EP2558244A2 - Lotlegierung, lotverfahren und bauteil - Google Patents

Lotlegierung, lotverfahren und bauteil

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Publication number
EP2558244A2
EP2558244A2 EP10713921A EP10713921A EP2558244A2 EP 2558244 A2 EP2558244 A2 EP 2558244A2 EP 10713921 A EP10713921 A EP 10713921A EP 10713921 A EP10713921 A EP 10713921A EP 2558244 A2 EP2558244 A2 EP 2558244A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solder alloy
alloy according
lwt
solder
nickel
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Withdrawn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
EP10713921A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Ott
Sebastian Piegert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2558244A2 publication Critical patent/EP2558244A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • 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
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/238—Soldering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a solder alloy and a method for soldering.
  • Components sometimes need to be repaired after manufacture, for example after casting or after they have been used and cracked.
  • a soldering process works against the temperature at
  • the solder should still have a high strength, so that the solder filled with crack or depression does not weaken the entire component at the high
  • the object is achieved by a solder made of a solder alloy according to claim 1, by a method according to claim 60 and by a component according to claim 62.
  • the solder alloy consists of:
  • the base comprises:
  • Ti 0, lwt% - 6wt% titanium (Ti), in particular ⁇ lwt%,
  • solder comprises:
  • the additive comprises:
  • solder alloy it uses for the base only one element of the group titanium, molybdenum, tantalum, it uses for the base at least two elements of
  • the solder has nickel as the remainder
  • Ni nickel
  • Zr zirconium
  • B boron
  • C carbon
  • Mo molybdenum
  • Ga gallium
  • Ge germanium
  • Hf nium
  • Nb niobium
  • W tantalum
  • Ta chromium
  • Co cobalt
  • Al aluminum
  • Ti titanium
  • it does not contain manganese, it consists of nickel, germanium, chromium, aluminum, cobalt, tungsten and titanium, it consists of nickel, germanium, chromium, aluminum, cobalt, tungsten, Tantalum and titanium, it consists of nickel, germanium, chromium, aluminum, cobalt, tungsten, titanium, carbon and molybdenum, it consists of nickel, germanium, cobalt, chromium, titanium, tungsten, molybdenum, tantalum and aluminum, it consists of nickel , Germanium, chromium, aluminum, cobalt, carbon, molybdenum, tungsten, tantalum and
  • Titanium it consists of nickel, carbon, germanium, chromium, cobalt, aluminum, molybdenum, tungsten, tantalum, niobium, titanium and zirconium
  • the method involves solidifying the solder alloy in a polycrystalline (CC) direction, in particular in the case of polycrystalline components, a further advantageous development of the method being that the solder (10) is directionally solidified.
  • the component contains a solder from the aforementioned solder alloy.
  • the component can be advantageous respectively goge forms ⁇ as follows, where these features advantageously be ⁇ can be combined arbitrarily with each other:
  • the substrate of the component is directionally solidified
  • the substrate of the component is not solidified directed ⁇ the chromium content of the solder alloy corresponds to the Chromge ⁇ halt of the substrate of the component,
  • the content of cobalt corresponds to the content of cobalt of the substrate of the component
  • the aluminum content of the solder alloy is reduced compared to the aluminum content of the substrate of the component, in particular reduced by 10%, the titanium content of the solder alloy is lower than that
  • Titanium content of the substrate of the component when the contents of germanium between 18Gew .-% and 30Gew .-%, in particular by at least 10% lower, the solder alloy has no molybdenum.
  • further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in an advantageous manner with each other.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a component after a
  • FIG. 2 shows in perspective a turbine blade
  • FIG. 3 shows in perspective a combustion chamber
  • FIG. 4 shows a gas turbine
  • Figure 5 is a list of superalloys.
  • FIG. 1 shows a component 1 which is treated with a solder 10 made of a solder alloy according to the invention.
  • the component 1 comprises a substrate 4 which, in particular for components for high-temperature applications, in particular for turbine blades 120, 130 (FIG. 2) or combustion chamber elements 155 (FIG. 3) for steam or gas turbines 100 (FIG cobalt-based superalloy (Figure 5).
