterized in particular by their special high-temperature strength. However, such superalloys in particular tend to form when casting with oxygen
  • the object directed to a production method is achieved by a method for producing a gas turbine blade, in which a base body of the gas turbine blade is cast, the surface of the base body is cleaned and activated for the application of a corrosion protection layer, and then the corrosion protection layer is applied, after casting and before cleaning and activation by means of an eddy current measurement the surface before examining the presence of oxide areas of oxidized carbides.
  • Corrosion protection layers that are applied to a base body are often used in gas turbine blades.
  • the base body is preferably formed from a nickel or cobalt-based superalloy.
  • the protective layer further preferably consists of an alloy of the type MCrAlY, where M is selected from the group (iron, cobalt, nickel), Cr chromium, Al aluminum and yttrium is selected from the group (yttrium, lanthanum, rare earths).
  • M is selected from the group (iron, cobalt, nickel)
  • Cr chromium Cr chromium
  • Al aluminum aluminum
  • yttrium is selected from the group (yttrium, lanthanum, rare earths).
  • Such a protective layer requires pretreatment of the surface of the base body in order to ensure permanent adhesion between the base body and the protective layer.
  • a suitable cleaning process that simultaneously activates the surface for a good connection to the protective layer is a sputtering process in which ions are accelerated onto the surface of the base body and thereby clean and activate the surface via their kinetic energy.
  • Tests have now shown that ICO areas in the surface layer prevent suitable cleaning and activation of the surface of the body.
  • the ICO areas cannot be removed by the sputtering process. They are literally exposed because metal or impurities that have partially covered them are preferentially removed, but not the oxides themselves. This leads to a substantial impairment of the adhesion of the protective layer to the blade body.
  • composition of the main body superalloy is preferably as follows (data in percent by weight):
  • FIG. 1 shows a method for testing a gas turbine blade for ICO areas
  • FIG. 2 shows a gas turbine blade with visible ICO areas
  • FIG 3 shows a part of a longitudinal section through the base body of a gas turbine blade with an ICO layer
  • Figure 4 is a diagram of the frequency-dependent effective conductivity of samples with and without ICO areas.
  • FIG. 1 schematically shows a method for the non-destructive testing of a gas turbine blade 1 by means of an eddy current test method.
  • the gas turbine blade 1 has a base body 5.
  • the base body 5 has a surface 3.
  • a protective layer 7 is applied to the surface 3 in a partial area, which is complete. Was recorded in Figure 1, although the application of this protective layer 7 is carried out only after an eddy current test.
  • the surface 3 there is a corrosion area 9, for example an oxide area 9 of oxidized carbides by a reaction with a shell (not shown) in the
  • Casting process occurred when casting the gas turbine blade 1. Reaction with oxygen from this molded shell has converted 9 carbides into oxides in this corrosion area or oxide area. Likewise, a corrosion area 9 of sulfided base material may have arisen in the surface 3 due to high-temperature corrosion, for example in use.
  • An eddy current measuring method is used to determine interfering corrosion areas 9 before the complex cleaning and coating process.
  • an eddy current probe 11 is guided over the surface 3.
  • Electrical coils 13 are arranged on a flexible plastic carrier 15, by means of which an magnetic field is generated by means of an alternating current through the coils 13. This induces 3 electrical currents in the surface, which in turn couple back into the coils 13 via their magnetic field. This is visible as signal 19 in an evaluation unit 17 which is connected to the eddy current probe 11.
  • a signal 19 of different strength results. Due to a different electrical conductivity and magnetic susceptibility in the corrosion area 9, this can be detected by means of the eddy current probe 11. About that In addition, a depth determination for the corrosion region 9 can be carried out by changing the frequency in the alternating field of the eddy current probe 11. It is now possible for the first time to detect non-destructive corrosion areas (ICO) 9. This has considerable cost advantages as a consequence, since the blades can be ground or rejected before a complex cleaning and coating process.
  • ICO non-destructive corrosion areas
  • FIG. 2 shows, after a cleaning and activation process by means of sputtering, ICO areas 9 that have become visible in a gas turbine blade 1.
  • the ICO areas 9 are here particularly concentrated in a transition area between the airfoil 21 and the attachment area 23.
  • FIG. 3 shows the formation of an ICO area 9 on the surface 3 of a base body 5.
