EP2761057B1 - Schichtsystem mit strukturierter substratoberfläche und verfahren zur herstellung - Google Patents

Schichtsystem mit strukturierter substratoberfläche und verfahren zur herstellung Download PDF

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EP2761057B1
EP2761057B1 EP12761600.1A EP12761600A EP2761057B1 EP 2761057 B1 EP2761057 B1 EP 2761057B1 EP 12761600 A EP12761600 A EP 12761600A EP 2761057 B1 EP2761057 B1 EP 2761057B1
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EP
European Patent Office
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layer
roughness
substrate
boundary surface
periodicity
Prior art date
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Active
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EP12761600.1A
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English (en)
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Alessandro Casu
Oliver Lüsebrink
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a layer system in which the substrate surface has a greater roughness than an interface between the layers.
  • Components for high-temperature applications must be protected against excessive heat input. This is preferably done by layers in which an outer ceramic layer is applied to a metallic adhesion promoter layer that has been applied to a metallic substrate.
  • the roughness of the metallic adhesive layer plays a decisive role in the service life of the ceramic thermal barrier coating.
  • 2008/049460 A1 discloses a method for adjusting the surface roughness of a layer by a coating method.
  • the object is achieved by a layer system according to claim 1.
  • the Figure 1 shows a layer system 1 'according to the prior art.
  • a metallic adhesion promoter layer 7 '(MCrAlX) is applied to a substrate 4' and has a certain roughness on its surface 10 'to the outer layer, a ceramic thermal insulation layer 13'.
  • the Figure 1 is a simplified illustration, because the application as with a blade 406 ( Fig. 4 ) a turbine blade 120, 130 ( Fig. 4 ) the substrate 4 is curved.
  • the maximum difference between the highest elevation 24 'and the deepest depression 21' of the rough surface 10 'of the layer 7' according to the prior art is r s .
  • the highest elevation 24 'and deepest depression 21' of these max / min values for r s need not be adjacent.
  • the values r s , d s result from the coating, that is from the coating process, parameters, powder, ...
  • the structure (roughness) of the surface 10 ' is irregular and therefore has no periodicity.
  • the same definition applies to the rough surface 16 'of the substrate 4' with r ' s (maximum difference between the highest elevation 24 and the deepest depression 21 of the rough surface 16' of the substrate 4 '; analogous to r s ) and d' s (maximum Distance between two peaks from two directly adjacent elevations 24 of the substrate 4 '; analogous to d s ).
  • the values r ' s and d' s result from the casting or processing, smoothing of the substrate 4 '.
  • An average line of elevations 24 'and depressions 21' of the rough surface 10 ' would run between the highest elevation 24' and the deepest depression 21 'of the rough surface 10'. The same applies to the surface 16 'of the substrate 4'.
  • the values r s and r ' s or d s and d' s are not necessarily the same.
  • a substrate centerline 30 'of surface 16' of substrate 4 ' i.e. a line representing the average of the ridges 24 'and depressions 21' of the rough surface 16 ', a layer thickness center line 33' of the layer 7 ', i.e. a line running in the middle of layer 7 'and a layer surface centerline 36', i.e. a line that is the mean of the elevations 24 and the depressions 21 of the rough surface 10 'of the substrate is straight.
  • the layer system 1 according to the invention has Figure 2 a substrate 4, in which the structure of the boundary surface 16 of the substrate 4 has been changed in a targeted and controlled manner and thus also the boundary surface 10 of the layer 7, on which a ceramic coating 13 takes place.
  • the boundary surface 16 of the substrate 4 has a different structure, that is to say a higher roughness than the surface 16 '(between substrate 4' and layer 7 ') according to the prior art ( Fig. 1 ) on.
  • a valley 23 and a mountain 20 or valleys and mountains make the boundary surface 16 of the substrate 4 rougher, the through Corrugation of a substrate 4 'has arisen and enlarge the boundary surface 16 compared to the surface 16' of the substrate 4 '( Fig. 1 ).