  • the solder 10 can preferably be used for all alloys according to FIG. This can preferably be ⁇ knew materials PWA 1483, PWA 1484, his Rene 80 or Rene N5.
  • Lot 10 is also used for blades for aircraft.
  • the substrate 4 has a crack 7 or a recess 7, which is to be filled by soldering.
  • the cracks 7 or recesses 7 are preferably about 200 microns wide and can be up to 5mm deep.
  • the solder material 10 is applied from a solder alloy in or in the vicinity of the recess 7 and by a heat ⁇ treatment (+ T) melts the solder material 10 below a melting temperature of the substrate 4 and fills the Vertie ⁇ tion 7 completely.
  • the solder alloy consists of
  • the base comprises:
  • Ti 0, lwt% - 6wt% titanium (Ti), in particular ⁇ lwt%,
  • solder comprises:
  • the additive comprises:
  • germanium (Ge) is preferably dispensed with the addition of boron (B).
  • germanium is preferably dispensed with the addition of silicon (Si).
  • Sili ⁇ zium and / or carbon are added or the presence of Sili ⁇ zium and / or carbon because they form in the solder Sprödpha- sen.
  • Gallium (Ga) and germanium (Ge) are used.
  • the base has only one, two or three elements of the group titanium, molybdenum, tantalum.
  • the base is especially nickel-based.
  • the solder is especially nickel-based.
  • the alloy contains no zirconium (Zr), no
  • Zr zirconium
  • B boron
  • Mo molybdenum
  • Ga gallium
  • Ge germanium
  • Hf hafnium
  • Nb niobium
  • W tantalum
  • Ta tantalum
  • Cr chromium
  • Co cobalt
  • Al aluminum
  • Ti Titanium
  • the solder alloy is preferably made of nickel, germanium, chromium, aluminum, cobalt, tungsten and titanium.
  • the solder alloy consists of nickel, germanium, chromium, aluminum, cobalt, tungsten, tantalum and titanium.
  • the solder alloy consists of nickel, Ger ⁇ manium, cobalt, chromium, aluminum, tungsten, titanium, carbon and molybdenum.
  • the solder alloy consists of nickel, Ger ⁇ manium, cobalt, chromium, titanium, tungsten, molybdenum, tantalum and aluminum. Also preferably, the solder alloy consists of nickel, Ger ⁇ manium, chromium, aluminum, cobalt, carbon, molybdenum, tungsten, tantalum and titanium.
  • the solder alloy likewise preferably consists of nickel, carbon, germanium, chromium, cobalt, aluminum, molybdenum, tungsten, tantalum, niobium, titanium and zirconium.
  • rhenium can preferably be dispensed with.
  • the solder material 10 can be connected to the substrate 4 of the component 1, 120, 130, 155 in an isothermal or a temperature gradient method.
  • a gradient method tet then at preferably when the substrate 4 has a ge ⁇ directional structure, for example an SX or DS structure, so that the solder material 10 then has a directional structure.
  • a directionally solidified structure in the solder can also be carried out in an isothermal process.
  • the component 1 does not need to have directionally solidified structural ⁇ ture (but a CC structure).
  • solders in CC substrates of components in a CC structure can be soldered and solidified, the solders then being polycrystalline solidified (CC).
  • solders are particularly interesting:
  • an inert gas especially argon, is preferably used, which reduces the chromium evaporation from the substrate 4 at the high temperatures, or a reducing gas (argon / hydrogen) is used.
  • the solder material 10 can also be applied over a large area to a surface of a component 1, 120, 130, 155 in order to achieve a thickening of the substrate 4, in particular in the case of hollow components.
  • the solder material 10 is ver ⁇ used to fill cracks 7 or recesses 7.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for electricity generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 to each other, a securing region 400, an thereto adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip ⁇ 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is, for example, as a hammerhead out staltet ⁇ .
  • Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has for a medium which flows past the scene ⁇ felblatt 406, a leading edge 409 and a trailing edge 412.
