EP2230330A1 - Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung - Google Patents

Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung Download PDF

Info

Publication number
EP2230330A1
EP2230330A1 EP10156227A EP10156227A EP2230330A1 EP 2230330 A1 EP2230330 A1 EP 2230330A1 EP 10156227 A EP10156227 A EP 10156227A EP 10156227 A EP10156227 A EP 10156227A EP 2230330 A1 EP2230330 A1 EP 2230330A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
metal
plastic
component
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10156227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Uihlein
Wolfgang Eichmann
Falko Heutling
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
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH, MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2230330A1 publication Critical patent/EP2230330A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • 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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment

Definitions

  • the present invention relates to a component which is exposed to air or gas flows and formed predominantly of a plastic material, so that the plastic material is present at least partially in the region of the flow-exposed surface of the component, wherein the plastic material has erosion protection on the surface. Moreover, the present invention relates to a method for producing a corresponding component with erosion protection layer.
  • Erosion control systems have long been known for flow-loaded components, especially in the aerospace industry.
  • the invention is based on the recognition that effective erosion protection can be achieved by means of a multilayer system, as already used for complex metallic alloys in highly stressed metal components of gas turbines.
  • the multi-layer system can be provided either directly on the plastic of the plastic component or a corresponding metal cladding or metal reinforcement.
  • vapor phase deposition processes in particular physical vapor phase deposition processes and preferably pulsed sputtering, can be used.
  • the multilayer system When applying the multi-layer system on a metal panel or a metal reinforcement, so a metal mold, a metal foil or the like, in particular metal fabric, felt, etc., the multilayer system before placing the metal panel or metal reinforcement on the plastic component or after application to the Plastic component to be deposited.
  • plastic component If the multi-layer system is deposited on the plastic component before attachment of the metal cladding or metal reinforcement, all suitable plastics, in particular particle-reinforced or phase-reinforced plastics, can be used for the plastic component.
  • a vacuum-resistant and / or high-temperature-resistant plastic must be selected, which can withstand the necessary temperatures and / or pressure conditions during the deposition process for the multilayer system.
  • low-temperature deposition processes with process temperatures in the range of less than or equal to 300 ° C., in particular less than or equal to 200 ° C., can also be used for the deposition process.
  • vacuum-resistant and / or temperature-resistant plastics which are suitable for vapor-phase coatings, polyether ketones, polyether ether ketones and the like are particularly suitable.
  • the surface to be coated Before applying the multi-layer system, the surface to be coated can be prepared accordingly, for example, to improve the adhesion.
  • known wet-chemical etching processes and / or plasma treatment processes can be used.
  • plasma treatment processes can be used in the deposition of the multi-layer system directly on the plastic.
  • the multi-layer system according to the disclosure in German Offenlegungsschriften DE 10 2004 001 392 A1 and DE 10 2007 027 335 A1 be formed by a sequence of ductile metal layers and hard ceramic layers and a sequence of a pure metal layer, a metal alloy layer, a metal-ceramic mixed layer, which may in particular be graded, and a ceramic layer.
  • corresponding diffusion barrier layers between the individual layers and / or at the interface to the plastic base material or a corresponding metal cladding or reinforcing member may be provided.
  • corresponding diffusion barrier layers between ductile metal layer and hard ceramic layer or combination of ductile metal layers and hard ceramic layers may also be provided a combination of different hard ceramic layers.
  • the different ceramic layers can be formed, for example, by chromium-aluminum nitride and chromium nitride, such a multi-layer system comprising a chromium-nitride layer as adhesion promoter layer.
  • the metal-ceramic mixed layer may be formed from the corresponding aforementioned metals as well as oxides, nitrides, carbides and / or borides of these metals or metal alloys.
  • the ceramic layer can in turn be formed from oxides, nitrides, carbides and / or borides of the aforementioned metals or metal alloys.
  • the FIG. 1 shows a first embodiment of a component according to the invention, for example a guide vane, a blade or a guide grid of a gas turbine and in particular an aircraft engine, preferably in the region of the compressor or fan, or edge portions of propeller blades of propeller aircraft or rotor blades of helicopter rotors and aircraft structural components, such as flow edges of wings and the like.
  • the component 1 has a base material of a plastic, for example of a particle- or fiber-reinforced plastic or in particular of a high-temperature resistant and vacuum-compatible plastic, such as polyetheretherketone (PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • a multilayer system with the layers or sub-layers 2 and 3 is arranged on the plastic component 1.
  • the partial layer 2 may be, for example, a metal or metal alloy layer, while the layer or partial layer 3 is formed from a ceramic material.
  • the metal layer may be formed, for example, by a chromium-aluminum layer, while the ceramic layer 3 may be formed by a chromium-aluminum-nitride layer.
  • the sub-layers 2 and 3 may both be formed as ceramic layers, wherein the sub-layer 2 may be formed as a ductile, softer ceramic layer, for example as a chromium-nitride layer, while the hard ceramic layer 3 may be formed as a chromium-aluminum-nitride layer ,
  • vapor deposition processes in particular physical vapor deposition (PVD) processes, can be used.
  • PVD physical vapor deposition
  • the surface of the component 1 can be wet-chemically etched or subjected to a plasma treatment. The thus influenced surface layer of the component 1 is not shown separately in the drawing.
