EP1949988A1 - Powder mixture with blocky powder, method for utilisation of the powder mixture and components - Google Patents

Powder mixture with blocky powder, method for utilisation of the powder mixture and components Download PDF

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EP1949988A1
EP1949988A1 EP07000916A EP07000916A EP1949988A1 EP 1949988 A1 EP1949988 A1 EP 1949988A1 EP 07000916 A EP07000916 A EP 07000916A EP 07000916 A EP07000916 A EP 07000916A EP 1949988 A1 EP1949988 A1 EP 1949988A1
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EP
European Patent Office
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powder
mixture according
powder mixture
component
chemical composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07000916A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Brigitte Dr. Heinecke
Volker Dr. Vosberg
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2008/050220 priority patent/WO2008087084A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F2007/068—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts repairing articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a powder mixture, one of which consists of a blocky powder, a method of using the powder mixture and components.
  • soldering or welding As may be required in the repair of hot gas components of turbine blades (refurbishment), mechanically stressed joints, such as cracks, are repaired.
  • This high-temperature solders are used, which are often based on an alloy of a component to be repaired, the melting point lowering elements are added.
  • This solder is often added a filler, which is then embedded in a solder matrix.
  • the mechanical properties of this composite material of solder matrix and filling material are significantly influenced by the microstructure, in particular by the homogeneity of the distribution of filler material in the solder matrix.
  • the object is achieved by a powder mixture according to claim 1, a method according to claim 38 and components according to claim 44, 45.
  • FIG. 1 shows the sequence of a soldering process according to the prior art.
  • a substrate 1 has a crack 4 into which a solder 7 has been introduced in different ways ( Fig. 1 Left).
  • the solder 7 according to the prior art comprises a solder material 11 and a filler material 10.
  • the solder material 11 is melted, so that the solder material 11 is present in the molten state.
  • the non-melting filler material 10 may drop to the bottom 9 of the crack 4 ( Fig. 1 right). This is not desirable, as this leads to an uneven distribution of the filling material 10.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a powder mixture with blocky powder.
  • a component 23 has a substrate 20 with a surface 29 in which a crack 26 is present.
  • a solder 37 which also consists of a solder material 35 (first powder) and a filler 38 (second powder).
  • the solder material 35 has a lower melting point than the filler 38 and than the material of the substrate 20.
  • the first powder 35 is a superalloy having at least one melting point depressant.
  • one melting point depressant is used, which is in particular formed from the group boron (B), hafnium (Hf), silicon (Si). Further melting point depressants are conceivable. Also, another superalloy whose melting point is lower than the alloy of the substrate 20 may be used.
  • the second powder 38 ie the filler, preferably has the same composition as the substrate 20 of the component 1, 120, 130, 155, which consists of a cobalt- or nickel-based superalloy.
  • the second powder 38 has a melting point higher than that of the substrate 20 of the component 1, 120, 130, 155.
  • the second powder 38 is also ceramic.
  • the filler 38 is preferably blocky ( Fig. 2 ) and in particular has a larger particle size distribution than the solder 35.
  • this blocky powder 38 no segregation can occur, since the blocky powder particles 38 interlock with each other, with the solder 35 being distributed uniformly around the blocky powder 38.
  • the grain sizes of the first powder 35 have particle sizes of ⁇ 200 ⁇ m, especially ⁇ 100 ⁇ m.
  • the grain sizes of the second powder 38 have minimum values for the grains in the range ⁇ 0.1 mm, in particular ⁇ 200 ⁇ m.
  • the needle-like grains of the second powder 38 preferably have at least twice the value of the diameter of the first powder 38, thus lie in the range from ⁇ 200 ⁇ m, in particular ⁇ 400 ⁇ m.
  • the powders 35, 38 differ at least in the chemical composition.
  • the solder 37 contains a third powder 41 ( Fig. 3 ).
  • the following combinations are therefore advantageous in each case for the powder mixture 37:
  • the same powder morphology may be used for the second powder and the third powder when the chemical compositions of the second powder 38 and the third powder 41 are different from each other.
  • the composition of the first powder 35 is chemically different from that of the second powder 38.
  • Another chemical composition of a powder leads to (measurable) differences in the properties, e.g. Melting temperature, mechanical properties, thermal properties, corrosion properties, phase formation, ....
  • the diameter of the powder for the solder material 35 is preferably smaller than the largest dimension of the platelet-shaped powder 38 in the largest plane. The difference is at least 10%.
  • the grain sizes of the first powder 35 have particle sizes of ⁇ 200 ⁇ m, especially ⁇ 100 ⁇ m.
  • the grain sizes of the second powder 38 have minimum values for the grains in the range ⁇ 0.1 mm, in particular ⁇ 200 ⁇ m.
  • the needle-like powder to the second powder 38 preferably have at least twice the value of the diameter of the first powder 35, thus lie in the range from ⁇ 200 ⁇ m, in particular ⁇ 400 ⁇ m.
  • the powder 35 and the powders 38, 41 differ in chemical composition.
  • the frequency distribution of the largest diagonals of the powder particles of powders 35 and 38 is plotted.
  • the distance of max. (35) and max. (38) is at least 10% or 10 ⁇ m.
  • the curves may be spaced or overlapped. But even then prevents the filler 38 can separate.
  • the component 23 may include a turbine blade 120, 130 (FIG. FIG. 6 ) of a gas turbine 100 ( FIG. 5 ) be.
  • the component 23 is made of a nickel- or cobalt-based alloy, as in FIG. 8 are listed.
  • the solder material 37 is introduced into the crack 26 by a paste, by cold gas spraying or HVOF.
  • the filler 38 may correspond to the material of the substrate 20 of the component 23.
  • FIG. 5 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure only longitudinal grains
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium.
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which should be part of this disclosure in terms of chemical composition.
  • a thermal barrier coating On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a blade 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • the term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures. Such methods are known from U.S. Patent 6,024,792 and the EP 0 892 090 A1 known; these writings are part of the revelation regarding the solidification process.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • a thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • the FIG. 7 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD)
  • stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • APS atmospheric plasma spraying
  • LPPS LPPS
  • VPS vacuum plasma spraying
  • CVD chemical vaporation
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.