  • a substrate surface center line 30 of the interface 16 ie a line that represents the average of ridges 224 and depressions 221 or a layer thickness center line 33 of layer 7 or a surface center line 36 of layer 7 (definition of 30, 33, 36 as for 30 ', 33' , 36 ') are not straight, but curled, whereby they are curled at least 5 times ( Fig. 8 ), in particular periodically corrugated.
  • An average line through mountains 20 and valleys 23 would run the same as in the prior art.
  • R 4 is i .
  • the undulating boundary surface 16 also has the superimposed roughness R s , which, however, is smaller than the specifically set roughness R i 4 of the substrate 4.
  • the maximum distance from adjacent mountain 20 and valley 23 of substrate 4 is D ' i . This applies analogously to the surface 10 of the layer 7 with D i .
  • D ' i (maximum distance mountain 20' and valley 23 'of layer 7) is comparable to D i .
  • d ' i ie the maximum distance between two peaks of adjacent ridges 224 of the corrugated rough surface 16 ', here then boundary surface 16, is comparable to d' s .
  • R7 i is defined accordingly.
  • the value R 7 i is comparable to the value R 4 i , since the metallic layer 7 does not compensate for the mountains 20 and valleys 23 of the surface 16 of the substrate 4
  • R ' s ie the maximum difference between the highest elevation 224 and the deepest depression 221 of the corrugated rough surface 16', here the boundary surface 16, is also comparable to r ' s .
  • the value R s ie the maximum difference between the highest elevation 224 'and the deepest depression 221' of the layer 7, for the interface 10 is comparable to the value r s from the prior art for the same coating technology and the same powder ( Fig. 1 ).
  • the square or average roughness (Rq or Ra) can also be used to determine the roughness.
  • the roughness of the surface 16 of the substrate 4 is preferably at least 30% rougher than the interface 10 'between the layers 7', 13 'according to the prior art ( Fig. 1 ), ie the value R 7 i or R 4 i is at least 30% larger than the value r s or r ' s .
  • the roughness with valley 23 and mountain 20 of substrate 4 is preferably at least partially uniform, for example sinusoidal, or at least has a constant wavelength (undulation) or constant distances between directly adjacent mountains.
  • the unprocessed surface 16 'in particular has no uniformity or periodicity.
  • the waviness of the boundary surface 16 of the substrate 4 is greater than that of the surface 10 ′ according to the prior art, that is to say at least 30%, ie the distances between two “mountains” 20 are greater.
  • the smallest distance D i ( Fig. 2 ) of neighboring mountains 20 is at least 30% larger than the greatest distance d i (or d s ) from neighboring elevations for the boundary surface 10.
  • the waviness of the boundary surface 16 of the substrate 4 also continues through the coating 7 on the boundary surface 10 with the mountain 20 ′ of the layer 7 and valley 23 of the layer 7.
  • the superimposition of the higher roughness or waviness of the boundary surface 16 of the substrate 4 and the roughness of the inner, in particular metallic, adhesion promoter layer 7 further improves the adhesion of the layer 13 above.
  • the substrate 4 can be structured over the entire boundary surface 16 or only locally.
  • the substrate 4 preferably has a cobalt- or nickel-based alloy, in particular made of Figure 6 .
  • the substrate 4 will already have the desired structure on the boundary surface 16 after the casting by means of a correspondingly shaped casting mold.
  • the Figure 3 shows an example of a gas turbine 100 in a partial longitudinal section.
  • the gas turbine 100 has a rotor 103 with a shaft 101 which is rotatably mounted about an axis of rotation 102 and which is also referred to as a turbine rotor.
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular hot gas channel 111, for example.
  • annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. Seen in the flow direction of a working medium 113, a row 125 of guide vanes is followed by a row 125 made of rotor blades 120 in the hot gas channel 111.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the rotor blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103, for example by means of a turbine disk 133.
  • a generator or a work machine (not shown) is coupled to the rotor 103.
  • the compressor 105 draws in and compresses air 135 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is led to the burners 107 and mixed there with a fuel.
  • the mixture is then burned in the combustion chamber 110 to form the working medium 113.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the moving blades 120.
