EP2381005A1 - Coating system for turbine components - Google Patents

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EP2381005A1
EP2381005A1 EP10004293A EP10004293A EP2381005A1 EP 2381005 A1 EP2381005 A1 EP 2381005A1 EP 10004293 A EP10004293 A EP 10004293A EP 10004293 A EP10004293 A EP 10004293A EP 2381005 A1 EP2381005 A1 EP 2381005A1
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EP
European Patent Office
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layer
thermal barrier
barrier coating
intermediate layer
linear expansion
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Withdrawn
Application number
EP10004293A
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German (de)
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Inventor
Jochen Dr. Barnikel
Friedhelm Schmitz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • 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
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    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to a layer system comprising a substrate, a thermal barrier coating disposed on the substrate and an erosion control layer.
  • the invention relates to a method for producing a turbine component, in particular a steam turbine component, with a substrate, to which a thermal barrier layer is connected, wherein an erosion control layer is applied to the thermal barrier coating.
  • the steam parameters can be more than 600 ° C, which leads to increased thermal demands on the materials. Therefore, those materials must be used which have a high creep strength. However, such materials usually have no ideal property in terms of oxidation resistance. The oxidation resistance is usually not sufficient for the extreme steam parameters.
  • Suitable coatings used in extreme thermal stresses are aluminum-containing coatings. Such coatings have the advantage that when applying and curing the layer by diffusion of aluminum in the base material, a good connection to the material to be protected is achieved. In addition, an AL 2 O 3 layer is formed which protects the material against oxidation.
  • austenitic steels reach their limits due to unfavorable physical properties, such as high coefficient of thermal expansion or low thermal conductivity, various variants of high-strength, ferritic martensitic steels with chromium contents of 9% by weight to 12% by weight are developed.
  • thermal barrier coatings Another technical challenge is the application of the thermal barrier coatings to a turbine component.
  • One solution to this technical challenge is the use of an adhesive layer between the base material and the thermal barrier coating.
  • This adhesive layer which is also referred to as bond coating, causes not only an improved adhesion of the ceramic thermal barrier coating but also a protection of the base material against oxidation and corrosion.
  • a further protective layer which may also be referred to as a topcoat.
  • Suitable materials for use as adhesive layer and topcoating include Ni / Cr80 / 20 and MCrAlY.
  • the use of the above-mentioned adhesive layers or top coatings is good on base materials based on nickel-based alloy.
  • the problem here is the use of the aforementioned adhesive layers and top coatings against ferritic base materials (1 wt .-% to 2.5 wt .-% chromium or 9 wt .-% to 12 wt .-% chromium - steels) and compared a ZrO 2- litämm layer as the aforementioned adhesive layers have significantly higher thermal expansion coefficients. This leads to higher stresses or strains compared with the base material as well as with respect to the thermal barrier coating, which can lead to cracking.
  • the erosion protection layer and the thermal insulation layer arranged thereunder have different coefficients of linear expansion ⁇ WDS or ⁇ TOP .
  • This problem is currently solved by limiting the erosion control layer to a maximum of 80 ⁇ m, which limits the protective effect.
  • the layer system is developed in such a way that an intermediate layer is arranged between the thermal barrier coating and the erosion layer, which represents a compromise with regard to the linear expansion coefficients ⁇ WDS and ⁇ TOP .
  • the coefficient of linear expansion ⁇ ZW of the intermediate layer should be chosen such that it is greater than the linear expansion coefficient ⁇ WDS .