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Abstract

The welding material (37) is used in producing a weld on a substrate (20) in a component (23) containing a filler (38). This filler does not mix with the rest of the material. The filler is in the form of a blocky or plate-like powder (35). A third form of powder may also be included. The powders differ with respect to their powder morphology.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulvermischung, deren einer Bestandteil aus einem blockigen Pulver besteht, ein Verfahren zur Verwendung der Pulvermischung und Bauteile.The invention relates to a powder mixture, one of which consists of a blocky powder, a method of using the powder mixture and components.

Beim Löten oder Schweißen, wie es im Rahmen der Instandsetzung von Heißgaskomponenten von Turbinenschaufeln (Refurbishment) erforderlich sein kann, werden mechanisch beanspruchte Fügungen, wie Risse, repariert. Dabei werden Hochtemperaturlote verwendet, die oft auf einer Legierung eines zu reparierenden Bauteils basieren, der Schmelzpunkt erniedrigende Elemente zugesetzt sind. Diesem Lot wird oft ein Füllwerkstoff zugesetzt, der dann in eine Lotmatrix eingebettet vorliegt. Die mechanischen Eigenschaften dieses Kompositwerkstoffes aus Lotmatrix und Füllwerkstoff werden deutlich durch das Gefüge beeinflusst, insbesondere durch die Homogenität der Verteilung von Füllwerkstoff in der Lotmatrix.When soldering or welding, as may be required in the repair of hot gas components of turbine blades (refurbishment), mechanically stressed joints, such as cracks, are repaired. This high-temperature solders are used, which are often based on an alloy of a component to be repaired, the melting point lowering elements are added. This solder is often added a filler, which is then embedded in a solder matrix. The mechanical properties of this composite material of solder matrix and filling material are significantly influenced by the microstructure, in particular by the homogeneity of the distribution of filler material in the solder matrix.

Beim Löten, insbesondere beim Füllen enger Spalte, und beim Auftragen großer Schichtdicken kann es zu Entmischungen kommen, so dass die Kornverteilung im Reparaturbereich kaum kontrolliert werden kann.When soldering, especially when filling narrow gaps, and when applying large layer thicknesses can lead to segregation, so that the grain distribution in the repair area can hardly be controlled.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, o. g. Problem zu überwinden.It is therefore an object of the invention, o. G. Overcome problem.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pulvermischung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 38 und Bauteile gemäß Anspruch 44, 45.The object is achieved by a powder mixture according to claim 1, a method according to claim 38 and components according to claim 44, 45.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.In the dependent claims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in order to achieve further advantages.

