EP1687459A1 - Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer solchen schutzschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer solchen schutzschicht

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Publication number
EP1687459A1
EP1687459A1 EP04802670A EP04802670A EP1687459A1 EP 1687459 A1 EP1687459 A1 EP 1687459A1 EP 04802670 A EP04802670 A EP 04802670A EP 04802670 A EP04802670 A EP 04802670A EP 1687459 A1 EP1687459 A1 EP 1687459A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
protective layer
platinum
aluminum
coating material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04802670A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Cosack
Wolfgang Eichmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a protective layer, namely an oxidation and / or corrosion protection layer, for components, in particular for components of a gas turbine.
  • the invention further relates to a protective layer and a component with such a protective layer.
  • Coatings made of at least platinum and aluminum for gas turbine components and which act as an oxidation protection layer or corrosion protection layer are well known from the prior art.
  • the alitation of the component already coated with platinum is preferably carried out by diffusion.
  • the coating of a component with platinum and aluminum is therefore carried out according to the prior art in two separate processes. First, platinum is preferably coated by electroplating, then aluminum is preferably coated by diffusion.
  • the separate application of platinum and aluminum is disadvantageous for process engineering reasons, since the time for producing the corresponding protective layer is extended by separate coating processes to be carried out one after the other.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel method for producing a protective layer, a novel protective layer and a component with such a protective layer.
  • a component having a substrate surface and a substrate composition is provided in a first step of the method.
  • a coating material is provided, the coating material comprising at least platinum (Pt) and aluminum (Al).
  • the coating material consisting of at least platinum (Pt) and aluminum (Al) is then deposited onto the component to be coated in a PVD process (physical vapor deposition process).
  • the platinum (Pt) and the aluminum (AI) are deposited together on the component to be coated in a single PVD process.
  • cathode sputtering which is also referred to as sputtering
  • the sputtering preferably being carried out under a protective gas atmosphere.
  • the protective layer according to the invention is defined in claim 13 and the component according to the invention is defined in claim 16. Uses of the protective layer according to the invention result from patent claims 14 and 15.
  • FIGS. 1 to 2 shows a schematic process arrangement for clarifying the method according to the invention for producing the protective layer according to the invention. The present invention is described in greater detail below with reference to FIGS. 1 to 2.
  • FIG. 1 shows a blade 10 of a gas turbine as the component to be coated.
  • the blade 10 has an airfoil 11 and a blade root 12.
  • the blade 10 is also referred to as a substrate to be coated, which has a substrate composition.
  • the substrate composition of the blade 10 can be based on a nickel-based alloy or also on a cobalt-based alloy. Furthermore, it is possible with the method according to the invention to coat components whose substrate composition is based on a titanium-based alloy.
  • the component to be coated in the exemplary embodiment shown the blade 10 to be coated, is to be provided on its surface with an oxidation protection layer and a corrosion protection layer. 1, both a substrate surface 13 in the area of the airfoil 11 and a substrate surface 14 in the area of the blade root 12 are to be provided with the protective layer. It is also conceivable to use the method according to the invention only to coat the blade 10 in regions, either in the region of the substrate surface 13 or in the region of the substrate surface 14.
  • the oxidation protection layer or corrosion protection layer for the blade 10 of a gas turbine is produced in that a coating material, which is composed at least of platinum and aluminum, is deposited on the component to be coated using a PVD process.
  • PVD is an abbreviation for physical vapor deposition
  • FIG. 2 shows a process chamber 15 designed as a vacuum chamber, in which the blade 10 to be coated is positioned on a receptacle 16.
  • the blade 10 positioned on the receptacle 16 can be rotated in the direction of the arrow 17 within the process chamber 15 in order to ensure a uniform coating of the blade 10 from all sides.
  • coating material 18, which is also referred to as a target is also arranged within the process chamber 15.
  • the coating material 18 or target is connected to a voltage or power supply source 19, the coating material 18 forming a cathode, as shown in FIG. 2.
  • the process chamber 15 is evacuated with the aid of a vacuum pump 20 and then process gas is introduced into the vacuum chamber 15 via the feed device 21.
  • the process gas is preferably argon and / or krypton.
  • gas ions of the process gas are accelerated by the voltage field applied to the coating material 18 and strike the coating material 18.