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Stem-crystal structures which probably have longitudinally extending grain boundaries, but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX, M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co),
  • Nickel (Ni) is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • the density is preferably 95% of the theoretical
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0, 4Y-1 are also preferably used , 5Re.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially ⁇ or fully stabilized by yttria
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat insulating layer can ⁇ ner to have better thermal shock resistance porous, micro- or macro-cracked pERSonal.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and also has, if necessary, film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as so-called an annular combustion chamber, in which a plurality of in the circumferential direction about an axis of rotation 102 arranged burners 107 open into a common combustion chamber space 154 and generate flames 156th
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • a relatively long service life loan to enable the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M facing side with a formed from heat shield elements 155. liner.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • a ceramic Wär ⁇ medämm Anlagen be present and consists for example of ZrÜ2, Y203 ⁇ Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • the heat insulation layer may have ⁇ porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced after use by heat shielding elements 155
  • Protective layers must be freed (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • FIG. 4 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with, for example, a ring-shaped hot gas channel 111.
  • a ring-shaped hot gas channel 111 There, for example, form four successive turbine stages 112, the turbine 108th
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ⁇ seals.
  • the 105 ⁇ be compressed air provided at the turbine end of the compressor is ge ⁇ leads to the burners 107, where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • Iron, nickel or cobalt-based superalloys are used as material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium.
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of Zr02, Y203-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by Ytt ⁇ riumoxid and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the guide blade 130 has a guide blade root facing the inner housing 138 of the turbine 108 (not shown here) and a guide blade foot opposite
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Description

Lotlegierung, Lotverfahren und Bauteil
Die Erfindung betrifft eine Lotlegierung und ein Verfahren zum Löten.
Bauteile müssen manchmal nach der Herstellung, beispielsweise nach dem Gießen oder nachdem sie im Einsatz waren und Risse gebildet haben, repariert werden.
Hierzu gibt es verschiedene Reparaturverfahren wie z. B. das Schweißverfahren, bei dem jedoch ein Substratmaterial des Bauteils mit aufgeschmolzen werden muss, was zu einer Schädi¬ gung insbesondere von gegossenen und gerichtet erstarrten Bauteilen sowie zur Verdampfung von Bestandteilen des Sub- stratmaterials führen kann.
Ein Lotverfahren arbeitet gegenüber der Temperatur beim
Schweißverfahren und damit gegenüber der Schmelztemperatur des Substratmaterials bei niedrigeren Temperaturen.
Das Lot soll aber trotzdem eine hohe Festigkeit aufweisen, damit der mit Lot aufgefüllte Riss oder die Vertiefung nicht zu einer Schwächung des gesamten Bauteils bei den hohen
Einsatztemperaturen führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lotlegierung aufzu- zeigen, die das oben genannte Problem löst.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lot aus einer Lotlegierung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 60 und durch ein Bauteil gemäß Anspruch 62.
Die Lotlegierung besteht aus:
(1 -x -y) *Basis + x*Lot + y*Zusatz,
wobei gilt 0,2 < x < 0,8 und
0 < y < 0,8 sowie (y < 1 - x) < (1 - x),
wobei die Basis aufweist:
3wt% - 20wt% Chrom (Cr) , insbesondere 9wt%,
0,lwt% - 20wt% Kobalt (Co), insbesondere 9wt%, 0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere 5wt%, 0,lwt% - 10wt% Wolfram (W) , insbesondere 9wt% und