Es zeigen:

Figur 1
ein Lötverfahren nach dem Stand der Technik,
Figur 2,3,4
Ausführungsbeispiele der Pulvermischung mit blockigem Pulver,
Figur 5
eine Gasturbine,
Figur 6
perspektivisch eine Turbinenschaufel,
Figur 7
perspektivisch eine Brennkammer und
Figur 8
eine Liste von Superlegierungen.
Show it:
FIG. 1
a soldering method according to the prior art,
Figure 2,3,4
Exemplary embodiments of the powder mixture with blocky powder,
FIG. 5
a gas turbine,
FIG. 6
in perspective a turbine blade,
FIG. 7
in perspective a combustion chamber and
FIG. 8
a list of superalloys.

Figur 1 zeigt den Ablauf eines Lötverfahrens nach dem Stand der Technik.
Ein Substrat 1 weist einen Riss 4 auf, in den ein Lot 7 auf verschiedene Art und Weise eingebracht wurde (Fig. 1 links). Das Lot 7 nach dem Stand der Technik weist ein Lotmaterial 11 und einen Füllwerkstoff 10 auf. Durch Temperaturerhöhung wird das Lotmaterial 11 aufgeschmolzen, so dass das Lotmaterial 11 im geschmolzenen Zustand vorliegt. Dabei kann der nichtaufschmelzende Füllwerkstoff 10 auf den Boden 9 des Risses 4 absinken (Fig. 1 rechts).
Dies ist nicht erwünscht, da dies zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Füllwerkstoffs 10 führt. FIG. 1 shows the sequence of a soldering process according to the prior art.
A substrate 1 has a crack 4 into which a solder 7 has been introduced in different ways ( Fig. 1 Left). The solder 7 according to the prior art comprises a solder material 11 and a filler material 10. By increasing the temperature, the solder material 11 is melted, so that the solder material 11 is present in the molten state. In this case, the non-melting filler material 10 may drop to the bottom 9 of the crack 4 ( Fig. 1 right).
This is not desirable, as this leads to an uneven distribution of the filling material 10.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pulvermischung mit blockigem Pulver.
Ein Bauteil 23 weist ein Substrat 20 mit einer Oberfläche 29 auf, in der ein Riss 26 vorhanden ist. In dem Riss 26 ist ein Lot 37 vorhanden, das ebenfalls aus einem Lotmaterial 35 (erstes Pulver) und einem Füllstoff 38 (zweites Pulver) besteht. FIG. 2 shows an embodiment of a powder mixture with blocky powder.
A component 23 has a substrate 20 with a surface 29 in which a crack 26 is present. In the crack 26 there is a solder 37 which also consists of a solder material 35 (first powder) and a filler 38 (second powder).

Das Lotmaterial 35 weist einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Füllstoff 38 und als das Material des Substrats 20 auf.The solder material 35 has a lower melting point than the filler 38 and than the material of the substrate 20.

Insbesondere besteht das erste Pulver 35 aus einer Superlegierung, das zumindest einen Schmelzpunkterniedriger aufweist. Vorzugsweise wird nur ein Schmelzpunkterniedriger verwendet, der insbesondere ausgebildet ist aus der Gruppe Bor (B), Hafnium (Hf), Silizium (Si). Weitere Schmelzpunkterniedriger sind denkbar.
Ebenso kann eine andere Superlegierung verwendet werden, deren Schmelzpunkt niedriger ist als die Legierung des Substrats 20.In particular, the first powder 35 is a superalloy having at least one melting point depressant. Preferably, only one melting point depressant is used, which is in particular formed from the group boron (B), hafnium (Hf), silicon (Si). Further melting point depressants are conceivable.
Also, another superalloy whose melting point is lower than the alloy of the substrate 20 may be used.