  • the gas ions lift metal atoms or metal molecules of the coating material 18 out of the coating material 18.
  • the coating material 18 is therefore atomized by the momentum transfer of the gas ions.
  • the atomized atoms or molecules of the coating material are deposited on the blade 10 to be coated and on the receptacle 16 and thus form a coating of the blade 10.
  • the PVD method described above, in which the gas ions by means of a mechanical process, from atoms or molecules knocked out of the coating material 18 forming a cathode is also referred to as cathode sputtering.
  • Sputtering is a special case of PVD coating and is preferably used in the present invention.
  • the coating material 18 has at least platinum and aluminum.
  • the coating material 18 can be used as a plate made of high-purity aluminum minium be formed, in which islands or inserts made of high-purity platinum are integrated.
  • the coating material 18 can also comprise nickel and optionally also cobalt. Like platinum, nickel and cobalt can also be integrated as islands or inserts in a plate made of high-purity aluminum. Furthermore, the coating material 18 can also have yttrium, hafnium and silicon.
  • the composition of the coating material 18 is adapted on the one hand to the substrate composition of the blade 10 to be coated and on the other hand to the composition of the protective layer to be produced.
  • the coating material 18 must of course provide at least aluminum and platinum in a sufficient amount and in a coordinated composition so that a protective layer with the desired composition results after sputtering. It should be noted that the composition of the coating material 18 or the target is shifted in favor of the slower or slower or less active element. This means that in the case of a coating material made of platinum and aluminum, the ratio of platinum and aluminum in the coating material is shifted in favor of platinum relative to the desired composition of the protective layer, since the platinum behaves more slowly compared to the aluminum during the coating.
  • the target or the coating material 18 is preferably a plate made of high-purity aluminum, in which inserts or islands made of high-purity platinum and optionally high-purity nickel and high-purity cobalt are integrated.
  • the coating material 18 it is also possible to provide as the coating material 18 a plate-shaped element which is provided by hot isostatic pressing (rocking) of at least aluminum powder, platinum powder and optionally nickel powder.
  • the coating material 18 is formed by elements which are in a so-called intermetallic phase. In this way, particularly oxidation-resistant protective layers can be produced.
  • the coated component that is to say the coated blade 10 in the exemplary embodiment shown
  • This heat treatment can be used to ensure that the aluminum and platinum deposited on the surface of the blade 10 diffuse into the surface of the blade 10.
  • the coating can be compressed. Furthermore, it is possible to mechanically blast the component to be coated, that is to say the blade 10 to be coated, before the PVD process. This enables the surfaces to be coated to be activated.
  • a protective layer against oxidation and corrosion on components of a gas turbine is accordingly provided in that a platinum-aluminum protective layer is produced using a PVD process using a platinum-aluminum target.
  • the target or coating material 18 can comprise, in addition to platinum and aluminum, further elements, for example nickel and / or cobalt.
  • it is proposed for the first time to produce a platinum-aluminum protective layer for a component by means of a PVD process, namely by sputtering or by cathode sputtering.
  • the platinum and aluminum are therefore applied to the component to be coated in a common process step.
  • the manufacturing time of the protective layer can be shortened.
  • the PVD coating takes place in a vacuum chamber, a pressure of 10 6 mbar being used as the starting pressure for the PVD process.
  • argon is then introduced into the vacuum chamber as process gas.
  • the oxidation resistance of the component can be improved in that the nickel-based alloy or cobalt-based alloy of the component serving as the substrate contains yttrium and / or hafnium and / or silicon. Yttrium, hafnium and silicon promote the oxidation resistance of the component to be coated.
  • the method according to the invention is used above all in components for gas turbines, in particular in rotor blades, guide vanes, rotor blade segments, guide blade segments or also in the coating of rotationally symmetrical components of a gas turbine, in particular an aircraft engine.