  • the intermediate layer whose coefficient of linear expansion ⁇ ZW lies between the coefficients of thermal expansion ⁇ WDS of the thermal barrier layer and the coefficient of linear expansion ⁇ TOP of the erosion layer leads to a reduction of the stresses, whereby the cracking and chip-off behavior is minimized and thus larger layer thicknesses are possible in order to minimize erosion erosion , Advantageous developments are specified in the subclaims.
  • the thermal barrier coating of zirconium dioxide is formed and the intermediate layer has a limit proportion of metallic particles.
  • the intermediate layer has a limit proportion of metallic particles.
  • the intermediate layer of ferrite is formed.
  • a ferrite is in this case a crystallographic modification of the iron and has a comparatively similar coefficient of linear expansion as the erosion layer. Chipping off or causing cracks is thereby further minimized.
  • the intermediate layer is applied by means of atmospheric plasma spraying, wherein a powder is used according to the following table: element Concentration in% by weight preferably CR 22-26 23 - 24 al 5-8 6 - 7 Rare earth 0,5 - 2 Fe Base (rest)
  • the intermediate layer zirconium dioxide should be present in this powder in an amount of between 30% by weight and 70% by weight, in particular 50% by weight.
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of a layer according to the invention.
  • an adhesive layer 2 which may also be referred to as a bond coating, applied by a suitable method.
  • a thermal barrier coating 3 is applied by a suitable method in a suitable manner.
  • the turbine component in particular a steam turbine component, such. B. may be part of an inner housing or a turbine blade, consists of a ferritic base material 1.
  • a thermal barrier coating 3 is connected at this ferritic base material 1.
  • This thermal barrier coating 3 is, for example, a zirconium dioxide thermal barrier coating or a zirconium oxide partially stabilized on yttrium. Other thermal barrier coatings are conceivable.
  • an adhesive layer 2 which can also be referred to as a bond coat applied.
  • the adhesive layer 2 is applied to the ferritic base material 1 by an atmospheric plasma spraying process.
  • an erosion protection layer 5 Over the thermal barrier coating 3 is an erosion protection layer 5, which can also be referred to as top-coating applied. Between the erosion protection layer 5 and the thermal barrier coating 3, an intermediate layer 4 is arranged, which is applied to the thermal barrier coating 3 by an atmospheric plasma spraying process.
  • the powder used has the following composition: element Concentration in% by weight preferably CR 22-26 23 - 24 al 5-8 6 - 7 Rare earth 0,5 - 2 Fe Base (rest)
  • weight percentages given in the table can be combined with one another in any desired manner.
  • the ferritic base material 1 which may also be referred to as a substrate, the thermal barrier coating 3, the adhesive layer 2, the intermediate layer 4 and the erosion protection layer 5 form a layer system 6.
  • the thermal barrier coating 3 may be formed of zirconium dioxide (ZrO 2 ), wherein the intermediate layer 4 comprises a limit proportion of metallic particles.
  • the coefficient of linear expansion ⁇ ZW of the intermediate layer 4 is greater than the coefficient of linear expansion ⁇ WDS of the thermal barrier coating 3.
  • the intermediate layer 4 may be formed of a ferrite.
  • the thermal barrier coating 3 has a linear expansion coefficient ⁇ WDS of substantially 8 (10 -6 K -1 at 20 ° C.).
  • the coefficient of linear expansion ⁇ ZW of the ferrite is essentially 11 (10 -6 K -1 at 20 ° C).
  • the layer system 6 can be arranged on a turbine component, in particular a steam turbine component.
  • the method for producing this turbine component, in particular the steam turbine component takes place in that in a first step on a substrate 1, a thermal barrier coating 3 by means of an adhesive layer 2 and on this thermal barrier coating 3 erosion protection layer 5 is applied, wherein between the thermal barrier coating 3 and the erosion control layer 5 an intermediate layer 4 is arranged with a suitable coefficient of linear expansion ⁇ ZW .
  • the intermediate layer 4 is applied by means of atmospheric plasma spraying using a powder according to the table described above.
  • the intermediate layer comprises 30% by weight to 70% by weight of zirconium dioxide, in particular 50% by weight of zirconium dioxide, in order to adapt the coefficients of linear expansion ⁇ ZW and ⁇ TOP .