Das zweite Pulver 38, also der Füllstoff, weist vorzugsweise dieselbe Zusammensetzung auf wie das Substrat 20 des Bauteils 1, 120, 130, 155, das aus einer kobalt- oder nickelbasierten Superlegierung besteht.
Vorzugsweise weist das zweite Pulver 38 einen Schmelzpunkt auf, der höher ist als der des Substrats 20 des Bauteils 1, 120, 130, 155.
Vorzugsweise ist das zweite Pulver 38 auch keramisch.The second powder 38, ie the filler, preferably has the same composition as the substrate 20 of the component 1, 120, 130, 155, which consists of a cobalt- or nickel-based superalloy.
Preferably, the second powder 38 has a melting point higher than that of the substrate 20 of the component 1, 120, 130, 155.
Preferably, the second powder 38 is also ceramic.

Bezüglich der Pulvermorphologie (blockig, nadelförmig, plättchenförmig, rund) und der Klassifizierung wird auf das Buch "Powder Metall Technology and Applications", Vol. 7, 1988, 9. erweitere Auflage von P. W. Lee, Figur 21 auf Seite 269, verwiesen.With regard to the powder morphology (blocky, acicular, platelet-shaped, round) and the classification, reference is made to the book "Powder Metal Technology and Applications", Vol. 7, 1988, 9th extended edition of P.W. Lee, Figure 21 on page 269.

Folgende Kombinationen sind daher jeweils für die Pulvermischung 37 vorteilhaft:

Figure imgb0001
Figure imgb0002
 The following combinations are therefore advantageous in each case for the powder mixture 37:
Figure imgb0001
Figure imgb0002

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Füllstoff 38 vorzugsweise blockig (Fig. 2) ausgebildet und weist insbesondere eine größere Korngrößenverteilung als das Lot 35 auf. Durch dieses blockige Pulver 38 kann es zu keiner Entmischung kommen, da sich die blockigen Pulverteilchen 38 untereinander verhaken, wobei sich das Lot 35 gleichmäßig um das blockige Pulver 38 verteilt.In contrast to the prior art, the filler 38 is preferably blocky ( Fig. 2 ) and in particular has a larger particle size distribution than the solder 35. By means of this blocky powder 38, no segregation can occur, since the blocky powder particles 38 interlock with each other, with the solder 35 being distributed uniformly around the blocky powder 38.

Die Korngrößen des ersten Pulvers 35 weisen Korngrößen ≤200µm, insbesondere ≤100µm auf.The grain sizes of the first powder 35 have particle sizes of ≤200 μ m, especially ≤100 μ m.

Die Korngrößen des zweiten Pulvers 38 weisen Mindestwerte für die Körner im Bereich ≥0,1mm auf, insbesondere ≥200 µm.The grain sizes of the second powder 38 have minimum values for the grains in the range ≥0.1 mm, in particular ≥200 μ m.

Die nadelförmigen Körner für das zweite Pulver 38 weisen vorzugsweise mindestens den zweifachen Wert des Durchmessers des ersten Pulvers 38 auf, liegen also im Bereich von ≥200µm, insbesondere ≥400 µm.The needle-like grains of the second powder 38 preferably have at least twice the value of the diameter of the first powder 38, thus lie in the range from ≥200 μ m, in particular ≥400 μ m.

Mit solchen Pulvermischungen beim Löten können breite Mulden im Millimeterbereich gelötet werden.With such powder mixtures during soldering wide wells can be soldered in the millimeter range.

Vorzugsweise unterscheiden sich die Pulver 35, 38 zumindest in der chemischen Zusammensetzung.Preferably, the powders 35, 38 differ at least in the chemical composition.

Optional enthält das Lot 37 ein drittes Pulver 41 (Fig. 3). Folgende Kombinationen sind daher jeweils für die Pulvermischung 37 vorteilhaft:

Figure imgb0003
Optionally, the solder 37 contains a third powder 41 ( Fig. 3 ). The following combinations are therefore advantageous in each case for the powder mixture 37:
Figure imgb0003

Ebenso kann für das zweite Pulver und das dritte Pulver die gleiche Pulvermorphologie verwendet werden, wenn die chemischen Zusammensetzungen des zweiten Pulvers 38 und des dritten Pulvers 41 voneinander verschieden sind.Also, the same powder morphology may be used for the second powder and the third powder when the chemical compositions of the second powder 38 and the third powder 41 are different from each other.

Vorzugsweise ist die Zusammensetzung des ersten Pulvers 35 chemisch verschieden von dem des zweiten Pulvers 38.Preferably, the composition of the first powder 35 is chemically different from that of the second powder 38.