  • the FIG. 2 shows a second embodiment of a component according to the invention, in which the multi-layer comprises several sequences of identical sub-layers, namely a repetition of the layer sequence of the embodiment of FIG. 1 , Accordingly, in the embodiment of the FIG. 2 in the erosion control layer on the plastic component 1, the partial layers 2 and 3 are arranged twice one above the other, wherein the partial layers 2 and 3 can each be formed in turn by a metal layer or a soft ceramic layer in the case of the partial layer 2 and by a hard ceramic layer in the case of the partial layer 3.
  • FIG. 3 a further embodiment of a component 1 according to the invention is shown with an erosion protection layer, wherein here the multi-layer system of the sub-layers 2 and 3 is not deposited directly on the plastic surface of the component 1, but on a metal layer 4.
  • the metal layer 4 may itself be a deposited layer or a separately applied metal part, such as a metal mold, a metal foil, a metal felt or the like.
  • the metal layer 4 in the form of a deposited layer is deposited directly on the plastic 1
  • the metal layer in the form of a metal mold component can be glued or applied in any other suitable manner as a dimensionally stable, self-supporting unit or as a metal foil, metal mesh, metal felt or the like on the plastic component 1, z. B. welded, be.
  • the multi-layer system consisting of the partial layers 2 and 3 can be arranged on the metal layer even before the attachment of the metal layer 4 or only after the attachment of the metal layer 4 on the plastic component 1.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a component according to the invention, in which again a metal layer 4 is arranged as a base for the multi-layer system on the plastic component 1, wherein the multi-layer system 2, 3 is deposited before or after the placement of the metal layer 4 on the plastic component 1.
  • the difference to the embodiment of FIG. 3 consists in that the multi-layer system consists of several repeated sequences of the sub-layers 2, 3, as already in the embodiment of FIG. 2 shown.
  • the metal layer 4 or the metal reinforcement of the plastic component 1 can be formed from any suitable metal material or metal alloy, in particular from titanium materials.
  • the partial layers 2, 3 can be formed from suitable metal layers or metal alloy layers or soft ceramic layers (partial layer 2) as well as hard ceramic layers (partial layer 3).
  • titanium-based alloys and for the ceramic layer 3 titanium-nitride or titanium-aluminum-nitride layers offer.
  • FIG. 5 shows a further embodiment, which is a modification to the embodiment of FIG. 4 represents.
  • a diffusion barrier layer 5 for example made of chromium nitride between the sub-layer 2 of the multi-layer system and the metal layer 4 is provided. Accordingly, therefore, the multilayer system with the diffusion barrier layer 5 in the direction of the plastic component 1 is completed.
  • the diffusion barrier layer 5 prevents material from the multilayer system from diffusing into the metal layer 4 and vice versa from the metal layer 4 into the multilayer system.
  • FIG. 6 is another embodiment, which is a modification of the embodiment of FIG. 2 represents.
  • a bonding agent layer 6 which is formed for example of a graded chromium-nitride layer.
  • the multilayer system comprising a metallic ductile sublayer 2 and a hard ceramic layer 3, as shown in the preceding figures, can according to the embodiment of the FIG. 7 be modified so that instead of a multi-layer system with two repeating partial layers, a multi-layer system with several different partial layers is realized.
  • a multi-layer system with several different partial layers is realized.
  • the embodiment of the FIG. 7 are deposited on a first metal layer 4 in the form of a metal cladding on the plastic component 1 four sub-layers of a multi-layer system, namely a further metal layer 2, a metal alloy layer 7, a metal-ceramic mixed layer 8 and a ceramic layer 3.
  • These four layers can not only, as in the embodiment of FIG. 7 shown, once formed, but in turn be arranged several times above the other.
  • the multilayer system is preferably deposited by vapor deposition, in particular physical vapor deposition (PVD), directly on the plastic component 1 or on a metal layer 4 in the form of a metal mold component, a metal foil, a metal mesh or a deposited metal layer.
  • PVD physical vapor deposition
  • a sputtering method cathode sputtering
  • the electrode of the target is operated in particular pulsed.
  • the multilayer system can be deposited on the plastic component 1 before or after the metal mold part or the metal foil is attached.
  • the plastic can be formed from a highly vacuum-resistant and high-temperature resistant plastic, such as polyetheretherketone PEEK.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil , welches Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist und überwiegend aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, so dass das Kunststoffmaterial zumindest zum Teil im Bereich der der Strömung ausgesetzten Oberfläche des Bauteils (1) vorliegt, wobei das Kunststoffmaterial einen Erosionsschutz an der Oberfläche aufweist, und wobei der Erosionsschutz ein Mehrlagenschichtsystem (2, 3; 2, 7, 8, 3) mit mindestens einer oder mehrerer Abfolgen aus mindestens einer Lage aus einem Metall (2) und mindestens einer Lage aus einer Keramik (3) oder aus mindestens zwei unterschiedlich harten Keramikschichten (2, 3) umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Luft- oder Gasströmungen ausgesetzten Bauteils mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Bauteils (1) aus überwiegend Kunststoff mit zumindest einem Teil einer Oberfläche, welche durch den Kunststoff gebildet ist und Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist; b) Aufbringen eines Mehrlagenschichtsystems (2, 3; 2, 7, 8, 3) aus mindestens einer oder mehreren Abfolgen aus mindestens einer Lage aus einem Metall und mindestens einer Lage aus einer Keramik oder aus mindestens zwei unterschiedlich harten Keramikschichten auf zumindest den Oberflächenteil, der durch den Kunststoff gebildet ist und Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, welches Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt und überwiegend aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, so dass das Kunststoffmaterial zumindest zum Teil im Bereich der der Strömung ausgesetzten Oberfläche des Bauteils vorliegt, wobei das Kunststoffmaterial einen Erosionsschutz an der Oberfläche aufweist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauteils mit Erosionsschutzschicht.