  • the base body 5 consists of the above-mentioned MAR-M 509 cobalt-base superalloy.
  • the thickness of the ICO layer is approx. 100 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows a diagram of the frequency-dependent effective conductivity of samples with and without ICO ranges.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel (1), bei der mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe Korrosionsbereiche (9) oxidierter Carbide bzw. oberflächennahe sulfidiertem Grundmaterials ermittelt werden. Hierdurch kann insbesondere bereits vor einem aufwendigen Reinigungs- und Beschichtungsprozess der Gasturbinenschaufel ein Abschleifen bzw. Aussondern der Schaufeln erfolgen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung carbidhaltiger oder in Oberflächennähe sulfidierter Legierungen sowie zur Her- Stellung einer Gasturbinenschaufel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Nickel- oder Kobalt-Basislegierung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prü- fung einer Gasturbinenschaufel aus einer Nickel- oder Kobalt- Basislegierung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung carbidhaltiger Legierungen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel aus einer carbidhaltigen Legierung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel, bei dem ein Grundkörper der Gasturbinenschaufel gegossen, die Oberfläche des Grundkörpers für das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht gereinigt und aktiviert und anschließend die Korrosionsschutzschicht aufgebracht wird.
In dem Buch von H. Blumenauer "Werkstoffprüfung", 5. Aufl., VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1989, ist die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit dem Wirbelstromverfahren beschrieben. Es beruht darauf, dass das elektromagnetische Wechselfeld einer von Wechselstrom durchflos- senen Spule verändert wird, wenn eine metallische Probe in ihren Wirkungsbereich gebracht wird. Durch das Primärfeld der Spule wird in der zu untersuchenden Probe eine Wechselspannung induziert, die ihrerseits einen Wechselstrom erzeugt, der seinerseits wiederum ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses sekundäre Wechselfeld wirkt charakteristischerweise dem Primärfeld entgegen und verändert somit seine Parameter. Die Veränderung läßt sich messtechnisch erfassen. Dazu wird beispielsweise bei Spulen mit Primär- und Sekundärwicklung die Sekundärspannung gemessen (transformatorisches Prinzip) . Oder es wird, beispielsweise bei Spulen mit nur einer Wicklung, deren Scheinwiderstand ermittelt (parametrisches Prinzip) . Gemäß der in einem Wechselstromkreis geltenden Gesetze wird durch die Induktion in der Spule und in der Probe bei der parametrischen Anordnung außer dem Ohm' sehen
Widerstand noch ein induktiver Widerstand erzeugt und bei der transformatorischen Anordnung außer der realen Messspannung noch eine imaginäre Messspannung erzeugt. Beide Anteil werden in komplexer Form in der Scheinwiderstandsebene bzw. der komplexen Spannungsebene dargestellt. In diesen beiden Beispielen macht sich die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung den Effekt zu Nutze, dass die Veränderungen des Primärfeldes von den physikalischen und geometrischen Probeneigenschaften sowie den Geräteeigenschaften abhängen. Geräteeigenschaften sind u.a. die Frequenz, die Stromstärke, die Spannung und die Windungszahl der Spule. Probeneigenschaften sind u.a. elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität, Probenform sowie WerkstoffInhomogenitäten im Bereich der Wirbelströme. Neuere Geräte zur induktiven Prüfung erlauben Messungen bei mehreren Anregungsfrequenzen. Dazu kann beispielsweise die Frequenz während einer Messung automatisch verändert werden, oder die Frequenz wird vom Benutzer während zweier Messungen manuell verstellt. Die Frequenz hat eine wesentlichen Einfluß auf die Eindringtiefe der Wirbelströme. Es gilt näherungsweise:
503
//• σ - μr
δ[mm] Eindringtiefe, f [Hz] Frequenz, σ [MS/m = m/ (Ωmm2) ] spezifische Leitfähigkeit, μr relative Permeabilität.