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Abstract

Layer system (6) comprises: a substrate (1); a thermal insulation layer (3) arranged on the substrate; an erosion protection layer (5) arranged on the thermal insulation layer; and an intermediate layer (4), which is arranged in between thermal insulation layer and erosion protection layer. Independent claims are also included for: (1) a turbine component comprising the layer system; and (2) producing a turbine component, preferably a steam turbine component with a substrate, on which a thermal insulation layer is attached, where the erosion protection layer is applied on the thermal insulation layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem umfassend ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Wärmedämmschicht und eine Erosionsschutzschicht.The invention relates to a layer system comprising a substrate, a thermal barrier coating disposed on the substrate and an erosion control layer.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenkomponente, insbesondere eines Dampfturbinenbauteils, mit einem Substrat, an dem eine Wärmedämmschicht angebunden ist, wobei auf die Wärmedämmschicht eine Erosionsschutzschicht aufgebracht wird.Furthermore, the invention relates to a method for producing a turbine component, in particular a steam turbine component, with a substrate, to which a thermal barrier layer is connected, wherein an erosion control layer is applied to the thermal barrier coating.

Zur Steigerung der Effizienz von Dampfkraftwerken wird u. a. die Anhebung der Dampfparameter Druck und Temperatur in Erwägung gezogen, um eine Erhöhung des Wirkungsgrades zu erreichen. Die Dampfparameter können hierbei bei über 600°C liegen, was zu erhöhten thermischen Anforderungen an die Materialien führt. Daher müssen solche Werkstoffe verwendet werden, die eine hohe Zeitstandsfestigkeit aufweisen. Allerdings besitzen solche Werkstoffe zumeist keine ideale Eigenschaft im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit. Die Oxidationsbeständigkeit ist meistens nicht ausreichend für die extremen Dampfparameter. Geeignete Schichten, die bei den extremen thermischen Belastungen eingesetzt werden, sind aluminiumhaltige Beschichtungen. Solche Beschichtungen haben den Vorteil, dass beim Aufbringen und Aushärten der Schicht durch Diffusion von Aluminium in dem Grundwerkstoff eine gute Anbindung an den zu schützenden Werkstoff erreicht wird. Darüber hinaus bildet sich eine AL2O3-Schicht, die den Werkstoff vor Oxidation schützt.To increase the efficiency of steam power plants, among other things, the raising of the steam parameters pressure and temperature is considered in order to achieve an increase in efficiency. The steam parameters can be more than 600 ° C, which leads to increased thermal demands on the materials. Therefore, those materials must be used which have a high creep strength. However, such materials usually have no ideal property in terms of oxidation resistance. The oxidation resistance is usually not sufficient for the extreme steam parameters. Suitable coatings used in extreme thermal stresses are aluminum-containing coatings. Such coatings have the advantage that when applying and curing the layer by diffusion of aluminum in the base material, a good connection to the material to be protected is achieved. In addition, an AL 2 O 3 layer is formed which protects the material against oxidation.

Es ist weiterhin bekannt, eine Schutzschicht durch PVD-Verfahren zu erzeugen, sowie thermisch erzeugte Spritzschichten des Typs MCrAlY einzusetzen. Die MCrAlY-Schichten haben allerdings den Nachteil, dass bei der Auftragung der Schicht durch Atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) wegen des Zutritts von Sauerstoff die chemische Zusammensetzung deutlich von der ursprünglichen Pulverzusammensetzung abweicht. Es kann hierzu zu erheblichen Oxidationen der Hauptlegierungselemente Chrom und/oder Aluminium kommen, was zu der Konsequenz führt, dass die gewünschten Eigenschaften der Schicht, wie z.B. die Oxidationsbeständigkeit oder die Duktilität usw. nicht oder nur unzureichend erreicht wird.It is also known to produce a protective layer by PVD method, as well as to use thermally generated sprayed coatings of the type MCrAlY. However, the MCrAlY layers have the disadvantage that when applying the layer Atmospheric plasma spraying (APS), due to the ingress of oxygen, deviates the chemical composition significantly from the original powder composition. This can lead to significant oxidation of the main alloying elements chromium and / or aluminum, which leads to the consequence that the desired properties of the layer, such as the oxidation resistance or ductility, etc. is not or only insufficiently achieved.

Da austenitische Stähle aufgrund ungünstiger physikalischer Eigenschaften, wie hohe Wärmdehnungskoeffizient oder niedriger Wärmeleitfähigkeit, hierbei an ihre Grenzen stoßen, werden verschiedene Varianten von zeitstandsfesten, ferritischmartensitischen Stählen mit Chromgehalten von 9 Gew.-% bis 12 Gew.-% entwickelt.Since austenitic steels reach their limits due to unfavorable physical properties, such as high coefficient of thermal expansion or low thermal conductivity, various variants of high-strength, ferritic martensitic steels with chromium contents of 9% by weight to 12% by weight are developed.