    • STAND DER TECHNIK
  • Erosionsschutzsysteme sind für strömungsbelastete Bauteile insbesondere in der Luftfahrtindustrie seit langem bekannt.
  • So werden für metallische Turbinenbauteile in der DE 10 2004 001 392 A1 bzw. der DE 2007 027 335 A1 Verschleißschutzbeschichtungen für Grundwerkstoffe aus Nickelbasislegierungen, Kobaltbasislegierungen, Eisenbasislegierungen oder Titanbasislegierungen beschrieben. Diese Verschleißschutzbeschichtungen für die hochbelasteten metallischen Bauteile einer Gasturbine weisen ein Mehrlagenschichtsystem aus metallischen Teilschichten, Teilschichten aus Metalllegierungen, Metall-KeramikTeilschichten und/oder Keramikteilschichten auf.
  • Neben diesen komplexen und aufwändigen Schichtsystemen für hochbelastete metallische Bauteile aus komplexen Metalllegierungen sind für Kunststoffbauteile in der Flugzeugindustrie, wie beispielsweise Rotorblätter von Hubschrauberotoren, Eintrittskanten von Propellerblättern bei Propellermaschinen und dergleichen einfache Erosionsschutzmaßnahmen bekannt. So werden an erosionsbelasteten Bereichen der Kunststoffbauteile entsprechende metallische Erosionsschutzteile in Form von metallischen Verkleidungen, wie aufgeklebte Metallfolien, Metallgewebe oder Metallfilze, oder integrierte Metallkanten vorgesehen. Aus der US 5,306,120 ist zudem ein entsprechender Erosionsschutz für ein Kunststoffrotorblatt aus einer aufgeklebten Metallfolie mit einer Schutzschicht aus einem zweiphasigen Material, nämlich einem partikelverstärkten metallischen Material bekannt.
  • Derartige erosionsgeschützte Kunststoffbauteile zeigen jedoch insbesondere über die langen Lebensdauern der Kunststoffbauteile einen ungenügenden Erosionsschutz.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kunststoffbauteil sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung bereitzustellen, welches die Probleme des Standes der Technik löst, also insbesondere einen zuverlässigen und dauerhaften Erosionsschutz für das Kunststoffbauteil bereitstellt, wobei gleichzeitig das Bauteil wirtschaftlich sinnvoll und somit effektiv herstellbar ist.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass ein effektiver Erosionsschutz mittels eines Mehrlagenschichtsystems erzielbar ist, wie es bereits für komplexe metallische Legierungen in hochbeanspruchten Metallbauteilen von Gasturbinen eingesetzt wird. Die Kombination von harten und weichen Schichten, die insbesondere durch Dampfphasenabscheidung innig und fest miteinander verbunden sind, bietet beim Auftreffen von Partikeln, Flüssigkeiten und Gasströmungen die für die Erosionsschutzwirkung bedeutsame Kombination aus Nachgiebigkeit und Härte. Insbesondere durch dünne Teilschichten des Mehrlagenschichtsystems, wie sie durch Dampfphasenabscheidung erzeugt werden können, im Bereich von einigen nm Schichtdicke, wie beispielsweise 10 nm bis zu einigen µm Dicke, beispielsweise bis zu 10 µm Dicke, insbesondere im Bereich von 100 nm bis 0,5 µm Schichtdicke, vorzugsweise 200 nm bis 400 nm Dicke können hervorragende Erosionsbeständigkeitseigenschaften erzielt werden. Vergleichbare Ergebnisse lassen sich auch nicht durch eine aufgeklebte Metallfolie mit einer darauf angeordneten Metall-Keramik-Mischschicht, wie in der US 5,306,120 vorgeschlagen, erreichen, da offensichtlich der Verbund aus dünnen, weichen und harten Teilschichten des abgeschiedenen Mehrlagenschichtsystems überraschend auch für Kunststoffbauteile, insbesondere nicht so stark belastete Kunststoffbauteile maßgebend ist. Entsprechend kann das Mehrlagenschichtsystem entweder unmittelbar auf dem Kunststoff des Kunststoffbauteils oder einer entsprechenden Metallverkleidung bzw. Metallverstärkung vorgesehen sein.
  • Zur Abscheidung der Schichten können Dampfphasenabscheideprozesse, insbesondere physikalische Dampfphasenabscheideverfahren und vorzugsweise gepulstes Kathodenzerstäuben (Sputtern) eingesetzte werden.
  • Bei der Aufbringung des Mehrlagenschichtsystems auf einer Metallverkleidung bzw. einer Metallverstärkung, also einem Metallformteil, einer Metallfolie oder dergleichen, wie insbesondere Metallgewebe, -filz usw., kann das Mehrlagenschichtsystem vor Anordnung der Metallverkleidung bzw. Metallverstärkung auf dem Kunststoffbauteil oder nach der Aufbringung auf dem Kunststoffbauteil abgeschieden werden.
  • Sofern das Mehrlagenschichtsystem vor Anbringung der Metallverkleidung bzw. Metallverstärkung auf dem Kunststoffbauteil abgeschieden wird, können sämtliche geeigneten Kunststoffe, insbesondere partikelverstärkte oder phasenverstärkte Kunststoffe für das Kunststoffbauteil Verwendung finden.