Die Standardeindringtiefe verringert sich mit wachsender Frequenz . In dem Artikel "Non-Destructive Testing of Corrosion Effect on High Temperature Protective Coatings" von G. Dibelius, H.J. Krischel und U. Reimann, VGB Kraftwerkstechnik 70 (1990), Nr. 9, ist eine zerstörungsfreie Prüfung von Korrosi- onsprozessen in Schutzschichten von Gasturbinenschaufeln beschrieben. Eine Messmethode bei Nickel-basierten Schutzschichten ist die Messung der magnetischen Permeabilität aufgrund eines sich im Korrosionsprozess ändernden Ferromagne- tismus in der Schutzschicht. Für den Fall eines Platin-Alumi- nium-Schutzschichtsystems wird die Möglichkeit der Wirbelstrommessung diskutiert. Aufgrund der gemessenen Signalhöhen kann auf eine Schichtdicke der Schutzschicht geschlossen werden.
In dem Artikel "How to cast Cobalt-Based Superalloys" von
M.J. Woulds in: Precision Metal, April 1969, S. 46, sowie in dem Artikel von M.J. Woulds und T.R. Cass, "Recent Developments in MAR-M Alloy 509", Cobalt, Nr. 42, Seiten 3 bis 13, ist beschrieben, dass es beim Gießen von Bauteilen wie auch Gasturbinenschaufeln zur Reaktion der erstarrenden oder bereits erstarrten Bauteiloberfläche mit dem Material der Gussschale kommen kann. Dabei kann es z.B. zur Oxidation von Car- biden im Gussbauteil kommen. Ein solcher Vorgang wird hier weiterhin als "Inner Carbide Oxidation", ICO, bezeichnet. Die Entstehung von ICO hat einen Abbau von die Korngrenzen einer Legierung verstärkenden Carbide zur Folge. Insbesondere im oberflächennahen Bereich einer Gasturbinenschaufel kann dies zu einer erheblichen Materialschwächung führen. Die Legierungen werden üblicherweise im Vakuumguss vergossen. Der zur Oxidation erforderliche Sauerstoff kommt aus dem Material der Gussschale, z.B. Siliciumdioxid, Zirkondioxid oder Aluminiumoxid. Dadurch entstehen Oxidphasen auf den Korngrenzen. Die ursprünglichen Carbide werden beispielsweise zu Zirkon-, Titan- oder Tantal-reichen Oxiden transformiert. Die Tiefe des Bereichs, der oxidierte Carbide enthält, ist von Parametern abhängig, wie dem Kohlenstoffgehalt in der Legierung, der Zusammensetzung von Gussschalenmaterial und Gusslegierung oder auch der Abkühlgeschwindigkeit. Typischerweise kann eine solche oxidhaltige Schicht etwa 100 bis 300 μm dick sein. Für eine Qualitätskontrolle ist es wünschenswert, die die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigenden Oxidbereiche oxi- dierter Carbide nachweisen zu können. Zerstörungsfrei ist dies bisher nicht möglich.
Nickel- und Kobalt-Basislegierungen neigen unter bestimmten Umgebungsbedingungen zur Ausbildung einer Korrosionsform, die Hochtemperatur-Korrosion (HTK) genannt wird. Aus werkstofftechnischer Sicht ist HTK eine an den Korngrenzen verlaufende, komplexe Sulfidation des Grundwerkstoffs. Mit voranschreitender HTK werden tragende Querschnitte von Bauteilen geschwächt. Die Kenntnis der Tiefe des HTK-Angriffs ist wich- tig, um die Betriebssicherheit und Restlebensdauer eines Bauteils abschätzen zu können, und um zu entscheiden, ob eine Aufarbeitung (z.B. Refurbishment von Gasturbinenschaufeln) möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung carbidhaltiger Legierungen, bei dem oberflächennahe Oxidbereiche oxidierter Carbide ermittelt werden können. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gastur- binenschaufel aus einer carbidhaltigen Legierung. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel anzugeben, bei dem auf einen Grundkörper der Gasturbinenschaufel eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht wird, wobei Qualität und Lebensdauer der Korrosi- onsschutzschicht besonders hoch sind.
Aufgabe der Erfindung ist weiterhin die Angabe eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung einer Nickel- oder Kobalt- Basislegierung, bei dem oberflächennahe sulfidierte Korrosi- onsbereiche ermittelt werden können. Weitere Aufgabe der
Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur zerstörungs- freien Prüfung einer Gasturbinenschaufel aus einer Nickeloder Kobalt-Basislegierung.