Eine weitere technische Herausforderung stellt das Aufbringen der Wärmedämmschichten auf eine Turbinenkomponente dar. Eine Lösung dieser technischen Herausforderung stellt die Verwendung einer Haftschicht dar, die zwischen dem Grundwerkstoff und der Wärmedämmschicht sich befindet. Diese Haftschicht, die auch als Bondcoating bezeichnet wird, bewirkt außer einer verbesserten Haftung der keramischen Wärmedämmschicht auch einen Schutz des Grundwerkstoffes gegen Oxidation und Korrosion. Des Weiteren ist es zweckmäßig, die aufgetragenen Wärmedämmschichten gegenüber Erosion durch eine weitere Schutzschicht, die auch als Top-Coating bezeichnet werden kann, zu schützen.Another technical challenge is the application of the thermal barrier coatings to a turbine component. One solution to this technical challenge is the use of an adhesive layer between the base material and the thermal barrier coating. This adhesive layer, which is also referred to as bond coating, causes not only an improved adhesion of the ceramic thermal barrier coating but also a protection of the base material against oxidation and corrosion. Furthermore, it is expedient to protect the applied thermal barrier coatings against erosion by means of a further protective layer, which may also be referred to as a topcoat.

Geeignete Materialien zur Verwendung als Haftschicht und Top-Coating sind z.B. Ni/Cr80/20 und MCrAlY. Die Verwendung der vorgenannten Haftschichten bzw. Top-Coatings ist auf Grundwerkstoffen, die auf Nickelbasislegierung basieren, gut. Problematisch ist hierbei allerdings die Verwendung der vorgenannten Haftschichten und Top-Coatings gegenüber ferritischen Grundwerkstoffen (1 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Chrom bzw. 9 Gew.-% bis 12 Gew.-% Chrom - Stähle) sowie gegenüber einer ZrO2-Wärmedämm-schicht da die vorgenannten Haftschichten deutlich höhere Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dies führt gegenüber dem Grundwerkstoff als auch gegenüber der Wärmedämmschicht zu höheren Spannungen oder Dehnungen, was zu einer Rissbildung führen kann.Suitable materials for use as adhesive layer and topcoating include Ni / Cr80 / 20 and MCrAlY. The use of the above-mentioned adhesive layers or top coatings is good on base materials based on nickel-based alloy. However, the problem here is the use of the aforementioned adhesive layers and top coatings against ferritic base materials (1 wt .-% to 2.5 wt .-% chromium or 9 wt .-% to 12 wt .-% chromium - steels) and compared a ZrO 2- Wärmedämm layer as the aforementioned adhesive layers have significantly higher thermal expansion coefficients. This leads to higher stresses or strains compared with the base material as well as with respect to the thermal barrier coating, which can lead to cracking.

Die Erosionsschutzschicht und die darunter angeordnete Wärmedämmschicht weisen unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten αWDS beziehungsweise αTOP auf.The erosion protection layer and the thermal insulation layer arranged thereunder have different coefficients of linear expansion α WDS or α TOP .

Dies führt dazu, dass zwischen diesen beiden Schichten in Folge von Spannungen und Dehnungen es zu Rissbildungen führen kann.As a result, tensions can result between these two layers as a result of stresses and strains.

Dieses Problem wird derzeit dadurch gelöst, dass die Erosionsschutzschicht auf maximal 80µm begrenzt wird, was aber die Schutzwirkung einschränkt.This problem is currently solved by limiting the erosion control layer to a maximum of 80 μm, which limits the protective effect.

Wünschenswert wäre es, das Schichtsystem so weiterzubilden, dass eine Rissbildung verhindert werden kann.It would be desirable to further develop the layer system so that cracking can be prevented.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Schichtsystem gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8.This object is achieved by a layer system according to claim 1 and a method according to claim 8.