  • Wird jedoch das Mehrlagenschichtsystem in Anwesenheit des Kunststoffbauteils abgeschieden, so muss ein vakuumbeständiger und/oder hochtemperaturbeständiger Kunststoff gewählt werden, der die nötigen Temperaturen und/oder Druckverhältnisse beim Abscheideprozess für das Mehrlagenschichtsystem überstehen kann. Für den Abscheideprozess können insbesondere auch Niedertemperaturabscheideverfahren mit Prozesstemperaturen im Bereich von kleiner oder gleich 300°C, insbesondere kleiner oder gleich 200 °C eingesetzt werden. Als vakuumbeständige und/oder temperaturbeständige Kunststoffe, die für Dampfphasenbeschichtungen geeignet sind, bieten sich insbesondere Polyetherketone, Polyetheretherketone und dergleichen an.
  • Vor dem Aufbringen des Mehrlagenschichtsystems kann die zu beschichtende Oberfläche entsprechend vorbereitet werden, um beispielsweise die Haftfestigkeit zu verbessern. Hierzu können bekannte nasschemische Ätzverfahren und/oder Plasmabehandlungsverfahren eingesetzt werden. Insbesondere bei der Abscheidung des Mehrlagenschichtsystems direkt auf dem Kunststoff kann sich eine entsprechende Vorbehandlung anbieten.
  • Das Mehrlagenschichtsystem kann gemäß der Offenbarung in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2004 001 392 A1 und DE 10 2007 027 335 A1 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Verweis vollständig aufgenommen ist, durch eine Abfolge von duktilen Metallschichten und harten Keramikschichten sowie einer Abfolge einer reinen Metallschicht, einer Metalllegierungsschicht, einer Metall-Keramik-Mischschicht, die insbesondere gradiert sein kann, sowie einer Keramikschicht gebildet sein. Zusätzlich können entsprechende Diffusionssperrschichten zwischen den einzelnen Lagen und/oder an der Grenzfläche zum Kunststoffbasiswerkstoff bzw. einem entsprechenden Metallverkleidungs- oder Verstärkungsteil vorgesehen sein. Neben dem Wechsel zwischen duktiler Metallschicht und harter Keramikschicht bzw. Kombination von duktilen Metallschichten und harten Keramikschichten kann auch eine Kombination von unterschiedlich harten Keramikschichten vorgesehen sein.
  • Die unterschiedlichen Keramikschichten können beispielsweise durch Chrom-Aluminium-Nitrid und Chrom-Nitrid gebildet sein, wobei ein derartiges Mehrlagenschichtsystem eine Chrom-Nitrid-Schicht als Haftvermittlerschicht umfassen kann.
  • Bei den Mehrlagenschichtsystemen mit Metallschichten und Metalllegierungsschichten sowie Metall-Keramik-Mischschichten kann die Metallschicht aus Aluminium, Titan, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom, Nickel oder Kobalt sowie die Metalllegierungsschicht aus Legierungselementen ausgewählt aus Titan, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom, Nickel, Kobalt, Eisen, Aluminium, Zirkon, Hafnium, Tantal, Magnesium, Molybdän, Yttrium, Niob, Vanadium und/oder Silizium gebildet sein, wobei einige dieser Elemente als Phasenstabilisierungselemente dienen.
  • Die Metall-Keramik-Mischschicht kann aus den entsprechend vorher genannten Metallen sowie Oxiden, Nitriden, Karbiden und/oder Boriden dieser Metalle oder Metalllegierungen gebildet sein.
  • Die Keramikschicht kann wiederum aus Oxiden, Nitriden, Karbiden und/oder Boriden der vorher genannten Metalle oder Metalllegierungen gebildet sein.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
    • Figur 1
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
    Figur 2
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    Figur 3
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
    Figur 4
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem vierten Ausführungsbeispiel;
    Figur 5
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem fünften Ausführungsbeispiel;
    Figur 6
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem sechsten Ausführungsbeispiel; und in
    Figur 7
    einen Schnitt durch einen Oberflächenbereich eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Erosionsschutz nach einem siebten Ausführungsbeispiel
    AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils, beispielsweise einer Leitschaufel, einer Laufschaufel oder eines Leitgitters einer Gasturbine und insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, vorzugsweise im Bereich des Verdichters oder Fans, bzw. Kantenbereiche von Propellerblättern von Propellerflugzeugen oder von Rotorblättern von Hubschrauberrotoren sowie von Flugzeugstrukturbauteilen, wie Strömungskanten von Tragflächen und dergleichen. Das Bauteil 1 weist einen Grundwerkstoff aus einem Kunststoff auf, beispielsweise aus einem partikel- oder faserverstärkten Kunststoff bzw. insbesondere aus einem hochtemperaturbeständigen und vakuumtauglichen Kunststoff, wie Polyetheretherketon (PEEK).
  • Nach einer einfachen Ausführungsvariante, die in Figur 1 gezeigt ist, ist auf dem Kunststoffbauteil 1 ein Mehrlagenschichtsystem mit den Lagen bzw. Teilschichten 2 und 3 angeordnet. Die Teilschicht 2 kann beispielsweise eine Metall- oder Metalllegierungsschicht sein, während die Lage bzw. Teilschicht 3 aus einem Keramikmaterial gebildet ist. Die Metallschicht kann beispielsweise durch eine Chrom-Aluminium-Schicht gebildet sein, während die Keramikschicht 3 durch eine Chrom-Aluminium-Nitrid-Schicht gebildet sein kann.
  • Alternativ können die Teilschichten 2 und 3 beide als Keramikschichten ausgebildet sein, wobei die Teilschicht 2 als duktilere, weichere Keramikschicht, beispielsweise als Chrom-Nitrid-Schicht ausgebildet sein kann, während die harte Keramikschicht 3 als Chrom-Aluminium-Nitrid-Schicht ausgebildet sein kann.