Die auf ein Verfahren zur Prüfung carbidhaltiger Legierungen gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung carbidhaltiger Legierungen, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe Oxidbereiche oxidierter Carbide ermittelt werden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die
Oxidbereiche oxidierter Carbide (ICO, siehe oben) bzw. die Korrosionsbereiche von sulfidiertem Grundwerkstoff mit hinreichender Genauigkeit über eine Wirbelstrommessung nachgewiesen werden können. Eine solche Wirbelstrommessung beruht, wie oben ausgeführt, insbesondere auf der vom Grundmaterial verschiedenen elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der ICO- Bereiche. Versuche konnten weiterhin belegen, dass die Empfindlichkeit des Verfahrens sogar ausreicht, eine Bestimmung der Tiefe der vorliegenden ICO-haltigen Schichten zu bestim- men. Wie oben ausgeführt, sind dazu Wirbelstrommessungen bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen nötig. Bei geeignet tiefen Frequenzen ist die Wirbelstromausbreitung in der ICO- haltigen Schicht zu vernachlässigen, so dass die Messung nur durch die Eigenschaften des Grundwerkstoffes bestimmt wird. In einem Übergangsbereich wird die Änderung des Primärfeldes durch die Wirbelströme sowohl im ungestörten Grundwerkstoff als auch in der ICO-haltigen Schicht bedingt. Ab einer gewissen Frequenzhöhe breitet sich das Wirbelstromfeld nur in der ICO-haltigen Schicht aus. Es tritt demzufolge ein definierter Übergang in der Messgröße (z.B. Leitfähigkeit oder Permeabilität) als Funktion der Anregungsfrequenz auf. Durch Korrelation der Frequenz, bei welcher der Einfluß der ICO-haltigen Schicht überwiegt, mit der Eindringtiefe des Wirbelstromfeldes läßt sich die Dicke der ICO-haltigen Schicht bestimmen.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel gerichtete Aufgabe gelöst durch Angabe eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel aus einer carbidhaltigen Legierung, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe Oxidbereiche oxidierter Carbide ermittelt werden.
Die auf die oben genannten Verfahren gerichteten Aufgabe werden erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahren gemäß Patentanspruch 1, 2, 4, 7.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8.
Gerade bei einer Gasturbinenschaufel kommt es aufgrund der sowohl hohen thermischen als auch mechanischen Belastungen in besonderem Maße auf ein fehlerfreies Gefüge des Grundwerkstoffs an. Gerade in diesem Bereich ist also eine Qualitätsüberprüfung hinsichtlich ICO-haltiger bzw. korrodierter Bereiche von großem Wert.
Vorzugsweise ist die Legierung eine Nickel- oder Kobaltbasis- Superlegierung. Solche Superlegierungen sind im Gasturbinenbau bestens bekannt und zeichnen sich insbesondere durch eine besondere Hochwarmfestigkeit aus. Gerade solche Superlegie- rungen neigen aber dazu, beim Gießen mit dem Sauerstoff der
Gussform zu reagieren und dabei die erwähnten ICO-Bereiche zu bilden.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Herstellungsverfahren ge- richtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel, bei dem ein Grundkörper der Gasturbinenschaufel gegossen, die Oberfläche des Grundkörpers für das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht gereinigt und aktiviert und anschließend die Korrosionsschutzschicht aufgebracht wird, wobei nach dem Gießen und vor der Reinigung und Aktivierung mittels einer Wirbelstrommessung die Oberflä- ehe auf das Vorhandensein von Oxidbereichen oxidierter Carbide untersucht wird.