  • the working medium 113 relaxes in a pulse-transmitting manner on the moving blades 120, so that the moving blades 120 drive the rotor 103 and the working machine coupled to it.
  • turbine stage 112 is subjected to the greatest thermal stress.
  • substrates of the components can have a directional structure, i.e. they are single-crystal (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • iron, nickel or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are, for example, from the EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 or WO 00/44949 known.
  • the blades 120, 130 can have coatings against corrosion (MCrAlX; M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 .
  • a thermal barrier coating may also be present on the MCrAlX and consists, for example, of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation creates stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the guide vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a guide vane head opposite the guide vane foot.
  • the guide vane head faces the rotor 103 and is fixed to a fastening ring 140 of the stator 143.
  • the Figure 4 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine can be a gas turbine of an aircraft or a power plant for generating electricity, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, in succession along the longitudinal axis 121, an attachment region 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the vane 130 can have a further platform (not shown) at its vane tip 415.
  • a blade root 183 is formed in the fastening area 400 and serves to fasten the moving blades 120, 130 to a shaft or a disk (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other configurations as a fir tree or dovetail base are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metal materials, in particular super alloys, are used in all areas 400, 403, 406 of blade 120, 130.
  • Such superalloys are, for example, from EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 or WO 00/44949 known.
  • the blade 120, 130 can in this case by a casting process, also by means of directional solidification, by a forging process, be made by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a single-crystal structure or structures are used as components for machines that are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical loads during operation.
  • Such single-crystal workpieces are manufactured e.g. by directional solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy forms a single-crystal structure, i.e. to the single-crystalline workpiece, or solidified in a directed manner.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and either form a stem-crystalline grain structure (columnar, i.e. grains that run the entire length of the workpiece and here, according to common usage, are referred to as directionally solidified) or a single-crystalline structure, i.e. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • a stem-crystalline grain structure columnumnar, i.e. grains that run the entire length of the workpiece and here, according to common usage, are referred to as directionally solidified
  • a single-crystalline structure i.e. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • directionally solidified structures If there is general talk of directionally solidified structures, this means both single crystals which have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, and stem crystal structures which probably have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also referred to 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 from 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)).
  • M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 .
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition preferably has Co-30Ni-28Cr-8A1-0.6Y-0.7Si or Co-28Ni-24Cr-10A1-0.6Y.
  • nickel-based protective layers are also preferably used, such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 , 5Re.
  • a thermal insulation layer which is preferably the outermost layer, can also be present on the MCrAlX and consists, for example, of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or Magnesium oxide.
  • the thermal insulation layer covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating processes such as Electron beam evaporation (EB-PVD) creates stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating can have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed of protective layers after their use (eg by sandblasting). The corrosion and / or oxidation layers are then removed or products. If necessary, cracks in component 120, 130 are also repaired. Then the component 120, 130 is recoated and the component 120, 130 is used again.
  • the blade 120, 130 can be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may also have film cooling holes 418 (indicated by dashed lines).
  • the Figure 5 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged in the circumferential direction around an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure which is positioned around the axis of rotation 102.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of approximately 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic stones).
  • M is at least one element from 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 rare earth element, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 .
  • a ceramic thermal barrier coating for example, can also be present on the MCrAlX and consists, for example, of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation creates stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • thermal barrier coating can have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers (e.g. by sandblasting) after they have been used. The corrosion and / or oxidation layers or products are then removed. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. Thereafter, the heat shield elements 155 are recoated and the heat shield elements 155 are used again.
  • protective layers e.g. by sandblasting
  • a cooling system can also be provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and may also have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, bei dem die Substratoberfläche eine größere Rauheit als eine Grenzfläche zwischen den Schichten aufweist.
  • Bauteile für Hochtemperatureinsätze müssen vor zu hohem Wärmeeintrag geschützt werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Schichten, bei dem eine äußere keramische Schicht auf einer metallischen Haftvermittlerschicht aufgebracht ist, die auf einem metallischen Substrat aufgebracht wurde.