optional
0,lwt% - 6wt% Titan (Ti) , insbesondere <lwt%,
0,lwt% - 4wt% Molybdän (Mo), insbesondere lwt%,
0,lwt% - 6wt% Tantal (Ta) , insbesondere 3wt% und
Nickel und
wobei das Lot aufweist:
0,lwt% - 10wt% Chrom (Cr), insbesondere 4wt% - 8wt%,
0,lwt% - 10wt% Kobalt (Co), insbesondere 4wt% - 8wt%,
0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere l,5wt%,
0,lwt% - 6wt% Wolfram (W) , insbesondere 3wt% und
Germanium (Ge) und/oder Gallium (Ga) ,
insbesondere 18wt% bis 30wt% und
Nickel,
wobei der Zusatz aufweist:
0wt% - 0,015wt% Bor (B) , insbesondere < 0,010wt%,
0wt% - 0,lwt% Zirkon (Zr) , insbesondere < 0,075wt%,
0wt% - lwt% Hafnium (Hf) , insbesondere ^0,075wt%,
0wt% - lwt% Niob (Nb) , insbesondere < 0,8wt%,
0wt% - 0,15wt% Kohlenstoff (C) , insbesondere < 0,lwt%.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Lotlegierung sind: sie verwendet für die Basis nur ein Element der Gruppe Titan, Molybdän, Tantal, sie verwendet für die Basis zumindest zwei Elemente der
Gruppe Titan, Molybdän, Tantal,
insbesondere nur zwei Elemente dieser Gruppe, sie weist für die Basis Titan, Molybdän und Tantal auf, sie ist bei der Basis nickelbasiert,
insbesondere weist sie für die Basis als Rest Nickel auf, • sie ist bei dem Lot nickelbasiert,
insbesondere weist das Lot als Rest Nickel auf,
• sie ist nickelbasiert,
insbesondere weist sie als Rest Nickel auf,
• sie enthält keine bewusste Zugabe von Bor (B) ,
insbesondere B < 20ppm,
• sie enthält kein Silizium (Si) ,
• sie weist kein Zirkon (Zr) auf,
• sie weist kein Hafnium (Hf) auf,
• sie weist kein Niob (Nb) auf,
• sie weist keinen Kohlenstoff (C) auf,
• sie enthält kein Titan (Ti) ,
• sie enthält kein Molybdän (Mo) ,
• sie enthält kein Tantal (Ta) ,
• sie weist für Nickel (Ni) den größten Gewichtsanteil auf,
• sie weist Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) auf,
• sie weist Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) auf,
• sie weist Gallium (Ga) und Germanium (Ge) auf,
• sie weist mindestens 0,006wt% Zirkon (Zr) auf,
• vorteilhafte Werte für Zirkon (Zr) , Bor (B) , Kohlenstoff (C) , Molybdän (Mo) , Gallium (Ga) , Germanium (Ge) , Haf- nium (Hf) , Niob (Nb) , Wolfram (W) , Tantal (Ta) , Chrom (Cr), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Titan (Ti) sind in den Unteransprüchen aufgelistet, gute Lot-Ergebnisse wurden erzielt mit
0,3 < x < 0,5
und/oder
mit y = 0
oder mit 0,2 < Y,
insbesondere 0,3 -S * -S 0,5, sie enthält kein Mangan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram und Titan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Tantal und Titan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Titan, Kohlenstoff und Molybdän, sie besteht aus Nickel, Germanium, Kobalt, Chrom, Titan, Wolfram, Molybdän, Tantal und Aluminium, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram, Tantal und
Titan, sie besteht aus Nickel, Kohlenstoff, Germanium, Chrom, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan und Zirkon, das Verfahren beinhaltet, dass die Lotlegierung polykri stallin (CC) gerichtet erstarrt wird, insbesondere bei polykristallinen Bauteilen, eine weitere vorteilhafte Entwicklung des Verfahrens be steht darin, dass das Lot (10) gerichtet erstarrt wird.
Das Bauteil enthält ein Lot aus oben genannter Lotlegie- rung.
Das Bauteil kann wie folgt jeweils vorteilhaft weiterge¬ bildet werden, wobei diese Merkmale vorteilhafterweise be¬ liebig miteinander verknüpft werden können:
• das Substrat des Bauteils ist gerichtet erstarrt,
• das Substrat des Bauteils ist nicht gerichtet erstarrt, · der Chromgehalt der Lotlegierung entspricht dem Chromge¬ halt des Substrats des Bauteils,
• der Gehalt an Kobalt entspricht dem Gehalt an Kobalt des Substrats des Bauteils,
• der Aluminiumgehalt der Lotlegierung ist gegenüber dem Aluminiumgehalt des Substrats des Bauteils verringert, insbesondere um 10% verringert, · der Titangehalt der Lotlegierung ist geringer als der
Titangehalt des Substrats des Bauteils, wenn die Gehalte von Germanium zwischen 18Gew.-% und 30Gew.-% liegen, insbesondere um mindestens 10% niedriger ist, die Lotlegierung weist kein Molybdän auf. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise mit einander kombiniert werden können.