  • the protective layer according to the invention preferably serves as a hot gas corrosion protection layer on components of an aircraft engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht gegen Oxidation und/oder Korrosion für Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine. Bei dem Verfahren wird ein Bauteil mit einer Substratoberfläche und einer Substratzu­sammensetzung bereitgestellt. Dann wird ein Beschichtungsmaterial bereitgestellt, wobei das Beschichtungsmaterial zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) aufweist. Darauffol­gend wird das Beschichtungsmaterial aus zumindest Platin (Pt) und Aluminium (Al) auf das zu beschichtende Bauteil in einem PVD-Prozess (Physical Vapour Deposition-Prozess) ab­geschieden. Platin (Pt) und Aluminium (Al) werden gemeinsam mit einem einzigen PVD­Prozess auf das zu beschichtende Bauteil abgeschieden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, Schutzschicht und Bauteil mit einer solchen Schutzschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, nämlich einer Oxi- dations- und/oder Korrosionsschutzschicht, für Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Schutzschicht und ein Bauteil mit einer solchen Schutzschicht.
Als Oxidationsschutzschicht bzw. Korrosionsschutzschicht wirkende Beschichtungen aus zumindest Platin und Aluminium für Gasturbinenbauteile sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Zur Herstellung derartiger Schutzschichten ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Platin im Wege einer galvanischen Beschichtung auf ein zu beschichtendes Bauteil aufzutragen und anschließend in einem separaten Prozess Aluminium getrennt aufzutragen. Nach dem Stand der Technik erfolgt das Alitieren des bereits mit Platin beschichteten Bauteils vorzugsweise durch Eindiffundieren. Das Beschichten eines Bauteils mit Platin sowie Aluminium wird nach dem Stand der Technik demnach in zwei voneinander getrennten Prozessen durchgeführt. Zuerst erfolgt das Beschichten mit Platin vorzugsweise auf galvanischem Wege, anschließend erfolgt das Beschichten mit Aluminium vorzugsweise durch Eindiffundieren. Das getrennte Auftragen von Platin und Aluminium ist aus prozesstechnischen Gründen nachteilig, da durch getrennte, hintereinander durchzuführende Beschichtungsverfahren die Zeit zur Herstellung der entsprechenden Schutzschicht verlängert wird.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, eine neuartige Schutzschicht und ein Bauteil mit einer solchen Schutzschicht zu schaffen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Schritt des Verfahrens ein Bauteil mit einer Substratoberfläche und einer Substratzusammensetzung bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird ein Beschichtungsmatenal bereitgestellt, wobei das Beschichtungsmatenal zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) aufweist. Darauffolgend wird das Beschichtungsmatenal aus zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) auf das zu beschichtende Bauteil in einem PVDProzess (Physical Vapour Deposition-Prozess) abgeschieden. Das Platin (Pt) und das Aluminium (AI) werden gemeinsam in einem einzigen PVD-Prozess auf das zu beschichtende Bauteil abgeschieden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, Platin und Aluminium mithilfe eines PVD-Verfahrens gemeinsam in einem einzigen Prozessschritt aufzutragen. Hierdurch kann das nach dem Stand der Technik erforderliche, separate Alitieren entfallen. Mithilfe der Erfindung lassen sich Schutzschichten mit den geforderten Schutzeigenschaften schneller herstellen als nach dem Stand der Technik.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als PVD-Prozess Kathodenzer- stäuben, welches auch als Sputtern bezeichnet wird, verwendet, wobei das Sputtern vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht ist im Patentanspruch 13 und das erfindungsgemäße Bauteil ist im Patentanspruch 16 definiert. Erfindungsgemäße Verwendungen der Schutzschicht ergeben sich aus den Patentansprüchen 14 und 15.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Bauteil einer Gasturbine; und
Fig. 2 eine schematisierte Prozessanordnung zur Verdeutlichung des erf indungsge- mäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schutzschicht. Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 2 in größerem Detail beschrieben.
Fig. 1 zeigt als zu beschichtendes Bauteil eine Schaufel 10 einer Gasturbine. Die Schaufel 10 verfügt gemäß Fig. 1 über ein Schaufelblatt 1 1 sowie einen Schaufelfuß 12. Die Schaufel 10 bezeichnet man auch als zu beschichtendes Substrat, welches eine Substratzusammensetzung aufweist. Die Substratzusammensetzung der Schaufel 10 kann auf einer Nickelbasislegierung oder auch auf einer Kobaltbasislegierung beruhen. Weiterhin ist es möglich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bauteile zu beschichten, deren Substratzusammensetzung auf einer Titanbasislegierung beruht.