  • Zur Abscheidung dieser Schichten können Dampfphasenabscheidungsprozesse, insbesondere physikalische Dampfphasenabscheidungsprozesse (Physical Vapor Deposition PVD) eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit und der nachfolgenden Abscheidung kann die Oberfläche des Bauteils 1 nasschemisch geätzt oder einer Plasmabehandlung unterzogen werden. Die dadurch beeinflusste Oberflächenschicht des Bauteils 1 ist zeichnerisch nicht separat dargestellt.
  • Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils, bei dem die Mehrlagenschicht mehrere Abfolgen von identischen Teilschichten umfasst, nämlich eine Wiederholung der Schichtenabfolge der Ausführungsform der Figur 1. Entsprechend sind in der Ausführungsform der Figur 2 in der Erosionsschutzschicht auf dem Kunststoffbauteil 1 die Teilschichten 2 und 3 zweimal übereinander angeordnet, wobei die Teilschichten 2 und 3 jeweils wiederum durch eine Metallschicht oder eine weiche Keramikschicht im Fall der Teilschicht 2 sowie durch eine harte Keramikschicht im Fall der Teilschicht 3 gebildet sein können.
  • In der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 mit einer Erosionsschutzschicht dargestellt, wobei hier das Mehrlagenschichtsystem aus den Teilschichten 2 und 3 nicht unmittelbar auf der Kunststoffoberfläche des Bauteils 1 abgeschieden ist, sondern auf einer Metallschicht 4. Die Metallschicht 4 kann selbst eine abgeschiedene Schicht sein oder ein separat aufgebrachtes Metallteil, wie beispielsweise ein Metallformteil, eine Metallfolie, ein Metallfilz oder dergleichen.
  • Während die Metallschicht 4 in Form einer abgeschiedenen Schicht direkt auf dem Kunststoff 1 abgeschieden wird, kann die Metallschicht in Form eines Metallformbauteils als formstabile, selbsttragende Einheit oder als Metallfolie, Metallgewebe, Metallfilz oder dergleichen auf dem Kunststoffbauteil 1 aufgeklebt oder in sonstiger geeigneter Weise aufgebracht, z. B. verschweißt, werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Metallschicht 4 in Form eines Metallverstärkungsteils, eines Metallformbauteils, einer Metallfolie, eines Metallfilzes oder dergleichen bei der Herstellung des Kunststoffbauteils 1 anzuordnen, also insbesondere die Metallschicht 4 mit dem Kunststoffbauteil 1 zu gießen oder bei entsprechenden glasfaserverstärkten Kunststoffen mit in das Bauteil 1 ein zu laminieren.
  • Entsprechend kann das Mehrlagenschichtsystem aus den Teilschichten 2 und 3 bereits vor dem Anbringen der Metallschicht 4 oder erst nach dem Anbringen der Metallschicht 4 auf dem Kunststoffbauteil 1 auf der Metallschicht angeordnet werden.
  • Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils, bei welcher wiederum eine Metallschicht 4 als Basis für das Mehrlagenschichtsystem auf dem Kunststoffbauteil 1 angeordnet ist, wobei das Mehrlagenschichtsystem 2, 3 vor oder nach dem Anordnen der Metallschicht 4 auf dem Kunststoffbauteil 1 abgeschieden wird. Der Unterschied zur Ausführungsform der Figur 3 besteht darin, dass das Mehrlagenschichtsystem aus mehreren wiederholten Abfolgen der Teilschichten 2, 3 besteht, wie bereits in der Ausführungsform der Figur 2 gezeigt.
  • Die Metallschicht 4 bzw. die Metallverstärkung des Kunststoffbauteils 1 kann aus jedem geeigneten Metallwerkstoff bzw. Metalllegierung gebildet sein, insbesondere aus Titanwerkstoffen. Entsprechend können die Teilschichten 2, 3 aus geeigneten Metallschichten bzw. Metalllegierungsschichten oder weichen Keramikschichten (Teilschicht 2) sowie harten Keramikschichten (Teilschicht 3) gebildet sein. Hier bietet es sich an, entsprechende Titanwerkstoffe einzusetzen, die mit der Metallschicht eine gute Verbindung bilden und durch angepasste Eigenschaften eine gute Verträglichkeit mit der Metallschicht 4 aufweisen. So bieten sich beispielsweise für die Metallschicht 2 Titanbasislegierungen und für die Keramikschicht 3 Titan-Nitrid- oder Titan-Aluminium-Nitrid-Schichten an.
  • Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die eine Abwandlung zur Ausführungsform der Figur 4 darstellt. Zusätzlich zu der Ausgestaltung der Erosionsschutzschicht der Ausführungsform der Figur 4 ist bei der Ausführungsform der Figur 5 eine Diffusionssperrschicht 5 beispielsweise aus Chromnitrid zwischen der Teilschicht 2 des Mehrschichtsystems und der Metallschicht 4 vorgesehen. Entsprechend ist also das Mehrlagenschichtsystem mit der Diffusionssperrschicht 5 in Richtung des Kunststoffbauteils 1 abgeschlossen. Die Diffusionssperrschicht 5 verhindert, dass Material aus dem Mehrlagenschichtsystem in die Metallschicht 4 diffundiert bzw. umgekehrt aus der Metallschicht 4 in das Mehrlagenschichtsystem.