Das Schichtsystem wird derart weitergebildet, dass zwischen der Wärmedämmschicht und der Erosionsschicht eine Zwischenschicht angeordnet wird, die einen Kompromiss darstellt im Hinblick auf die Längenausdehnungskoeffizienten αWDS und αTOP. Der Längenausdehnungskoeffizient αZW der Zwischenschicht sollte derart gewählt sein, dass er größer ist als der Längenausdehnungskoeffizient αWDS. Die Zwischenschicht, deren Längenausdehnungskoeffizient αZW zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten αWDS der Wärmedämmschicht und des Längenausdehnungskoeffizienten αTOP der Erosionsschicht liegt, führt zu einer Minderung der Spannungen, wodurch das Riss- und Abplatzverhalten minimiert wird und somit größere Schichtdicken möglich sind, um den Erosionsabtrag zu minimieren. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The layer system is developed in such a way that an intermediate layer is arranged between the thermal barrier coating and the erosion layer, which represents a compromise with regard to the linear expansion coefficients α WDS and α TOP . The coefficient of linear expansion α ZW of the intermediate layer should be chosen such that it is greater than the linear expansion coefficient α WDS . The intermediate layer whose coefficient of linear expansion α ZW lies between the coefficients of thermal expansion α WDS of the thermal barrier layer and the coefficient of linear expansion α TOP of the erosion layer leads to a reduction of the stresses, whereby the cracking and chip-off behavior is minimized and thus larger layer thicknesses are possible in order to minimize erosion erosion , Advantageous developments are specified in the subclaims.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmedämmschicht aus Zirkondioxid ausgebildet und die Zwischenschicht weist einen Grenzanteil an metallischen Partikeln auf. Durch diese gezielte Auswahl an Werkstoffen ist ein entsprechender Ausgleich der Längenausdehnungskoeffizienten αZW und αTOP realisiert. Eine aus Zirkondioxid ausgebildete Wärmedämmschicht weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von im wesentlichen 8 auf. Eine Zwischenschicht, die einen bestimmten Anteil an metallischen Partikeln aufweist, weist im Wesentlichen einen Längenausdehnungskoeffizienten von 11 auf.In an advantageous development, the thermal barrier coating of zirconium dioxide is formed and the intermediate layer has a limit proportion of metallic particles. Through this targeted selection of materials, a corresponding compensation of the linear expansion coefficients α ZW and α TOP is realized. A zirconia formed thermal barrier coating has a coefficient of linear expansion of substantially 8. An intermediate layer, which has a certain proportion of metallic particles, essentially has a coefficient of linear expansion of 11.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Zwischenschicht aus Ferrit ausgebildet. Ein Ferrit ist hierbei eine kristallographische Modifikation des Eisens und weist einen vergleichsweise ähnlichen Längenausdehnungskoeffizienten wie die Erosionsschicht auf. Ein Abplatzen bzw. eine Herbeiführung von Rissen wird dadurch noch weiter minimiert.In an advantageous development, the intermediate layer of ferrite is formed. A ferrite is in this case a crystallographic modification of the iron and has a comparatively similar coefficient of linear expansion as the erosion layer. Chipping off or causing cracks is thereby further minimized.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 11 wird die Zwischenschicht mittels atmosphärischem Plasmaspritzen aufgebracht, wobei ein Pulver verwendet wird entsprechend folgender Tabelle: Element Konzentration in Gew.-% vorzugsweise CR 22 - 26 23 - 24 Al 5-8 6 - 7 Seltene Erden 0,5 - 2 Fe Basis (Rest) In a method according to claim 11 according to the invention, the intermediate layer is applied by means of atmospheric plasma spraying, wherein a powder is used according to the following table: element Concentration in% by weight preferably CR 22-26 23 - 24 al 5-8 6 - 7 Rare earth 0,5 - 2 Fe Base (rest)

In diesem Pulver soll erfindungsgemäß die Zwischenschicht Zirkondioxid mit einem Anteil von zwischen 30 Gew.-% und 70 Gew.-%, insbesondere 50 Gew.-% enthalten sein.According to the invention, the intermediate layer zirconium dioxide should be present in this powder in an amount of between 30% by weight and 70% by weight, in particular 50% by weight.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail below.

Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Schichtanordnung. FIG. 1 shows a schematic arrangement of a layer according to the invention.

Auf dem ferritischen Grundwerkstoff 1 wird eine Haftschicht 2, die auch als bond coating bezeichnet werden kann, durch ein geeignetes Verfahren aufgebracht. Auf dieser Haftschicht 2 wird in geeigneter Weise eine Wärmedämmschicht 3 durch ein geeignetes Verfahren aufgebracht.On the ferritic base material 1, an adhesive layer 2, which may also be referred to as a bond coating, applied by a suitable method. On this adhesive layer 2, a thermal barrier coating 3 is applied by a suitable method in a suitable manner.

Die Turbinenkomponente, die insbesondere ein Dampfturbinenbauteil, wie z. B. ein Teil eines Innengehäuses oder eine Turbinenschaufel sein kann, besteht aus einem ferritischen Grundwerkstoff 1. An diesem ferritischen Grundwerkstoff 1 wird eine Wärmedämmschicht 3 angebunden. Diese Wärmedämmschicht 3 ist beispielsweise eine Zirkondioxid-Wärmedämmschicht oder eine auf Yttrium teilstabilisiertes Zirkonoxid. Andere Wärmedämmschichten sind denkbar. Zwischen der Wärmedämmschicht 3 und dem ferritischen Grundwerkstoff 1 wird eine Haftschicht 2, die auch als bond coat bezeichnet werden kann, aufgebracht. Die Haftschicht 2 wird durch ein atmosphärisches Plasmaspritzverfahren auf den ferritischen Grundwerkstoff 1 aufgebracht.The turbine component, in particular a steam turbine component, such. B. may be part of an inner housing or a turbine blade, consists of a ferritic base material 1. At this ferritic base material 1, a thermal barrier coating 3 is connected. This thermal barrier coating 3 is, for example, a zirconium dioxide thermal barrier coating or a zirconium oxide partially stabilized on yttrium. Other thermal barrier coatings are conceivable. Between the thermal barrier coating 3 and the ferritic base material 1 is an adhesive layer 2, which can also be referred to as a bond coat applied. The adhesive layer 2 is applied to the ferritic base material 1 by an atmospheric plasma spraying process.

Über der Wärmedämmschicht 3 ist eine Erosionsschutzschicht 5, die auch als top-coating bezeichnet werden kann, aufgebracht. Zwischen der Erosionsschutzschicht 5 und der Wärmedämmschicht 3 ist eine Zwischenschicht 4 angeordnet, die durch ein atmosphärisches Plasmaspritzverfahren auf die Wärmedämmschicht 3 aufgebracht wird.Over the thermal barrier coating 3 is an erosion protection layer 5, which can also be referred to as top-coating applied. Between the erosion protection layer 5 and the thermal barrier coating 3, an intermediate layer 4 is arranged, which is applied to the thermal barrier coating 3 by an atmospheric plasma spraying process.

Das dafür verwendete Pulver weist folgende Zusammensetzung auf: Element Konzentration in Gew.-% vorzugsweise CR 22 - 26 23 - 24 Al 5-8 6 - 7 Seltene Erden 0,5 - 2 Fe Basis (Rest) The powder used has the following composition: element Concentration in% by weight preferably CR 22-26 23 - 24 al 5-8 6 - 7 Rare earth 0,5 - 2 Fe Base (rest)

Die in der Tabelle angegebenen Gewichtsprozentangaben können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.The weight percentages given in the table can be combined with one another in any desired manner.

Der ferritische Grundwerkstoff 1, der auch als Substrat bezeichnet werden kann, die Wärmedämmschicht 3, die Haftschicht 2, die Zwischenschicht 4 sowie die Erosionsschutzschicht 5 bilden ein Schichtsystem 6.The ferritic base material 1, which may also be referred to as a substrate, the thermal barrier coating 3, the adhesive layer 2, the intermediate layer 4 and the erosion protection layer 5 form a layer system 6.