Das zu beschichtende Bauteil, im gezeigten Ausführungsbeispiel die zu beschichtende Schaufel 10, ist an seiner Oberfläche mit einer Oxidationsschutzschicht sowie Korrosionsschutzschicht zu versehen. Gemäß Fig. 1 ist sowohl eine Substratoberfläche 13 im Bereich des Schaufelblatts 1 1 als auch eine Substratoberfläche 14 im Bereich des Schaufelfußes 12 mit der Schutzschicht zu versehen. Es ist auch vorstellbar, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine bereichsweise Beschichtung der Schaufel 10 vorzunehmen, entweder im Bereich der Substratoberfläche 13 oder im Bereich der Substratoberfläche 14.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird die Oxidationsschutzschicht bzw. Korrosionsschutzschicht für die Schaufel 10 einer Gasturbine dadurch hergestellt, dass ein Beschichtungsmatenal, welches zumindest aus Platin sowie Aluminium zusammengesetzt ist, mithilfe eines PVD-Prozesses auf das zu beschichtende Bauteil abgeschieden wird. Auf die Details des PVD-Prozesses (PVD ist eine Abkürzung für Physical Vapor Deposition) wird nachfolgend unter Bezugsnahme auf Fig. 2 in größerem Detail eingegangen.
Fig. 2 zeigt eine als Vakuumkammer ausgebildete Prozesskammer 15, in der die zu beschichtende Schaufel 10 auf einer Aufnahme 16 positioniert ist. Die auf der Aufnahme 16 positionierte Schaufel 10 kann im Sinne des Pfeils 17 innerhalb der Prozesskammer 15 drehend bewegt werden, um eine von allen Seiten gleichmäßige Beschichtung der Schaufel 10 zu gewährleisten. Neben der zu beschichtenden Schaufel 10 ist innerhalb der Prozesskammer 15 weiterhin Beschichtungsmatenal 18 angeordnet, das auch als Target bezeichnet wird. Das Beschichtungsmatenal 18 bzw. Target ist an eine Spannungs- bzw. Stromversorgungsquelle 19 angeschlossen, wobei, wie in Fig. 2 gezeigt, das Beschichtungsmatenal 18 eine Kathode bildet.
Zur Beschichtung der in der Prozesskammer 15 angeordneten Schaufel 10 mit dem ebenfalls in der Prozesskammer 15 angeordneten Beschichtungsmatenal 18 wird die Prozesskammer 15 mithilfe einer Vakuumpumpe 20 evakuiert und darauffolgend wird über die Einspeiseeinrichtung 21 Prozessgas in die Vakuumkammer 15 eingeleitet. Bei dem Prozessgas handelt es sich vorzugsweise um Argon und/oder Krypton.
Innerhalb der Vakuumkammer 15 werden Gasionen des Prozessgases durch das am Beschichtungsmatenal 18 anliegende Spannungsfeld beschleunigt und schlagen auf das Beschichtungsmatenal 18 auf. Hierbei hebeln die Gasionen aus dem Beschichtungsmatenal 18 Metallatome oder Metallmoleküle des Beschichtungsmaterials 18 heraus. Das Beschichtungsmatenal 18 wird demnach durch Impulsübertragung der Gasionen zerstäubt. Die zerstäubten Atome oder Moleküle des Beschichtungsmaterials schlagen sich auf der zu beschichtenden Schaufel 10 sowie auf der Aufnahme 16 nieder und bilden so eine Beschichtung der Schaufel 10. Das oben beschriebene PVD-Verfahren, bei welchem die Gasionen im Wege eines mechanischen Prozesses Atome oder Moleküle aus dem eine Kathode bildenden Beschichtungsmatenal 18 herausgeschlagen, bezeichnet man auch als Kathodenzerstäuben bzw. Sputtern.
Das Sputtern ist ein Spezialfall der PVD-Beschichtung und findet bei der hier vorliegenden Erfindung bevorzugt Verwendung.
Bei der hier vorliegenden Erfindung, bei welcher die zu beschichtende Schaufel 10 mit einer Oxidationsschutzschicht bzw. Korrosionsschutzschicht aus Aluminium und Platin zu beschichten ist, weist das Beschichtungsmatenal 18 zumindest Platin und Aluminium auf. So kann das Beschichtungsmatenal 18 zum Beispiel als eine Platte aus hochreinem Alu- minium ausgebildet sein, in welche Inseln bzw. Einsätze aus hochreinem Platin integriert sind.