  • Die Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform, die eine Abwandlung der Ausführungsform der Figur 2 darstellt. Zusätzlich zu dem Mehrlagenschichtsystem mit der wiederholten Abfolge der Teilschichten 2, 3 gemäß der Ausführungsform der Figur 2 ist bei der Ausführungsform der Figur 6 zusätzlich zwischen der ersten Teillage 2 und dem Kunststoffbauteil 1 eine Haftvermittlerschicht 6 vorgesehen, welche beispielsweise aus einer gradierten Chrom-Nitrid-Schicht gebildet ist.
  • Das Mehrlagenschichtsystem mit einer metallischen duktilen Teilschicht 2 und einer harten keramischen Schicht 3, wie es in den vorangegangenen Figuren dargestellt ist, kann gemäß der Ausführungsform der Figur 7 dahingehend abgewandelt werden, dass anstelle eines Mehrlagenschichtsystems mit zwei sich wiederholenden Teilschichten ein Mehrlagenschichtsystem mit mehreren unterschiedlichen Teilschichten verwirklicht wird. Gemäß der Ausführungsform der Figur 7 sind auf einer ersten Metallschicht 4 in Form einer Metallverkleidung auf dem Kunststoff-Bauteil 1 vier Teilschichten eines Mehrlagenschichtsystems abgeschieden, und zwar eine weitere Metallschicht 2, eine Metalllegierungsschicht 7, eine Metall-Keramik-Mischschicht 8 und eine Keramikschicht 3. Diese vier Lagen können nicht nur, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 7 gezeigt, einmal ausgebildet sein, sondern wiederum mehrfach übereinander angeordnet sein.
  • Wie bereits oben erwähnt, wird das Mehrlagenschichtsystem vorzugsweise durch eine Dampfphasenabscheidung, insbesondere physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) direkt auf dem Kunststoffbauteil 1 oder auf einer Metallschicht 4 in Form eines Metallformbauteils, einer Metallfolie, eines Metallgewebes oder einer abgeschiedenen Metallschicht abgeschieden. Insbesondere kann zur Abscheidung ein Sputterverfahren (Kathodenzerstäubung) eingesetzt werden, bei welchem die Elektrode des Targets insbesondere gepulst betrieben wird.
  • Bei Verwendung eines Metallformbauteils oder einer Metallfolie oder dergleichen kann das Mehrlagenschichtsystem bereits vor Anbringen des Metallformteils bzw. der Metallfolie an dem Kunststoffbauteil 1 oder nachher abgeschieden werden. Insbesondere für derartige Bauteile, bei denen eine Abscheidung des Mehrlagenschichtsystems in Anwesenheit des Kunststoff-Bauteils 1 erforderlich ist, kann der Kunststoff aus einem hochvakuumbeständigen und hochtemperaturbeständigen Kunststoff gebildet sein, wie beispielsweise Polyetheretherketon PEEK.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen oder Änderungen möglich sind, indem einzelne Merkmale weggelassen werden oder andersartige Kombinationen von Merkmalen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Merkmale.

Claims (16)

  1. Bauteil, welches Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist und überwiegend aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, so dass das Kunststoffmaterial zumindest zum Teil im Bereich der der Strömung ausgesetzten Oberfläche des Bauteils (1) vorliegt, wobei das Kunststoffmaterial einen Erosionsschutz an der Oberfläche aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Erosionsschutz ein Mehrlagenschichtsystem (2, 3; 2, 7, 8, 3) mit mindestens einer oder mehrerer Abfolgen aus mindestens einer Lage aus einem Metall (2) und mindestens einer Lage aus einer Keramik (3) oder aus mindestens zwei unterschiedlich harten Keramikschichten (2, 3) umfasst.
  2. Bauteil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mehrlagenschichtsystem neben einer Metallschicht (2) eine Metalllegierungsschicht (7), eine Metall-Keramik-Mischschicht (8) und eine Keramikschicht (3) in dieser Reihenfolge ausgehend vom Grundwerkstoff aus Kunststoff umfasst.
  3. Bauteil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Metallschicht Aluminium, Titan, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom, Nickel oder Kobalt umfasst und/oder die Metalllegierung mindestens eine Komponente umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Titan, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom, Nickel, Kobalt, Eisen, Aluminium, Zirkon, Hafnium, Tantal, Magnesium, Molybdän, Yttrium, Niob, Vanadium und Silizium umfasst.
  4. Bauteil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Metall-Keramik-Mischschicht und/oder die Keramikschicht mindestens ein Oxid, Nitrid, Karbid und/oder Borid mindestens eines Metalls der Metallschicht und/oder der Metalllegierungsschicht umfasst.
  5. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Metall-Keramik-Mischschicht als Gradientenschicht mit einem zunehmenden Anteil an Keramik in Richtung der nachfolgenden Keramikschicht ausgebildet ist.
  6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mehrlagenschichtsystem an der Seite zum zu schützenden Bauteil und/oder zwischen den Schichten des Mehrlagenschichtsystems mindestens eine Diffusionssperrschicht (5) umfasst.
  7. Bauteil nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Diffusionssperrschicht (5) CrN umfasst.
  8. Bauteil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die unterschiedlich harten Keramikschichten CrAlN (3) und CrN (2) umfassen.
  9. Bauteil nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mehrlagenschichtsystem mit unterschiedlich harten Keramikschichten an der Seite zum zu schützenden Bauteil eine gradierte CrN-Schicht (6) als Haftvermittlerschicht umfasst.
  10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mehrlagenschichtsystem direkt auf dem Kunststoff angeordnet ist.