  • Für die Lebensdauer der keramischen Wärmedämmschicht spielt je nach Auftragungsart der keramischen Schicht die Rauheit der metallischen Haftvermittlerschicht eine entscheidende Rolle.
  • Die Wo 2008/049460 A1 offenbart ein Verfahren zur Einstellung der Oberflächenrauhigkeit einer Schicht durch ein Beschichtungsverfahren.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, o. g. Aufgabe weiter zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem gemäß Anspruch 1.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Schichtsystem nach dem Stand der Technik,
    Figuren 2, 7, 8
    ein erfindungsgemäßes Schichtsystem,
    Figur 3
    eine Gasturbine,
    Figur 4
    eine Turbinenschaufel,
    Figur 5
    eine Brennkammer,
    Figur 6
    eine Liste von Superlegierungen.
  • Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur 1 zeigt ein Schichtsystem 1' nach dem Stand der Technik.
  • Auf einem Substrat 4' ist eine metallische Haftvermittlerschicht 7' (MCrAlX) aufgebracht, die an ihrer Oberfläche 10' zu der äußeren Schicht, einer keramischen Wärmedämmschicht 13' eine gewisse Rauheit aufweist. Dies ergibt sich aufgrund der bekannten Beschichtungsverfahren, insbesondere durch thermische Beschichtungsverfahren, ganz insbesondere durch Plasmaspritzen (APS, VPS, LPPS) oder durch HVOF.
  • Die Figur 1 ist eine vereinfachte Darstellung, weil die Anwendung wie bei einem Schaufelblatt 406 (Fig. 4) einer Turbinenschaufel 120, 130 (Fig. 4) das Substrat 4 gekrümmt ist.
  • Der maximale Unterschied zwischen höchster Erhöhung 24' und tiefster Vertiefung 21' der rauen Oberfläche 10' der Schicht 7' nach dem Stand der Technik beträgt rs. Höchste Erhöhung 24' und tiefste Vertiefung 21' dieser Max/Min-Werte für rs müssen nicht benachbart sein.
  • Der maximale Abstand gemessen von der Spitze zu Spitze zwischen zwei direkt benachbarten Erhöhungen 24' der rauen Oberfläche 10' der Schicht 7' beträgt ds.
  • Die Werte rs, ds ergeben sich durch die Beschichtung, also durch das Beschichtungsverfahren, -parameter, Pulver, ....
  • Die Struktur (Rauheit) der Oberfläche 10' ist unregelmäßig und weist daher keine Periodizität auf.
  • Gleiche Definition gilt für die raue Oberfläche 16' des Substrats 4' mit r's (maximaler Unterschied zwischen höchster Erhöhung 24 und tiefster Vertiefung 21 der rauen Oberfläche 16' des Substrats 4'; analog zu rs) und d's (maximaler Abstand zweier Spitzen von zwei direkt benachbarten Erhöhungen 24 des Substrats 4'; analog zu ds). Die Werte r's und d's ergeben sich durch das Gießen bzw. Bearbeiten, Glätten des Substrats 4'.
  • Eine Mittelwertlinie von Erhöhungen 24' und Vertiefungen 21' der rauen Oberfläche 10' würde zwischen höchster Erhöhung 24' und tiefster Vertiefung 21' der rauen Oberfläche 10' verlaufen. Gleiches gilt für die Oberfläche 16' des Substrats 4'. Die Werte rs und r's bzw. ds und d's sind nicht zwangsläufig gleich.
  • Eine Substrat-Mittellinie 30' der Oberfläche 16' des Substrats 4', d.h. eine Linie, die den Mittelwert der Erhöhungen 24' und Vertiefungen 21' der rauen Oberfläche 16' darstellt, eine Schichtdicken-Mittelinie 33' der Schicht 7', d.h. eine Linie, die in der Mitte der Schicht 7' verläuft und eine Schichtoberfläche-Mittellinie 36', d.h. eine Linie, die den Mittelwert der Erhöhungen 24 und der Vertiefungen 21 der rauen Oberfläche 10' des Substrats darstellt, verlaufen gerade.