Bei Gasturbinenschaufeln kommen häufig Korrosionsschutz- schichten zum Einsatz, die auf einen Grundkörper aufgebracht werden. Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise aus einer Nickel- oder Kobaltbasis-Superlegierung gebildet. Weiter bevorzugt besteht die Schutzschicht aus einer Legierung der Art MCrAlY, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe (Eisen, Kobalt, Nickel) , Cr Chrom, AI Aluminium und Yttrium ausgewählt ist aus der Gruppe (Yttrium, Lanthan, Seltene Erden) . Eine solche Schutzschicht erfordert eine Vorbehandlung der Oberfläche des Grundkörpers um eine dauerhafte Haftung zwischen dem Grundkörper und der Schutzschicht zu gewährleisten. Ein geeigneter Reinigungsprozess, der gleichzeitig die Oberfläche für die gute Verbindung mit der Schutzschicht aktiviert, ist ein Sputter-Prozess, bei dem Ionen auf die Grundkörperoberfläche beschleunigt werden und die Oberfläche dabei über ihre kinetische Energie reinigen und aktivieren. Versuche haben nun ergeben, dass ICO-Bereiche in der Oberflächenschicht eine geeignete Reinigung und Aktivierung der Grundkörperoberfläche verhindern. Die ICO-Bereiche können durch den Sputter-Prozess nicht abgetragen werden. Sie werden regelrecht freigelegt, weil Metall oder Verunreinigungen, die sie zum Teil verdeckt haben, bevorzugt abgetragen werden, nicht aber die Oxide selbst. Dies führt zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Haftung der Schutzschicht auf dem Schaufelgrundkörper.
Um bereits vor dem aufwendigen Reinigungs- und Beschichtungs- prozess bei einer Gasturbinenschaufel eine Aussage treffen zu können, ob ICO-haltige Bereiche an der Oberfläche des Grundkörpers vorhanden sind, wird die Wirbelstrommessung eingesetzt. Hierdurch ist man nun erstmals in der Lage, kostengünstig bereits im Vorfeld die Schaufeln mit ICO-haltigen Berei- chen über einen Schleifprozess zu reinigen oder bereits im Vorfeld auszusondern. Erfolgreich gereinigte Schaufeln oder von vorn herein nicht ICO-Bereich belastete Schaufeln werden sodann mit der Schutzschicht versehen, was vorzugsweise durch ein Plasmaspritzen geschieht.
Die Zusammensetzung der Grundkörper-Superlegierung ist bevor- zugt wie folgt (Angaben in Gewichtsprozenten) :
24% Chrom, 10% Nickel, 7% Wolfram, 3,5% Tantal, 0,2% Titan, 0,5% Zirkon, 0,6% Kohlenstoff und der Rest Kobalt. Diese Legierung wird auch unter dem Handelsnamen MAR-M 509 geführt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:
Figur 1 ein Verfahren zur Prüfung einer Gasturbinenschaufel auf ICO-Bereiche,
Figur 2 eine Gasturbinenschaufel mit sichtbaren ICO-Berei- chen,
Figur 3 einen Teil eines Längsschnittes durch den Grundkörper einer Gasturbinenschaufel mit einer ICO- Schicht, und
Figur 4 ein Diagramm zur frequenzabhängigen effektiven Leitfähigkeit von Proben mit und ohne ICO- Bereichen.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Figur 1 zeigt schematisch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel 1 mittels eines Wirbelstromprüfverfahrens. Die Gasturbinenschaufel 1 weist einen Grundkörper 5 auf. Der Grundkörper 5 weist eine Oberfläche 3 auf. Auf der Oberfläche 3 ist in einem Teilbereich eine Schutzschicht 7 aufgebracht, welche der Vollständigkeit hal- ber in Figur 1 aufgenommen wurde, obwohl das Aufbringen dieser Schutzschicht 7 erst nach einer erfolgten Wirbelstromprüfung durchgeführt wird. In der Oberfläche 3 ist ein Korrosionsbereich 9 bspw. ein Oxidbereich 9 oxidierter Carbide durch eine Reaktion mit einer nicht dargestellten Formschale im
Gussprozess beim Abgießen der Gasturbinenschaufel 1 entstanden. Durch Reaktion mit Sauerstoff aus dieser Formschale haben sich in diesem Korrosionsbereich bzw. Oxidbereich 9 Carbide in Oxide umgewandelt. Ebenso können in der Oberfläche 3 durch Hochtemperaturkorros2ion, bspw. im Einsatz, ein Korrosionsbereich 9 von sulfidiertem Grundmaterial entstanden sein.
Dies führt einerseits dazu, dass die Festigkeit des Grundkörpermaterials in diesem Bereich herabgesetzt ist, da die die Korngrenzen verfestigende Wirkung der Carbide entfällt.