Die Wärmedämmschicht 3 kann aus Zirkondioxid (ZrO2) ausgebildet sein, wobei die Zwischenschicht 4 einen Grenzanteil an metallischen Partikeln umfasst.The thermal barrier coating 3 may be formed of zirconium dioxide (ZrO 2 ), wherein the intermediate layer 4 comprises a limit proportion of metallic particles.

Der Längenausdehnungskoeffizient αZW der Zwischenschicht 4 ist größer als der Längenausdehnungskoeffizient αWDS der Wärmedämmschicht 3. Die Zwischenschicht 4 kann aus einem Ferrit ausgebildet sein. Die Wärmedämmschicht 3 weist einen Längenausdehnungskoeffizient αWDS von im Wesentlichen 8 (10-6 K-1 bei 20°C). Der Längenausdehnungskoeffizient αZW des Ferrites liegt im Wesentlichen bei 11 (10-6 K-1 bei 20°C).The coefficient of linear expansion α ZW of the intermediate layer 4 is greater than the coefficient of linear expansion α WDS of the thermal barrier coating 3. The intermediate layer 4 may be formed of a ferrite. The thermal barrier coating 3 has a linear expansion coefficient α WDS of substantially 8 (10 -6 K -1 at 20 ° C.). The coefficient of linear expansion α ZW of the ferrite is essentially 11 (10 -6 K -1 at 20 ° C).

Das Schichtsystem 6 kann auf eine Turbinenkomponente, insbesondere einem Dampfturbinenbauteil angeordnet werden. Das Verfahren zur Herstellung dieser Turbinenkomponente, insbesondere des Dampfturbinenbauteils erfolgt dadurch, dass in einem ersten Verfahrensschritt an einem Substrat 1 eine Wärmedämmschicht 3 mittels einer Haftschicht 2 und auf dieser Wärmedämmschicht 3 eine Erosionsschutzschicht 5 aufgebracht wird, wobei zwischen der Wärmedämmschicht 3 und der Erosionsschutzschicht 5 eine Zwischenschicht 4 mit einem geeigneten Längenausdehnungskoeffizienten αZW angeordnet wird. Bei diesem Verfahren wird die Zwischenschicht 4 mittels einem atmosphärischem Plasmaspritzen aufgebracht, wobei ein Pulver gemäß der vorne beschriebenen Tabelle verwendet wird. Zusätzlich zu diesem Pulver umfasst die Zwischenschicht 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% Zirkondioxid, insbesondere 50 Gew.-% Zirkondioxid, um die Längenausdehnungskoeffizienten αZW und αTOP anzupassen.The layer system 6 can be arranged on a turbine component, in particular a steam turbine component. The method for producing this turbine component, in particular the steam turbine component takes place in that in a first step on a substrate 1, a thermal barrier coating 3 by means of an adhesive layer 2 and on this thermal barrier coating 3 erosion protection layer 5 is applied, wherein between the thermal barrier coating 3 and the erosion control layer 5 an intermediate layer 4 is arranged with a suitable coefficient of linear expansion α ZW . In this method, the intermediate layer 4 is applied by means of atmospheric plasma spraying using a powder according to the table described above. In addition to this powder, the intermediate layer comprises 30% by weight to 70% by weight of zirconium dioxide, in particular 50% by weight of zirconium dioxide, in order to adapt the coefficients of linear expansion α ZW and α TOP .

Claims (11)