  • Beim realen Bauteil 120, 130 auf dem Schaufelblatt sind sie 30', 33', 36' einfach gebogen (Fig. 7) oder verlaufen wie eine Oberfläche eines Bauteils 120, 130 nach dem Stand der Technik.
  • Hingegen weist das erfindungsgemäße Schichtsystem 1 gemäß Figur 2 ein Substrat 4 auf, bei dem die Struktur der Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 gezielt und kontrolliert verändert wurde und damit auch die Grenzoberfläche 10 der Schicht 7, auf die eine keramische Beschichtung 13 erfolgt.
  • Die Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 weist eine andere Struktur, also eine höhere Rauheit als die Oberfläche 16' (zwischen Substrat 4' und Schicht 7') nach dem Stand der Technik (Fig. 1) auf.
  • Ein Tal 23 und ein Berg 20 bzw. Täler und Berge gestalten die Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 rauer, die quasi durch Wellung eines Substrats 4' entstanden ist und vergrößern die Grenzoberfläche 16 gegenüber der Oberfläche 16' des Substrats 4' (Fig. 1).
  • Eine Substratoberflächenmittellinie 30 der Grenzoberfläche 16, d.h. eine Linie, die den Mittelwert von Erhöhungen 224 und Vertiefungen 221 darstellt oder eine Schichtdickenmittellinie 33 der Schicht 7 oder eine Oberflächenmittellinie 36 der Schicht 7 (Definition von 30, 33, 36 wie bei 30', 33', 36') verlaufen nicht gerade, sondern gewellt, wobei sie mindestens 5mal gewellt (Fig. 8), insbesondere periodisch gewellt, sind. Eine Mittelwertlinie durch Berge 20 und Täler 23 würde ebenso verlaufen wie im Stand der Technik.
  • Dem Berg 20 und dem Tal 23 ist noch eine kleinere Rauheit (Rs = minimaler Unterschied von höchstens Erhöhung 224' der Schicht 7 und tiefste Vertiefung 221' der Schicht 7), wie aus dem Stand der Technik bekannt, überlagert.
  • Der Unterschied zwischen einem höchsten Berg 20 und einem tiefsten Tal 23 (in Fig. 2 zufällig direkt aufeinanderfolgend) des Substrats 4, die durch die Wellung eines Substrats 4' nach dem Stand der Technik entstanden sind, beträgt R4 i.
  • Die wellenförmige Grenzoberfläche 16 weist auch die überlagerte Rauheit Rs auf, die jedoch kleiner ist als die gezielt eingestellte Rauheit Ri 4 des Substrats 4.
  • Der maximale Abstand von benachbarten Berg 20 und Tal 23 des Substrats 4 beträgt D'i. Analog gilt dies für die Oberfläche 10 der Schicht 7 mit Di.
  • D'i (maximaler Abstand Berg 20' und Tal 23' der Schicht 7) ist vergleichbar mit Di.
  • Der Wert d'i, d.h. der maximale Abstand zwischen zwei Spitzen benachbarter Erhöhungen 224 der gewellten rauen Oberfläche 16', hier dann Grenzoberfläche 16, ist vergleichbar mit d's.
  • Entsprechend definiert ist R7i. Der Wert R7 i ist vergleichbar mit dem Wert R4 i, da die metallische Schicht 7 die Berge 20 und Täler 23 der Oberfläche 16 des Substrats 4 nicht ausgleicht
  • Ebenso ist der Wert R's, d.h. der maximale Unterschied zwischen höchster Erhöhung 224 und tiefster Vertiefung 221 der gewellten rauen Oberfläche 16', hier also der Grenzoberfläche 16, vergleichbar mit r's.
  • Die raue Oberfläche 10' einer Schicht 7' (Fig. 1) wird daher quasi zusätzlich nur gewellt zu der Haftvermittlerschicht 7 und weist daher vergleichbare Werte ds (Fig. 1) für di (= maximaler Abstand zweier benachbarter Erhöhungen 224') auf.