Weiterhin hat dies zur Folge, dass ein vor dem Aufbringen der Schutzschicht 7 erfolgender Reinigungs- und Aktvierungspro- zess mittels eines Sputterns im Korrosionsbereich 9 ohne Wirkung bleibt. Hierdurch wird die Haftung der Schutzschicht 7 auf dem Grundkörper 5 erheblich beeinträchtigt. Um bereits vor dem aufwendigen Reinigungs- und Beschichtungsprozess störende Korrosionsbereiche 9 zu ermitteln, wird ein Wirbel- strom essverfahren angewandt. Hierzu wird eine Wirbelstromsonde 11 über die Oberfläche 3 geführt. Auf einem flexiblen Kunststoffträger 15 sind elektrische Spulen 13 angeordnet, durch die mittels eines Wechselstroms durch die Spulen 13 ein magnetisches Feld erzeugt wird. Dieses induziert in der Oberfläche 3 elektrische Ströme, die wiederum über ihr Magnetfeld in die Spulen 13 zurückkoppeln. Dies wird als Signal 19 in einer Auswerteeinheit 17 sichtbar, die mit der Wirbelstromsonde 11 verbunden ist. Abhängig insbesondere von der elektrischen Leitfähigkeit, aber auch von der magnetischen Permeabilität des Materials im Bereich der Wirbelstromsonde 11 ergibt sich ein unterschiedlich starkes Signal 19. Durch eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit und magnetische Suszeptibilität in dem Korrosionsbereich 9 ist dieser mittels der Wirbelstromsonde 11 detektierbar . Darüber hinaus kann durch eine Frequenzveränderung im Wechselfeld der Wirbelstromsonde 11 eine Tiefenbestimmung für den Korrosionsbereich 9 durchgeführt werden. Somit ist es erstmals möglich, zerstörungsfrei Korrosionsbereiche (ICO) 9 nachzuweisen. Dies hat insbesondere erhebliche Kostenvorteile als Konsequenz, da die Schaufeln bereits vor einem aufwendigen Reinigungs- und Beschichtungsprozess sauber geschliffen bzw. ausgesondert werden können.
Figur 2 zeigt nach einem Reinigungs- und Aktivierungsprozess mittels Sputtern sichtbar gewordene ICO-Bereiche 9 bei einer Gasturbinenschaufel 1. Die ICO-Bereiche 9 sind hier insbesondere konzentriert in einem Übergangsbereich zwischen dem Schaufelblatt 21 und dem Befestigungsbereich 23.
In Figur 3 ist in einem Längsschnitt die Ausbildung eines ICO-Bereichs 9 an der Oberfläche 3 eines Grundkörpers 5 dargestellt. Der Grundkörper 5 besteht aus der oben genannten MAR-M 509 Kobaltbasis-Superlegierung. Die Dicke der ICO- Schicht liegt bei ca. 100 μm.
Figur 4 zeigt ein Diagramm zur frequenzabhängigen effektiven Leitfähigkeit von Proben mit und ohne ICO-Bereichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung carbidhaltiger Legierungen, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung ober- flächennahe Oxidbereiche (9) oxidierter Carbide ermittelt werden.
2. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel (1) aus einer carbidhaltigen Legierung, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe Oxidbereiche (9) oxidierter Carbide ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Legierung eine Nickel- oder Kobaltbasis-Super- legierung ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel (1), bei dem ein Grundkörper (5) der Gasturbinenschaufel (1) gegossen, die Oberfläche (3) des Grundkörpers (5) für das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht (7) gereinigt und aktiviert und anschließend die Korrosionsschutzschicht (7) aufgebracht wird, wobei nach dem Gießen und vor der Reinigung und Aktivierung mittels einer Wirbelstrommessung die Oberfläche auf das Vorhandensein von Oxidbereichen oxidierter Carbide untersucht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Grundkörper (5) aus einer Nickel- oder Kobalt- basis-Superlegierung besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Schutzschicht (7) aus einer Legierung der Art MCrAlY besteht, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe (Fe, Co, Ni) , Cr Chrom, AI Aluminium und Y ausgewählt ist aus der Gruppe (Y, La, Seltene Erde) .
7. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Nickel- oder Kobalt-Basislegierung, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe sulfidierte Korrosionsbereiche (9) ermittelt werden.
8. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Gasturbinenschaufel (1) aus einer Nickel- oder Kobalt-Basislegierung, bei dem mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe sulfidierte Korrosionsbereiche (9) ermittelt werden.
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