Neben Aluminium und Platin kann das Beschichtungsmatenal 18 auch Nickel und gegebenenfalls auch Kobalt umfassen. Auch Nickel und Kobalt können wie das Platin als Inseln bzw. Einsätze in eine Platte aus hochreinem Aluminium integriert sein. Weiterhin kann das Beschichtungsmatenal 18 auch Yttrium, Hafnium und Silizium aufweisen.
Die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials 18 ist einerseits an die Substratzusammensetzung der zu beschichtenden Schaufel 10 und andererseits an die Zusammensetzung der herzustellenden Schutzschicht angepasst. So muss das Beschichtungsmatenal 18 selbstverständlich zumindest Aluminium und Platin in einer ausreichenden Menge sowie in einer aufeinander abgestimmten Zusammensetzung bereitstellen, damit sich nach dem Sputtern eine Schutzschicht mit der gewünschten Zusammensetzung ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials 18 bzw. des Targets zugunsten des langsameren bzw. trägeren bzw. weniger aktiven Elements hin verschoben ist. Dies bedeutet, dass bei einem Beschichtungsmatenal aus Platin und Aluminium das Verhältnis von Platin und Aluminium im Beschichtungsmatenal zugunsten von Platin gegenüber der gewünschten Zusammensetzung der Schutzschicht verschoben ist, das sich das Platin gegenüber dem Aluminium bei der Beschichtung träger verhält.
Wie oben bereits beschrieben, handelt es sich bei dem Target bzw. dem Beschichtungsmatenal 18 vorzugsweise um eine Platte aus hochreinem Aluminium, in welches Einsätze bzw. Inseln aus hochreinem Platin und gegebenenfalls hochreinem Nickel sowie hochreinem Kobalt integriert sind. Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, als Beschichtungsmatenal 18 ein plattenförmiges Element bereitzustellen, welches durch heißisostati- sches Pressen (Hippen) von zumindest Aluminiumpulver, Platinpulver und gegebenenfalls Nickelpulver bereitgestellt wird. In diesem Fall wird das Beschichtungsmatenal 18 von E- lementen gebildet, die in einer sogenannten intermetallischen Phase vorliegen. Hierdurch lassen sich dann besonders oxidationsbeständige Schutzschichten herstellen. Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, das beschichtete Bauteil, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die beschichtete Schaufel 10, nach der Beschichtung durch den PVD-Prozess einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Mithilfe dieser Wärmebehandlung kann erreicht werden, dass das an der Oberfläche der Schaufel 10 abgeschiedene Aluminium sowie Platin in die Oberfläche der Schaufel 10 eindiffundiert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es weiterhin möglich, das beschichtete Bauteil vor der Wärmebehandlung und nach dem PVD-Beschichtungsprozess mechanisch zu strahlen. Hierdurch kann die Beschichtung verdichtet werden. Weiterhin ist es möglich, das zu beschichtende Bauteil, also die zu beschichtende Schaufel 10, vor dem PVD-Prozess mechanisch zu strahlen. Hierdurch kann eine Aktivierung der zu beschichtenden Oberflächen erfolgen.
Im Sinne der hier vorliegende Erfindung wird demnach eine Schutzschicht gegen Oxidation und Korrosion an Bauteilen einer Gasturbine dadurch bereitgestellt, dass eine Platin- Aluminium-Schutzschicht mithilfe eines PVD-Prozesses unter Verwendung eines Platin- Aluminium-Targets hergestellt wird. Wie bereits erwähnt, kann das Target bzw. Beschichtungsmatenal 18 neben Platin und Aluminium weitere Elemente, so zum Beispiel Nickel und/oder Kobalt, umfassen. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine Platin-Aluminium-Schutzschicht für ein Bauteil durch einen PVD-Prozess, nämlich durch Sputtern bzw. durch Kathodenzerstäubung, herzustellen. Das Platin und A- luminium werden demnach in einem gemeinsamen Prozessschritt auf das zu beschichtende Bauteil aufgetragen. Hierdurch kann die Herstellzeit der Schutzschicht verkürzt werden.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die PVD-Beschichtung in einer Vakuumkammer, wobei als Startdruck für den PVD-Prozess ein Druck von 10"6 mbar verwendet wird. Zur eigentlichen PVD-Beschichtung wird dann Argon als Prozessgas in die Vakuumkammer eingeleitet.