  • Der Wert Rs, d.h. der maximale Unterschied zwischen höchster Erhöhung 224' und tiefster Vertiefung 221' der Schicht 7, für die Grenzfläche 10 ist bei gleicher Beschichtungstechnik und gleichem Pulver vergleichbar mit dem Wert rs aus dem Stand der Technik (Fig. 1).
  • Zur Ermittlung der Rauheit kann auch die quadratische oder mittlere Rauheit (Rq bzw. Ra) herangezogen werden.
  • Vorzugsweise ist die Rauheit der Oberfläche 16 des Substrats 4 mindestens 30% rauer als die Grenzfläche 10' zwischen den Schichten 7', 13' nach dem Stand der Technik (Fig. 1), d.h. der Wert R7 i bzw. R4 i ist mindestens 30% größer als Wert rs bzw. r's.
  • Die Rauheit mit Tal 23 und Berg 20 des Substrats 4 ist vorzugsweise zumindest stellenweise gleichmäßig ausgebildet, also beispielsweise sinusförmig oder weist zumindest eine konstante Wellenlänge auf (Welligkeit) oder konstante Abstände zwischen direkt benachbarten Bergen. Die unbearbeitete Oberfläche 16' weist insbesondere keine Gleichmäßigkeit oder Periodizität auf.
  • Die Welligkeit der Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 ist größer als die der Oberfläche 10' nach dem Stand der Technik, also mindestens 30%, d.h., die Abstände zwischen zwei "Bergen" 20 sind größer. Der kleinste Abstand Di (Fig. 2) benachbarter Berge 20 ist mindestens 30% größer als der größte Abstand di (bzw. ds) von benachbarten Erhöhungen für die Grenzoberfläche 10.
  • Die Welligkeit der Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 setzt sich auch durch die Beschichtung 7 an der Grenzoberfläche 10 mit dem Berg 20' der Schicht 7 und Tal 23 der Schicht 7 fort.
  • Durch die Überlagerung der höheren Rauheit bzw. Welligkeit der Grenzoberfläche 16 des Substrats 4 und der Rauheit der innenliegenden, insbesondere metallischen Haftvermittlerschicht 7, wird die Haftung, der darüberliegenden Schicht 13 weiterhin verbessert.
  • Das Substrat 4 kann über die gesamte Grenzoberfläche 16 strukturiert sein oder auch nur lokal.
  • Bei einer Turbinenschaufel 120, 130 wäre dies das Schaufelblatt 406.
  • Das Substrat 4 weist vorzugsweise eine kobalt- oder nickelbasierte Legierung auf, insbesondere aus Figur 6.
  • Das Substrat 4 wird durch eine entsprechend geformte Gussform schon die gewünschte Struktur auf der Grenzoberfläche 16 nach dem Gießen aufweisen.
  • Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
  • Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
  • Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
  • Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
  • Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
  • 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 verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
  • Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
  • Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
  • Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
  • Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
  • Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
  • Die Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 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 Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
  • Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
  • Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).
  • Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
  • Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
  • Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
  • Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
  • Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
  • 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 werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
  • Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
  • Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
  • Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Die 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-10A1-0,6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-11Al-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
  • Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
  • Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
  • Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
  • Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
  • Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
  • Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
  • Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
  • Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
  • 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.