Eine andere chemische Zusammensetzung eines Pulvers führt zu (messbaren) Unterschieden in den Eigenschaften, wie z.B. Schmelztemperatur, mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, Korrosionseigenschaften, Phasenbildung, ... .Another chemical composition of a powder leads to (measurable) differences in the properties, e.g. Melting temperature, mechanical properties, thermal properties, corrosion properties, phase formation, ....

Der Durchmesser des Pulvers für das Lotmaterial 35 ist vorzugsweise kleiner als die größte Ausdehnung des plättchenförmigen Pulvers 38 in der größten Ebene. Der Unterschied beträgt mindestens 10%.The diameter of the powder for the solder material 35 is preferably smaller than the largest dimension of the platelet-shaped powder 38 in the largest plane. The difference is at least 10%.

Die Korngrößen des ersten Pulvers 35 weisen Korngrößen ≤200µm, insbesondere ≤100µm auf.The grain sizes of the first powder 35 have particle sizes of ≤200 μ m, especially ≤100 μ m.

Die Korngrößen des zweiten Pulvers 38 weisen Mindestwerte für die Körner im Bereich ≥0,1mm auf, insbesondere ≥200 µm.The grain sizes of the second powder 38 have minimum values for the grains in the range ≥0.1 mm, in particular ≥200 μ m.

Die nadelförmigen Pulver für das zweite Pulver 38 weisen vorzugsweise mindestens den zweifachen Wert des Durchmessers des ersten Pulvers 35 auf, liegen also im Bereich von ≥200µm, insbesondere ≥400 µm.The needle-like powder to the second powder 38 preferably have at least twice the value of the diameter of the first powder 35, thus lie in the range from ≥200 μ m, in particular ≥400 μ m.

Zumindest unterscheiden sich das Pulver 35 und die Pulver 38, 41 in der chemischen Zusammensetzung.At a minimum, the powder 35 and the powders 38, 41 differ in chemical composition.

In Figur 4 ist die Häufigkeitsverteilung der größten Diagonalen der Pulverteilchen der Pulver 35 und 38 aufgetragen. Der Abstand von max. (35) und max. (38) beträgt mindestens 10% oder 10µm. Die Kurven können beabstandet sein oder sich überlappen. Aber auch dann wird verhindert, dass der Füllstoff 38 sich entmischen kann.In FIG. 4 the frequency distribution of the largest diagonals of the powder particles of powders 35 and 38 is plotted. The distance of max. (35) and max. (38) is at least 10% or 10 μ m. The curves may be spaced or overlapped. But even then prevents the filler 38 can separate.

Das Bauteil 23 kann eine Turbinenschaufel 120, 130 (Figur 6) einer Gasturbine 100 (Figur 5) sein. Insbesondere besteht das Bauteil 23 aus einer nickel- oder kobaltbasierten Legierung, wie sie in Figur 8 aufgelistet sind. Beim Lötverfahren wird das Lotmaterial 37 durch eine Paste, durch Kaltgasspritzen oder HVOF in den Riss 26 eingebracht. Der Füllstoff 38 kann dabei dem Werkstoff des Substrats 20 des Bauteils 23 entsprechen.The component 23 may include a turbine blade 120, 130 (FIG. FIG. 6 ) of a gas turbine 100 ( FIG. 5 ) be. In particular, the component 23 is made of a nickel- or cobalt-based alloy, as in FIG. 8 are listed. During the soldering process, the solder material 37 is introduced into the crack 26 by a paste, by cold gas spraying or HVOF. The filler 38 may correspond to the material of the substrate 20 of the component 23.

Die Figur 5 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.The FIG. 5 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
Likewise, substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used.
Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 . EP 1 306 454 . EP 1 319 729 A1 . WO 99/67435 or WO 00/44949 known; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 , die bzgl. der chemischen Zusammensetzung Teil dieser Offenbarung sein sollen.Also, the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which should be part of this disclosure in terms of chemical composition.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Die Figur 6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.The FIG. 6 shows a perspective view of a blade 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.In conventional blades 120, 130, for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 . EP 1 306 454 . EP 1 319 729 A1 . WO 99/67435 or WO 00/44949 known; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
The blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
The production of such monocrystalline workpieces, for example, by directed solidification from the melt. These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally.
Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole Workpiece exists from a single crystal. In these processes, it is necessary to avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since non-directional growth necessarily produces transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.

Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.The term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Such methods are known from U.S. Patent 6,024,792 and the EP 0 892 090 A1 known; these writings are part of the revelation regarding the solidification process.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 , die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAIX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).Likewise, the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
The density is preferably 95% of the theoretical density.
A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAIX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer).

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer. By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.

Die Figur 7 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.The FIG. 7 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. In order to enable a comparatively long service life even with these, for the materials unfavorable operating parameters, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).

Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 , die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.On the MCrAlX, for example, a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.Refurbishment means that heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.

Claims (48)

Pulvermischung aus
einem ersten Pulver (35),
einem zweiten Pulver (38)
und optional einem dritten Pulver (41),
wobei sich zumindest zwei Pulver (35, 38, 41) untereinander in der chemischen Zusammensetzung oder in der Pulvermorphologie unterscheiden.Powder mixture
a first powder (35),
a second powder (38)
and optionally a third powder (41),
wherein at least two powders (35, 38, 41) differ from each other in chemical composition or in powder morphology. Pulvermischung nach Anspruch 1,
die aus einem ersten Pulver (35) und einem zweiten Pulver (38) besteht.Powder mixture according to claim 1,
which consists of a first powder (35) and a second powder (38). Pulvermischung nach Anspruch 1,
die aus einem ersten Pulver (35), einem zweiten Pulver (38) und einem dritten Pulver (41) besteht.Powder mixture according to claim 1,
which consists of a first powder (35), a second powder (38) and a third powder (41). Pulvermischung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der sich die Pulver (35, 38, 41) in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden.Powder mixture according to claim 1, 2 or 3,
in which the powders (35, 38, 41) differ in their chemical composition. Pulvermischung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der sich die Pulver (35, 38, 41) in der chemischen Zusammensetzung und in der Pulvermorphologie unterscheiden.Powder mixture according to claim 1, 2 or 3,
in which the powders (35, 38, 41) differ in chemical composition and in powder morphology. Pulvermischung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
bei dem das erste Pulver (35) eine andere chemische Zusammensetzung aufweist als das zweite Pulver (38).Powder mixture according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
wherein the first powder (35) has a different chemical composition than the second powder (38). Pulvermischung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
bei dem das erste Pulver (35) eine andere chemische Zusammensetzung aufweist als das dritte Pulver (41).Powder mixture according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
wherein the first powder (35) has a different chemical composition than the third powder (41). Pulvermischung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem das zweite Pulver (38) eine andere chemische Zusammensetzung aufweist als das dritte Pulver (41).A powder mixture according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the second powder (38) has a different chemical composition than the third powder (41). Pulvermischung nach Anspruch 1, 3, 4, 6, 7 oder 8,
bei dem das zweite Pulver (38) die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist wie das dritte Pulver (41).Powder mixture according to claim 1, 3, 4, 6, 7 or 8,
wherein the second powder (38) has the same chemical composition as the third powder (41). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) rund ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the first powder (35) is round. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) blockig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the first powder (35) is blocky. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) plättchenförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the first powder (35) is platelet-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) nadelförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the first powder (35) is needle-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) eine andere Pulvermorphologie als das zweite Pulver (38) aufweist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the first powder (35) has a different powder morphology than the second powder (38). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) eine andere Pulvermorphologie als das dritte Pulver (41) aufweist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the first powder (35) has a different powder morphology than the third powder (41). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) nicht rund ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the second powder (38) is not round. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (41) nicht rund ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the third powder (41) is not round. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) blockig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the second powder (38) is blocky. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) plättchenförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the second powder (38) is platelet-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) nadelförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the second powder (38) is needle-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) rund ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the second powder (38) is round. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (41) blockig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the third powder (41) is blocky. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (41) plättchenförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the third powder (41) is platelet-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (41) nadelförmig ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the third powder (41) is needle-shaped. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (38) rund ausgebildet ist.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the third powder (38) is round. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) eine andere Pulvermorphologie aufweist als das dritte Pulver (41).Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the second powder (38) has a different powder morphology than the third powder (41). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) kleiner ausgebildet ist als das zweite Pulver (38).Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the first powder (35) is made smaller than the second powder (38). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) kleiner ausgebildet ist als das dritte Pulver (41).Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the first powder (35) is made smaller than the third powder (41). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das erste Pulver (35).Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the second powder (38) has a higher melting point than the first powder (35). Pulvermischung nach Anspruch 1 oder 3,
dessen drittes Pulver (41) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das erste Pulver (35).Powder mixture according to claim 1 or 3,
whose third powder (41) has a higher melting point than the first powder (35). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das erste Pulver (35) ein Lotmaterial darstellt, insbesondere eine Superlegierung mit zumindest einem Schmelzpunkterniedriger,
insbesondere Bor (B), Hafnium (Hf) oder Silizium (Si).Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
in which the first powder (35) is a solder material, in particular a superalloy with at least one melting point depressant,
in particular boron (B), hafnium (Hf) or silicon (Si). Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das zweite Pulver (38) ein Füllmaterial eines Lots darstellt.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the second powder (38) is a filler of a solder. Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das dritte Pulver (41) ein Füllmaterial eines Lots darstellt.Powder mixture according to one or more of the preceding claims,
wherein the third powder (41) is a filler of a solder. Pulvermischung nach Anspruch 1, 10, 11 oder 12,
bei dem das zweite Pulver (38) keramisch ist.Powder mixture according to claim 1, 10, 11 or 12,
wherein the second powder (38) is ceramic. Pulvermischung nach Anspruch 1, 10, 11 oder 12,
bei dem das dritte Pulver (41) keramisch ist.Powder mixture according to claim 1, 10, 11 or 12,
wherein the third powder (41) is ceramic. Pulvermischung nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Pulver (38) Aluminiumoxid, Yttriumoxid oder Zirkonoxid aufweist.Powder mixture according to claim 34,
characterized in that
the second powder (38) comprises alumina, yttria or zirconia. Pulvermischung nach Anspruch 35,
dadurch gekennzeichnet, dass
das das dritte Pulver (41) Aluminiumoxid, Yttriumoxid oder Zirkonoxid aufweist.Powder mixture according to claim 35,
characterized in that
the third powder (41) comprises alumina, yttria or zirconia. Verfahren zum Löten eines Substrats (20) eines Bauteils (23),
bei dem als Lotmaterial (37) eine Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 37 verwendet wird.Method for soldering a substrate (20) of a component (23),
in which a powder mixture according to one or more of the preceding claims 1 to 37 is used as the solder material (37). Verfahren nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lotmaterial (37) durch Pastenauftrag aufgetragen wird.Method according to claim 38,
characterized in that
the solder material (37) is applied by paste application. Verfahren nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lotmaterial (37) durch Kaltgasspritzen aufgetragen wird.Method according to claim 38,
characterized in that
the solder material (37) is applied by cold gas spraying. Verfahren nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lotmaterial (37) durch HVOF aufgetragen wird.Method according to claim 38,
characterized in that
the solder material (37) is applied by HVOF. Verfahren nach Anspruch 38, 39, 40 oder 41,
das beim Schweißen angewendet wird.A method according to claim 38, 39, 40 or 41,
which is used during welding. Verfahren nach Anspruch 38,
das beim Löten verwendet wird.Method according to claim 38,
which is used during soldering. Bauteil,
hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 43.component
prepared according to one or more of claims 38 to 43. Bauteil,
das eine Pulvermischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 37 aufweist.component
which comprises a powder mixture according to one or more of claims 1 to 37. Bauteil nach Anspruch 45,
bei dem das zweite Pulver (38) dieselbe Zusammensetzung aufweist wie das Substrat (20) des Bauteils (1, 120, 130, 155).Component according to claim 45,
in which the second powder (38) has the same composition as the substrate (20) of the component (1, 120, 130, 155). Bauteil nach Anspruch 45,
bei dem das dritte Pulver (41) dieselbe Zusammensetzung aufweist wie das Substrat (20) des Bauteils (1, 120, 130, 155) .Component according to claim 45,
in which the third powder (41) has the same composition as the substrate (20) of the component (1, 120, 130, 155). Bauteil nach Anspruch 45,
bei dem der Schmelzpunkt des Materials des ersten Pulvers (35) kleiner ist als das Material des Substrats (20) des Bauteils (1, 120, 130, 155).Component according to claim 45,
in which the melting point of the material of the first powder (35) is smaller than the material of the substrate (20) of the component (1, 120, 130, 155).
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