  11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Erosionsschutz eine erste metallische Schicht (4) umfasst, die als eine durch Dampfphasenabscheidung abgeschiedene Schicht, als ein aufgebrachtes Metallformteil oder eine aufgebrachte Metallfolie, als ein aufgeklebtes Metallformteil oder eine aufgeklebte Metallfolie, als ein integriertes Metallformteil oder eine integrierte Metallfolie, als ein eingegossenes Metallformteil oder eine eingegossene Metallfolie oder als ein einlaminiertes Metallformteil oder eine einlaminierte Metallfolie vorgesehen ist.
  12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kunsstoff ausgewählt ist aus mindestens einem Bestandteil der Gruppe, die Polyetherketone (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), partikelverstärkte Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, kohlefaserverstärkte Kunststoffe, hochtemperaturbeständige Kunststoffe und vakuumbeständige Kunststoffe umfasst.
  13. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil ausgewählt ist aus der Gruppe, die Gasturbinenbauteile, Turbinenschaufeln, Laufschaufeln, Leitschaufeln, Leitgitter, Propellerbauteile, Propellerblätter, Rotorbauteile, Rotorblätter, Flugzeugstrukturbauteile, Tragflächenkanten umfasst.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Luft- oder Gasströmungen ausgesetzten Bauteils, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
    a) Bereitstellen eines Bauteils (1) aus überwiegend Kunststoff mit zumindest einem Teil einer Oberfläche, welche durch den Kunststoff gebildet ist und Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist;
    b) Aufbringen eines Mehrlagenschichtsystems (2, 3; 2, 7, 8, 3) aus mindestens einer oder mehreren Abfolgen aus mindestens einer Lage aus einem Metall und mindestens einer Lage aus einer Keramik oder aus mindestens zwei unterschiedlich harten Keramikschichten auf zumindest den Oberflächenteil, der durch den Kunststoff gebildet ist und Luft- oder Gasströmungen ausgesetzt ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mehrlagenschichtsystem durch Dampfphasenabscheidung oder physikalische Dampfphasenabscheidung direkt auf dem Kunststoff oder auf einer bereits abgeschiedenen Metall- oder Metalllegierungsschicht (4) oder einem auf dem Kunststoff aufzubringenden oder bereits aufgebrachten Metall- oder Metalllegierungsteil (4) abgeschieden wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mit dem Mehrlagenschichtsystem zu beschichtende Oberfläche vor dem Abscheiden des Mehrlagenschichtsystems durch Oberflächenbehandlung oder nasschemisches Ätzen oder Plasmabehandlung vorbereitet wird.
EP10156227A 2009-03-13 2010-03-11 Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung Withdrawn EP2230330A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009013129A DE102009013129A1 (de) 2009-03-13 2009-03-13 Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2230330A1 true EP2230330A1 (de) 2010-09-22

Family

ID=42106021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10156227A Withdrawn EP2230330A1 (de) 2009-03-13 2010-03-11 Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2230330A1 (de)
DE (1) DE102009013129A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013011028A1 (de) * 2011-07-18 2013-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel aus faserverbundwerkstoff
EP2653587A1 (de) * 2012-04-16 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschinenkomponente mit einer Funktionsbeschichtung
CN103568440A (zh) * 2012-07-26 2014-02-12 台元纺织股份有限公司 质轻防风抗寒蓄热保暖透气布
US9580817B2 (en) 2012-12-04 2017-02-28 Vergason Technology, Inc. Bilayer chromium nitride coated articles and related methods
EP3345712A1 (de) * 2015-04-29 2018-07-11 Airbus Defence and Space GmbH Keramikbauteil mit zumindest einem multidimensional strukturierten verbindungsabschnitt sowie verfahren zu dessen herstellung
US11441545B2 (en) * 2020-02-25 2022-09-13 General Electric Company Tungsten-based erosion-resistant leading edge protection cap for rotor blades
US11794450B2 (en) 2020-12-18 2023-10-24 Altria Client Services Llc Polymer-laminated metal lid

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011080620B4 (de) * 2011-08-08 2014-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils und Isolationsbauteil sowie elektrisch leitfähiges Heizkabel
DE102016112928A1 (de) * 2016-07-14 2018-01-18 Hoppe Holding Ag Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Korrosionsschutzbeschichtung
DE102016112927A1 (de) * 2016-07-14 2018-02-01 Hoppe Holding Ag Bauteil mit Substrat und Korrosionsschutzbeschichtung
RU2677041C1 (ru) * 2017-08-18 2019-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ нанесения защитного многослойного покрытия на лопатки блиска газотурбинного двигателя из титанового сплава от пылеабразивной эрозии
DE102018216658A1 (de) 2018-09-27 2020-04-02 MTU Aero Engines AG Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Erosions- und Korrosionsschutzschicht und Bauteil mit einer entsprechenden Schutzschicht
DE102020130987A1 (de) * 2020-01-24 2021-07-29 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Elektromotors, Elektromotorbauteil und Elektromotor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1317617A (en) * 1969-07-02 1973-05-23 Nat Res Corp Protection of structural parts from abrasion
DE4208842C1 (de) * 1992-03-19 1993-04-08 Eurocopter Hubschrauber Gmbh, 8000 Muenchen, De
DE102004001392A1 (de) 2004-01-09 2005-08-04 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung
DE102007027335A1 (de) 2007-06-14 2008-12-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527912A1 (de) * 1985-08-03 1987-02-12 Sigri Gmbh Verfahren und herstellung eines walzenkoerpers
DE4204896C2 (de) * 1992-02-19 1995-07-06 Tridelta Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbundkörpers
AU4901201A (en) * 1999-10-25 2001-07-03 Rolls-Royce Corporation Erosion-resistant coatings for organic matric composites

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1317617A (en) * 1969-07-02 1973-05-23 Nat Res Corp Protection of structural parts from abrasion
DE4208842C1 (de) * 1992-03-19 1993-04-08 Eurocopter Hubschrauber Gmbh, 8000 Muenchen, De
US5306120A (en) 1992-03-19 1994-04-26 Eurocopter Deutschland Gmbh System to protect against erosion a body subjected to an airflow
DE102004001392A1 (de) 2004-01-09 2005-08-04 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung
DE102007027335A1 (de) 2007-06-14 2008-12-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzbeschichtung und Bauteil mit einer Verschleißschutzbeschichtung

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013011028A1 (de) * 2011-07-18 2013-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel aus faserverbundwerkstoff
EP2653587A1 (de) * 2012-04-16 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschinenkomponente mit einer Funktionsbeschichtung
WO2013156296A1 (de) 2012-04-16 2013-10-24 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschinenkomponente mit einer funktionsbeschichtung
CN104271803A (zh) * 2012-04-16 2015-01-07 西门子公司 具有功能覆层的流体机械部件
US9719360B2 (en) 2012-04-16 2017-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Turbomachine component having a functional coating
CN103568440A (zh) * 2012-07-26 2014-02-12 台元纺织股份有限公司 质轻防风抗寒蓄热保暖透气布
CN103568440B (zh) * 2012-07-26 2015-11-18 台元纺织股份有限公司 质轻防风抗寒蓄热保暖透气布
US9580817B2 (en) 2012-12-04 2017-02-28 Vergason Technology, Inc. Bilayer chromium nitride coated articles and related methods
EP3345712A1 (de) * 2015-04-29 2018-07-11 Airbus Defence and Space GmbH Keramikbauteil mit zumindest einem multidimensional strukturierten verbindungsabschnitt sowie verfahren zu dessen herstellung
US11441545B2 (en) * 2020-02-25 2022-09-13 General Electric Company Tungsten-based erosion-resistant leading edge protection cap for rotor blades
US11794450B2 (en) 2020-12-18 2023-10-24 Altria Client Services Llc Polymer-laminated metal lid

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009013129A1 (de) 2010-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2230330A1 (de) Kunststoffbauteil mit Erosionsschutzschicht für Anwendungen mit erosiver Beanspruchung
DE112009002080B4 (de) Erosions- und schlagbeständiger Überzug, Gasturbinentriebwerkskomponente und Gasturbine mit diesem sowie Verfahren zum Abscheiden desselben
EP2398936B1 (de) Erosionsschutz-beschichtungssystem fur gasturbinenbauteile
EP1741876B1 (de) Schaufel einer Turbomaschine mit einer Schaufelspitzenpanzerung
DE102007050918A1 (de) Erosionsbeständige Beschichtung und Verfahren der Herstellung
EP1649074A1 (de) Verschleissschutzbeschichtung und bauteil mit einer verschleissschutzbeschichtung
DE102007005755A1 (de) Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen mit brennbarer Titanlegierung vor Titanfeuer und Verfahren zu deren Herstellung
DE112019001233B4 (de) Vorderkanten-Abdeckelement, Vorderkanten-Abdeckelementeinheit, Verbundwerkstoff-Flügel, Verfahren zur Herstellung eines Vorderkanten-Abdeckelements und Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoff-Flügels
EP2155929A2 (de) Verschleissschutzbeschichtung und bauteil mit einer verschleissschutzbeschichtung
WO2020064041A1 (de) Verfahren zur herstellung einer mehrlagigen erosions - und korrosionsschutzschicht und bauteil mit einer entsprechenden schutzschicht
EP1929060A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schutzschicht, schutzschicht und bauteil mit einer schutzschicht
DE102009043097A1 (de) Laufschaufel zur Verwendung in Zweiphasenströmungen sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Laufschaufel
EP3246430B1 (de) Verfahren zur herstellung von schaufeln oder schaufelanordnungen einer strömungsmaschine mit erosionschutzschichten und entsprechend hergestelltes bauteil
EP2537959B1 (de) Mehrfache Verschleißschutzbeschichtung und Verfahren zu Ihrer Herstellung
EP3020847B1 (de) Oxidationsschutzschicht für TiAl-Werkstoffe und Verfahren zu deren Herstellung
EP2807288B1 (de) Strömungsmaschinenkomponente mit einer funktionsbeschichtung
WO2021233496A1 (de) Schaufel für eine strömungsmaschine mit schaufelspitzenpanzerung und erosionsschutzschicht und verfahren zur herstellung derselben
WO2012038217A1 (de) Turbinenschaufel mit keramischer erosionsschutzschicht für eine niederdruckstufe einer dampfturbine
EP3679171B1 (de) Schichtsystem und schaufel
EP2548990B1 (de) Verfahren zur Herstellung von strömungsbelasteten Bauteilen sowie entsprechend hergestellte Bauteile
EP4155431A1 (de) Verfahren zur herstellung und entsprechend hergestelltes bauteil aus einer nickelbasissuperlegierung für den heissgaskanal einer strömungsmaschine
AT15858U1 (de) Verfahren zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit eines Bauteils
DE102018202726A1 (de) Bauteil, insbesondere Laufschaufel, für eine Strömungsmaschine mit einer Panzerungsdoppelschicht
EP3050998B1 (de) Bauteil mit Schutzschicht und Verfahren zur Herstellung desselben

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20110323