Es zeigen:
Figur 1 Querschnittsansicht eines Bauteils nach einer
Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Lot,
Figur 2 perspektivisch eine Turbinenschaufel,
Figur 3 perspektivisch eine Brennkammer,
Figur 4 eine Gasturbine
Figur 5 eine Liste von Superlegierungen .
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, das mit einem Lot 10 aus einer erfindungsgemäßen Lotlegierung behandelt wird.
Das Bauteil 1 umfasst ein Substrat 4, das insbesondere bei Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere bei Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 2) oder Brennkammerelementen 155 (Fig. 3) für Dampf- oder Gasturbinen 100 (Fig. 4) aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht (Fig. 5) .
Das Lot 10 kann vorzugsweise für alle Legierungen gemäß der Figur 5 verwendet werden. Dies können vorzugsweise die be¬ kannten Werkstoffe PWA 1483, PWA 1484, Rene 80 oder Rene N5 sein .
Anwendung findet das Lot 10 auch bei Schaufeln für Luftfahrzeuge . Das Substrat 4 weist einen Riss 7 oder eine Vertiefung 7 auf, der bzw. die durch Löten aufgefüllt werden soll. Die Risse 7 bzw. Vertiefungen 7 sind vorzugsweise etwa 200ym breit und können bis zu 5mm tief sein.
Dabei wird das Lotmaterial 10 aus einer Lotlegierung in oder in die Nähe der Vertiefung 7 aufgebracht und durch eine Wär¬ mebehandlung (+T) schmilzt das Lotmaterial 10 unterhalb einer Schmelztemperatur des Substrats 4 auf und füllt die Vertie¬ fung 7 vollständig aus.
Die Lotlegierung besteht aus
(1 -x -y) *Basis + x*Lot + y*Zusatz,
wobei gilt 0,2 < x < 0,8 und
0 < y < 0,8 sowie (y < 1 - x) < (1 - x) ,
wobei die Basis aufweist:
3wt% - 20wt% Chrom (Cr) , insbesondere 9wt%,
0,lwt% - 20wt% Kobalt (Co), insbesondere 9wt%,
0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere 5wt%,
0,lwt% - 10wt% Wolfram (W) , insbesondere 9wt% und
optional
0,lwt% - 6wt% Titan (Ti) , insbesondere <lwt%,
0,lwt% - 4wt% Molybdän (Mo), insbesondere lwt%,
0,lwt% - 6wt% Tantal (Ta) , insbesondere 3wt% und
Nickel und
wobei das Lot aufweist:
0,lwt% - 10wt% Chrom (Cr), insbesondere 4wt% - 8wt%,
0,lwt% - 10wt% Kobalt (Co), insbesondere 4wt% - 8wt%,
0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere l,5wt%,
0,lwt% - 6wt% Wolfram (W) , insbesondere 3wt% und
Germanium (Ge) und/oder Gallium (Ga) ,
insbesondere 18wt% bis 30wt% und
Nickel,
wobei der Zusatz aufweist:
0wt% - 0,015wt% Bor (B) , insbesondere < 0,010wt%,
0wt% - 0,lwt% Zirkon (Zr) , insbesondere < 0,075wt%,
0wt% - lwt% Hafnium (Hf) , insbesondere ^0,075wt%,
0wt% - lwt% Niob (Nb) , insbesondere < 0,8wt%,
0wt% - 0,15wt% Kohlenstoff (C) , insbesondere < 0,lwt%. Es handelt sich also um eine physikalische Mischung aus zwei (Basis und Lot) oder drei (+Zusatz) Pulvern. Durch die Zugabe von Germanium (Ge) wird vorzugsweise auf die Zugabe von Bor (B) verzichtet werden.
Durch die Zugabe von Germanium (Ge) wird vorzugsweise auf die Zugabe von Silizium (Si) verzichtet werden.
Vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Sili¬ zium und/oder Kohlenstoff vermieden, da sie im Lot Sprödpha- sen bilden.