Claims (9)

  1. Schichtsystem (1) für Turbinenanwendungen,
    das ein Substrat (4) mit einer Grenzoberfläche (16) und zumindest zwei Schichten (7, 13) aufweist,
    eine innenliegende Schicht (7) auf der Grenzoberfläche (16) des Substrats (4),
    insbesondere direkt auf der Grenzoberfläche (16), und eine äußere Schicht (13) auf der innenliegenden Schicht (7),
    wobei die innenliegende Schicht (7) eine gewisse Rauheit Rs im Bereich der Oberfläche (10) zu der äußeren Schicht (13), aufgrund der bekannten Beschichtungsverfahren,
    insbesondere durch thermische Beschichtungsverfahren,
    ganz insbesondere durch Plasmaspritzen und/oder durch HVOF aufweist,
    wobei die Rauheit Rs als Differenz zwischen der höchsten Erhöhung (224') und der tiefsten Vertiefung (221') der Oberfläche (10) definiert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Grenzoberfläche (16) zwei sich überlagernde Rauheiten R's und R4 i aufweist,
    wobei die Rauheit R'S als Differenz zwischen der höchsten Erhöhung (224) und der tiefsten Vertiefung (221) der Grenzoberfläche (16) definiert ist und die Rauheit R4 i als Differenz zwischen dem höchsten Berg (20) und dem tiefsten Tal (23) der Grenzoberfläche (16) definiert ist,
    wobei die Berge (20 und die Täler (23) durch eine Wellung einer Substratoberflächenmittellinie (30) festgelegt sind,
    wobei die Substratoberflächenmittellinie (30) als eine Linie definiert ist, die den Mittelwert der Erhöhungen (224) und Vertiefungen (221) darstellt,
    wobei die Rauheit R4 i mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% größer ist als die Rauheit R's,
    dass der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Erhöhungen (224) d'i beträgt und der kleinste Abstand zwischen zwei Bergen (20) der Grenzoberfläche (16) des Substrats (4) D'i beträgt,wobei D'i mindestens 20%, insbesondere 30% größer ist als d'i und dass die Rauheit R4 i der Grenzoberfläche (16) des Substrats (4) gezielt eingestellt wird oder nach seiner Herstellung, insbesondere nach dem Gießen, bearbeitet wird, insbesondere vergrößert wird,
    bei dem die innenliegende Schicht (7) eine metallische Haftschicht ist,auf der eine äußere keramische Schicht (13) aufgebracht ist,
    bei dem das Substrat (4) auf seiner Grenzoberfläche (16) zumindest stellenweise eine Periodizität aufweist,
    bei dem die Periodizität der Welligkeit der Grenzoberfläche (16) mit Berg (20) und Tal (23) mindestens 30% größer ist als die Periodizität der Oberfläche (10) der Schicht (7),
    wenn Berge (20) und Täler (23) nicht vorhanden wären,
    wobei das Substrat (4) schon durch das Gießen eine strukturierte Grenzoberfläche (16) aufweist,
    die die Welligkeit in der Grenzoberfläche (10) der Schicht (7) ergibt.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem eine Schichtdicken-Mittellinie (33) der Schicht (7) mehrfach gebogen,
    insbesondere mindestens 5mal, ganz insbesondere zumindest stellenweise periodisch gebogen ist.
  3. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2,
    bei dem die Grenzoberfläche (16) des Substrats (4) mit Bergen (20) und Täler (23) eine Welligkeit mit einer Periodizität aufweist und
    die Oberfläche (10) keine Periodizität aufweist,
    wenn Berge (20) und Täler (23) nicht vorhanden wären.
  4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Rauheit die mittlere Rauheit (Ra) ist.
  5. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Rauheit die quadratische Rauheit (Rq) ist.
  6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
    bei dem der Unterschied (R7 i) zwischen höchstem Berg (20') und tiefstem Tal (23') der Schicht (7) im Vergleich zum maximalen Unterschied (Rs) zwischen höchster Erhöhung (224') einer innenliegenden Schicht (7) und tiefstem Tal (221') der innenliegenden Schicht (7) mindestens 20%, insbesondere 30%, beträgt,
    wenn Berge (20) und Täler (23) nicht vorhanden wären.
  7. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
    bei dem der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Erhöhungen (224') der Grenzoberfläche (10) zur äußeren Schicht (13) di beträgt,
    bei dem der kleinste Abstand zwischen zwei Bergen (20') einer Grenzoberfläche (10) der Schicht (7) Di beträgt und
    bei dem Di mindestens 20%, insbesondere 30% größer ist als di.
  8. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem das Substrat (4) nur lokal eine größere Rauheit oder eine Periodizität aufweist,
    insbesondere bei einer Turbinenschaufel (120, 130) das Schaufelblatt (406) zumindest teilweise, ganz insbesondere vollständig.
  9. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem das Substrat (4) metallisch ist.
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