Die Oxidationsbeständigkeit des Bauteils kann dadurch verbessert werden, indem die Nickelbasislegierung bzw. Kobaltbasislegierung des als Substrat dienenden Bauteils Yttrium und/oder Hafnium und/oder Silizium enthält. Yttrium, Hafnium und Silizium fördern nämlich die Oxidationsbeständigkeit des zu beschichtenden Bauteils. Das erfindungsgemäße Verfahren findet vor allem Verwendung bei Bauteilen für Gasturbinen, insbesondere bei Laufschaufeln, Leitschaufeln, Laufschaufelsegmenten, Leitschaufelsegmenten oder auch bei der Beschichtung von rotationssymmetrischen Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks. Die erfindungsgemäße Schutzschicht dient vorzugsweise als Heißgas-Korrosionsschutzschicht an Bauteilen eines Flugtriebwerks.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht gegen Oxidation und/oder Korrosion für Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils (10) mit mindestens einer Substratoberfläche (13, 14) und einer Substratzusammensetzung, b) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials (18), wobei das Beschichtungsmatenal (18) zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) aufweist, c) Abscheiden des Beschichtungsmaterials (18) aus zumindest Platin (Pt) und A- luminium (AI) auf das zu beschichtende Bauteil (10) in einem PVD-Prozess (Physical Vapour Deposition-Prozess).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil (10) mit einer Substratzusammensetzung aus Basis einer Nickellegierung oder Kobaltlegierung bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungsmatenal (18) als sogenanntes Target für den PVD-Prozess bereitgestellt wird, wobei das Beschichtungsmatenal (18) neben Platin (Pt) und Aluminium (AI) auch Nickel (Ni) enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmatenal (18) zusätzlich auch Kobalt (Co) enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmatenal (18) zusätzlich auch Yttrium (Y) und/oder Hafnium (Hf) und/oder Silizium (Si) enthält.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Platin (Pt) und das Aluminium (AI) gemeinsam in einem einzigen PVDProzess auf das zu beschichtende Bauteil (10) abgeschieden werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als PVD-Prozess Kathodenzerstäuben (Sputtern) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenzerstäuben in einer Vakuumkammer (15) unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei als Schutzgas bzw. Prozessgas vorzugsweise Argon und/oder Krypton verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den PVD-Prozess das beschichtete Bauteil (10) einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den PVD-Prozess und vor der Wärmebehandlung das beschichtete Bauteil (10) mechanisch gestrahlt wird.
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Bauteil (10) vor dem PVD-Prozess mechanisch gestrahlt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials (18) einerseits an das zu beschichtende Bauteil (10) und anderseits an die gewünschte bzw. herzustellende Schutzschicht angepasst ist.
13. Schutzschicht gegen Oxidation und/oder Korrosion für Bauteile, insbesondere für Bauteile einer Gasturbine, wobei die Schutzschicht durch Beschichten eines Bauteil (10) mit zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) gebildet ist und hierdurch als Schutzschicht einen Substratbereich des Bauteils bildet, der neben den Komponenten einer Substratzusammensetzung des Bauteils (10) zusätzlich zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht durch eine Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
14. Verwendung einer Schutzschicht nach Anspruch 13 als Korrosionsschutzschicht.
15. Verwendung einer Schutzschicht nach Anspruch 13 als Heißgas-Korrosionsschutzschicht.
16. Bauteil mit einer Platin-Aluminium-Schutzschicht, insbesondere Bauteil einer Gasturbine, mit mindestens einer Substratoberfläche (13, 14) und einer Substratzusammensetzung des Bauteils (10), und mit einem im Bereich der oder jeder Substratoberfläche (13, 14) des Bauteils (10) durch Beschichten von zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) ausgebildeten, als Schutzschicht wirkenden Substratbereich, der die Komponenten der Substratzusammensetzung und zusätzlich zumindest Platin (Pt) und Aluminium (AI) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht durch eine Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
17. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe als Schaufel oder Schaufelsegment einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, ausgebildet ist.
EP04802670A 2003-11-25 2004-11-04 Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer solchen schutzschicht Withdrawn EP1687459A1 (de)

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