Ebenso vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Eisen und/oder Mangan vermieden, da die Elemente niedrigschmelzende Phasen oder nicht oxidierende Phasen bilden.
Als Schmelzpunterniedriger kann
Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) oder
Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) oder
Gallium (Ga) und Germanium (Ge) verwendet werden.
Die Basis weist nur ein, zwei oder drei Elemente der Gruppe Titan, Molybdän, Tantal auf.
Die Basis ist insbesondere nickelbasiert.
Das Lot ist insbesondere nickelbasiert. Vorzugsweise enthält die Legierung kein Zirkon (Zr) , kein
Hafnium (Hf) , kein Mangan (Mn) , kein Niob (Nb) und/oder keinen Kohlenstoff (C) .
Vorteilhafte Anteile für Zirkon (Zr) , Bor (B) , Kohlenstoff sind in den Unteransprüchen aufgelistet.
Gute Lotergebnisse wurden erzielt mit 0,3 -S x -S 0,5
und/oder y = 0
oder
0,2 < Y,
insbesondere 0,3 -S Y -S 0,5.
Bevorzugte Werte für Molybdän (Mo) , Gallium (Ga) , Germanium (Ge) , Hafnium (Hf) , Niob (Nb) , Wolfram (W) , Tantal (Ta), Chrom (Cr) , Kobalt (Co) , Aluminium (AI) , Titanium (Ti) sind in den Unteransprüchen aufgelistet.
Die Lotlegierung besteht vorzugsweise aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram und Titan.
Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger- manium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Tantal und Titan.
Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger¬ manium, Kobalt, Chrom, Aluminium, Wolfram, Titan, Kohlenstoff und Molybdän.
Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger¬ manium, Kobalt, Chrom, Titan, Wolfram, Molybdän, Tantal und Aluminium . Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger¬ manium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram, Tantal und Titan.
Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Koh- lenstoff, Germanium, Chrom, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan und Zirkon.
Auch auf die Zugabe von Rhenium kann vorzugsweise verzichtet werden .
Das Lotmaterial 10 kann in einem isothermen oder einem Temperaturgradienten-Verfahren mit dem Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 verbunden werden. Ein Gradientenverfahren bie- tet sich dann vorzugsweise an, wenn das Substrat 4 eine ge¬ richtete Struktur, beispielsweise eine SX- oder DS-Struktur aufweist, sodass auch das Lotmaterial 10 anschließend eine gerichtete Struktur aufweist. Eine gerichtet erstarrte Struk- tur im Lot kann aber auch in einem isothermen Verfahren durchgeführt werden.
Ebenso braucht das Bauteil 1 keine gerichtet erstarrte Struk¬ tur (sondern eine CC-Struktur) aufzuweisen.
Ebenso können die Lote in CC-Substraten von Bauteilen in einer CC-Struktur gelötet und erstarrt werden, wobei die Lote dann polykristallin erstarrt (CC) werden.
Insbesondere für das polykristalline Erstarren der Lote sind folgende Lote besonders interessant:
Bei dem Aufschmelzen (Isothermes Verfahren oder Gradientenverfahren) wird vorzugsweise ein inertes Gas, insbesondere Argon verwendet, das die Chromabdampfung von dem Substrat 4 bei den hohen Temperaturen verringert oder es wird ein reduzierendes Gas (Argon/Wasserstoff) verwendet.
Das Lotmaterial 10 kann auch großflächig auf eine Oberfläche eines Bauteils 1, 120, 130, 155 aufgebracht werden, um eine Verdickung des Substrats 4, insbesondere bei hohlen Bauteilen zu erreichen. Vorzugsweise wird das Lotmaterial 10 dazu ver¬ wendet um Risse 7 oder Vertiefungen 7 aufzufüllen.
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau- fei 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge- stellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab- strömkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet, insbesondere die Superlegierungen gemäß Figur 5. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprach- gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch
Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) ,
Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen
Dichte .
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) . Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0, 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10A1-0, 4Y-1, 5Re .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht .
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör- ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die
MCrAlX-Schicht .
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu¬ tet) auf. Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring¬ brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist. Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- schicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär¬ medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y203~Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän- dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Hitze- schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von
Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert.
Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildele¬ mente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations- achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) . Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet .
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin ( SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen- schaufei 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI. Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y203-Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt¬ riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge- stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden
Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Claims

Patentansprüche
1. Lotlegierung
bestehend aus
(1 -x -y) *Basis + x*Lot + y*Zusatz,
wobei gilt 0,2 < x < 0,8 und
0 < y < 0,8 sowie (y < 1 - x) < (1 - x) ,
wobei die Basis aufweist:
3wt% - 20wt% Chrom (Cr) , insbesondere 9wt%,
0,lwt% - 20wt% Kobalt (Co), insbesondere 9wt%,
0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere 5wt%,
0,lwt% - 10wt% Wolfram (W) , insbesondere 9wt% und optional
0,lwt% - 6wt% Titan (Ti) , insbesondere <lwt%,
0,lwt% - 4wt% Molybdän (Mo), insbesondere lwt%,
0,lwt% - 6wt% Tantal (Ta) , insbesondere 3wt% und mindestens lwt% Nickel und
wobei das Lot aufweist:
0,lwt% - 10wt% Chrom (Cr), insbesondere 4wt% - 8wt%,
0,lwt% - 10wt% Kobalt (Co), insbesondere 4wt% - 8wt%, 0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere l,5wt%, 0,lwt% - 6wt% Wolfram (W) , insbesondere 3wt% und mindestens lwt% Germanium (Ge) und/oder Gallium (Ga) , insbesondere 18wt% bis 30wt% und
mindestens lwt% Nickel,
wobei der Zusatz aufweist:
0wt% - 0,015wt% Bor (B) , insbesondere < 0,010wt%,
0wt% - 0,lwt% Zirkon (Zr) , insbesondere < 0,075wt%, 0wt% - lwt% Hafnium (Hf) , insbesondere <0,075wt%,
0wt% - lwt% Niob (Nb) , insbesondere < 0,8wt%,
0wt% - 0,15wt% Kohlenstoff (C) , insbesondere < 0,lwt%.
2. Lotlegierung nach Anspruch 1,
bei der für die Basis nur ein Element der Gruppe Titan, Molybdän, Tantal verwendet wird.
3. Lotlegierung nach Anspruch 1,
bei der für die Basis zumindest zwei Elemente der Gruppe
Titan, Molybdän, Tantal verwendet werden,
insbesondere nur zwei Elemente dieser Gruppe verwendet wer¬ den .
Lotlegierung nach Anspruch 1,
die für die Basis Titan, Molybdän und Tantal aufweist
Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
bei der die Basis nickelbasiert ist,
insbesondere bei der die Basis als Rest Nickel aufweist.
6. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, oder 5,
bei der das Lot nickelbasiert ist,
insbesondere bei der das Lot als Rest Nickel aufweist.
7. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
die nickelbasiert ist,
insbesondere die als Rest Nickel aufweist.
8. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, die keine bewusste Zugabe von Bor (B) enthält,
insbesondere < 20ppm.
9. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, die keine bewusste Zugabe von Silizium (Si) enthält.
10. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9,
die keine bewusste Zugabe von Zirkon (Zr) aufweist.
11. Lotlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
die keine bewusste Zugabe von Hafnium (Hf) aufweist.
12. Lotlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
die keine bewusste Zugabe von Niob (Nb) aufweist.
13. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die keine bewusste Zugabe von Kohlenstoff (C) aufweist.
14. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die keine bewusste Zugabe von Titan (Ti) enthält.
15. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die keine bewusste Zugabe von Molybdän (Mo) enthält.
16. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die keine bewusste Zugabe von Tantal (Ta) enthält.
17. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der Nickel (Ni) den größten Gewichtsanteil aufweist.
18. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) aufweist.
19. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) aufweist.
20. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die Gallium (Ga) und Germanium (Ge) aufweist.
21. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,006wt% Zirkon (Zr) aufweist.
22. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die höchstens 0,025wt% Zirkon (Zr) aufweist.
23. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,003wt% Bor (B) aufweist.
24. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die höchstens 0,012wt% Bor (B) aufweist.
25. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,03wt% Kohlenstoff (C) aufweist.
26. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die höchstens 0,13wt% Kohlenstoff (C) aufweist.
27. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der gilt 0,3 < x < 0,5.
28. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der gilt y = 0.
29. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20,
bei der gilt 0,2 < y,
insbesondere 0,3 -S y -S 0,5.
30. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die keine bewusste Zugabe von Mangan (Mn) enthält.
31. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,08wt% Molybdän (Mo),
enthält .
32. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen,
die maximal 3,2wt% Molybdän (Mo) enthält.
33. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt ^ l,5wt% beträgt,
insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt
> 3wt% beträgt.
34. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt ^ 6wt% beträgt.
35. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt
28wt% beträgt,
insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt < 24wt% beträgt.
36. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,02wt% Hafnium (Hf) aufweist.
37. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen,
die mindestens 0,16wt% Niob (Nb) enthält.
38. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen,
die maximal 0,8wt% Niob (Nb) enthält.
39. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 1,2% Hafnium aufweist.
40. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,6wt% Wolfram (W) enthält,
insbesondere 0,8wt%.
41. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Wolframgehalt maximal 3,2wt%,
insbesondere maximal 2,8wt% beträgt.
42. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,3wt%Tantal (Ta) enthält.
43. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 3,5wt% Tantal (Ta) ,
insbesondere 0,35wt% Tantal (Ta) aufweist.
44. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 0,12wt% Kohlenstoff (C) enthält.
45. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,03wt% Kohlenstoff (C) enthält.
46. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram und Titan besteht.
47. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Tantal und Titan besteht.
48. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom, Alu- minium, Kobalt, Wolfram, Titan, Kohlenstoff und Molybdän besteht .
49. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Kobalt, Chrom, Titan, Wolfram, Molybdän, Tantal und Aluminium besteht .
50. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram, Tantal und Titan besteht.
51. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Kohlenstoff, Germa¬ nium, Chrom, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan und Zirkon besteht.
52. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 2,5wt% Chrom (Cr) enthält.
53. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 12wt% Chrom (Cr) enthält.
54. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens l,8wt% Kobalt (Co) enthält.
55. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 8wt% Kobalt (Co) enthält.
56. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 0,5wt% Aluminium (AI) enthält.
57. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 2,5wt% Aluminium (AI) enthält.
58. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens l,0wt% Titan (Ti) enthält.
59. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
die maximal 4,0wt% Titan (Ti) enthält.
60. Verfahren,
bei dem eine Lotlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche verwendet wird und
bei dem Lot (10) polykristallin (CC) erstarrt wird, insbesondere in CC-Bauteilen .
61. Verfahren,
bei dem eine Lotlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche verwendet wird und
bei dem das Lot (10) gerichtet erstarrt wird,
insbesondere in DS-Bauteilen .
62. Bauteil,
das ein Lot aus einer Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 59 enthält.
63. Bauteil nach Anspruch 62,
dessen Substrat (4) gerichtet erstarrt ist.
64. Bauteil nach Anspruch 62,
dessen Substrat (4) nicht gerichtet erstarrt ist.
65. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 62 bis 64,
bei dem der Chromgehalt (Cr) der Lotlegierung dem Chromgehalt des Substrats (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155) ent- spricht.
66. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche 62 bis 65,
bei dem der Gehalt an Kobalt (Co) dem Gehalt an Kobalt des Substrats (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155) entspricht.
67. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche 62 bis 66,
bei dem der Aluminiumgehalt (AI) der Lotlegierung gegenüber dem Aluminiumgehalt des Substrats (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155) verringert ist,
insbesondere um 10% verringert ist.
68. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche 62 bis 67,
bei dem der Titangehalt (Ti) der Lotlegierung geringer ist als der Titangehalt des Substrats (4) des Bauteils (1, 120,
130, 155),
wenn der Gehalt von Germanium (Ge) zwischen 18Gew.-% und 30Gew.-% liegt,
insbesondere der Titangehalt (Ti) um mindestens 10 ~6 gerin ger ist.
69. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche 62 bis 68,
bei dem die Lotlegierung kein Molybdän (Mo) aufweist.
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