Schichtsystem (6) umfassend
ein Substrat (1),
eine auf dem Substrat (1) angeordnete Wärmedämmschicht (3) und
eine auf der Wärmedämmschicht (3) angeordnete Erosionsschutzschicht (5),
gekennzeichnet durch
eine Zwischenschicht (4), die zwischen der Wärmedämmschicht (3) und der Erosionsschutzschicht (5) angeordnet ist.Layer system (6) comprising
a substrate (1),
a thermal barrier coating (3) arranged on the substrate (1) and
an erosion protection layer (5) arranged on the thermal barrier coating (3),
marked by
an intermediate layer (4) disposed between the thermal barrier coating (3) and the erosion control layer (5). Schichtsystem (6) nach Anspruch 1,
wobei die Wärmedämmschicht (3) aus Zirkonoxid ausgebildet ist und
die Zwischenschicht (4) einen Grenzanteil an metallischen Partikeln umfasst.Layer system (6) according to claim 1,
wherein the thermal barrier coating (3) is formed of zirconium oxide and
the intermediate layer (4) comprises a limit proportion of metallic particles. Schichtsystem (6) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Zwischenschicht (4) einen Längenausdehnungskoeffizienten αZW aufweist, der größer ist als der Längenausdehnungskoeffizient αWDS der Wärmedämmschicht (3).Layer system (6) according to claim 1 or 2,
wherein the intermediate layer (4) has a coefficient of linear expansion α ZW which is greater than the linear expansion coefficient α WDS of the thermal barrier coating (3). Schichtsystem (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Zwischenschicht (4) aus Ferrit ausgebildet ist.Layer system (6) according to one of the preceding claims,
wherein the intermediate layer (4) is formed of ferrite. Schichtsystem (6) nach Anspruch 4,
wobei die Wärmedämmschicht (3) einen Längenausdehnungskoeffizienten αWDS von im Wesentlichen 8 [10-6 K-1 bei 20°C] aufweist.Layer system (6) according to claim 4,
wherein the thermal barrier coating (3) has a linear expansion coefficient α WDS of substantially 8 [10 -6 K -1 at 20 ° C]. Schichtsystem (6) nach Anspruch 5,
wobei der Ferrit einen Längenausdehnungskoeffizienten αZW von im Wesentlichen 11 [10-6 K-1 bei 20°C] aufweist.Layer system (6) according to claim 5,
wherein the ferrite has a coefficient of linear expansion α ZW of substantially 11 [10 -6 K -1 at 20 ° C]. Turbinenkomponente mit einem Schichtsystem (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Turbine component with a layer system (6) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung einer Turbinenkomponente, insbesondere eines Dampfturbinenbauteils,
mit einem Substrat (1), an dem eine Wärmedämmschicht (3) angebunden ist,
wobei auf die Wärmedämmschicht (3) eine Erosionsschutzschicht (5) aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Erosionsschutzschicht (5) und der Wärmedämmschicht (3) eine Zwischenschicht (4) angeordnet wird.Method for producing a turbine component, in particular a steam turbine component,
with a substrate (1) to which a thermal barrier coating (3) is attached,
wherein an erosion protection layer (5) is applied to the thermal barrier coating (3),
characterized in that
between the erosion protection layer (5) and the thermal barrier coating (3) an intermediate layer (4) is arranged. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei die Wärmedämmschicht (3) aus Zirkonoxid ausgebildet wird und
die Zwischenschicht (4) mit einem Grenzanteil an metallischen Partikeln ausgebildet wird.Method according to claim 8,
wherein the thermal barrier coating (3) is formed of zirconium oxide and
the intermediate layer (4) is formed with a limit proportion of metallic particles. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
wobei die Zwischenschicht (4) aus einem Material ausgebildet wird, dessen Längenausdehnungskoeffizient αZW größer ist als der Längenausdehnungskoeffizient αWDS der Wärmedämmschicht (3).Method according to claim 8 or 9,
wherein the intermediate layer (4) is formed of a material whose coefficient of linear expansion α ZW is greater than the linear expansion coefficient α WDS of the thermal barrier coating (3). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei die Zwischenschicht (4) mittels atmosphärischem Plasmaspritzen aufgebracht wird,
wobei ein Pulver gemäß folgender Zusammensetzung Element Konzentration in Gew.-% vorzugsweise CR 22 - 26 23 - 24 Al 5-8 6 - 7 Seltene Erden 0,5 - 2 Fe Basis (Rest)
verwendet wird,
wobei ein Anteil von ZrO2 oder Al2O3 oder Ähnlichem mit Anteilen bis max. 50 Gew.-% beträgt.Method according to one of claims 8 to 10,
wherein the intermediate layer (4) is applied by means of atmospheric plasma spraying,
wherein a powder according to the following composition element Concentration in% by weight preferably CR 22-26 23 - 24 al 5-8 6 - 7 Rare earth 0,5 - 2 Fe Base (rest)
is used,
wherein a proportion of ZrO2 or Al2O3 or the like with proportions up to max. 50 wt .-% is.
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