EP2788530A1 - Schichtsystem mit nicocraly-doppelschutzschicht mit unterschiedlichem chromgehalt und legierung - Google Patents

Schichtsystem mit nicocraly-doppelschutzschicht mit unterschiedlichem chromgehalt und legierung

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EP2788530A1
EP2788530A1 EP12812931.9A EP12812931A EP2788530A1 EP 2788530 A1 EP2788530 A1 EP 2788530A1 EP 12812931 A EP12812931 A EP 12812931A EP 2788530 A1 EP2788530 A1 EP 2788530A1
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EP
European Patent Office
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layer
nicocraly
content
chromium
cobalt
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12812931.9A
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Inventor
Werner Stamm
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP2788530A1 publication Critical patent/EP2788530A1/de
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    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12944—Ni-base component

Definitions

  • the invention relates to a layer system comprising a two-layer NiCoCrAlY layer, in which the susceptibility to cracking in the thermally grown oxide layer (TGO) is reduced and an alloy thereof.
  • TGO thermally grown oxide layer
  • nickel and cobalt base materials are used in the hot gas path of gas turbines. These materials have j edoch for its optimization for the highest possible strength often not sufficient oxidation and high-temperature corrosion-Be ⁇ permanence in the hot gas. The materials must therefore be protected with suitable protective coatings against hot gas attack.
  • a ceramic layer based on zirconium oxide is additionally applied to thermally highly stressed components for thermal insulation.
  • an optimally coordinated protective layer system comprising an adhesive layer and a thermal barrier coating is required.
  • the composition of the adhesive layer has a central significance here.
  • protective layers are applied to the hottest components partly as an adhesive layer for a thermal barrier coating.
  • Tantalum and rare earths such as yttrium, hafnium u. a may contain. However, as the surface temperatures on the protective layer continue to rise, damage can result which leads to the failure of the layer or to the spalling of the thermal barrier coating. Often rhenium was used.
  • rhenium has the disadvantage that its share significantly increases costs. This has been the last Particularly important and will continue to play a major role in the future.
  • Base material which as a rule has a lower chromium content than the layer, the difference between the chromium contents in the layer and the base material should not be greater than approximately 5%. Otherwise, a more or less strong Kirkendall porosity is arise which to a Monel ⁇ term failure of the laminate with the base material leads. This has been confirmed by corresponding model calculations. This behavior was confirmed experimentally, as demonstrated by the comparison of low and high chromium layers on IN 738 LC.
  • chromium content of the layer is to be considered that at low chromium contents of about 13 wt. -% chromium (Cr) in the layer on the surface frequently a spinel formation with "multiple cracking" occurs, which also leads to a shortened life of the protective layer system.
  • Cr chromium
  • the solution proposed here presents a combination of layer compositions as a duplex layer which, compared with previous layer compositions, has improvements with regard to the above-mentioned problems.
  • a protective layer which has better oxidation resistance and good thermo-mechanical behavior compared to the layers used hitherto and has significant cost advantages due to the substitution of rhenium.
  • the Interdiffusionsverhal ⁇ th should be equal or better.
  • the top layer of the duplex layer has chromium contents of> 20% chromium, in particular> 22% chromium (Cr). This avoids spinel formation and "multiple cracking" in the TGO.
  • the higher content of chromium (Cr) in the uppermost layer layer has two reasons: On the one hand, despite the evaporation of chromium (Cr) in the solution annealing treatment in the uppermost layer layer, there is enough Cr for the activity On the other hand, chromium serves as a nucleating agent for stable alpha alumina.
  • the base (boundary layer to the base material) of the duplex layer has a significantly lower chromium content, preferably about 11 wt. -% - 16 wt. -% chromium (Cr), on. This prevents a life-reducing Kirkendall Porosi ⁇ ity at the interface with the base material.
  • the other constituents of the layers are based on optimized proportions of nickel (Ni), cobalt (Co), aluminum (AI), rare earths (Y, ...), etc., but no rhenium (Re).
  • Duplex protective layer comprises at least: a lower NiCoCrAIY layer substrate (10):
  • NiCoCrAlY protective layer with the composition (in% by weight) of
  • Yttrium (Y) 0.2% - 0.6%, especially 0.3% to 0.5%
  • the Al content is slightly lowered from the base to minimize deterioration of ductility due to the high Cr content.
  • NiCoCrAlY layers / alloys may also have other elements, other or further rare earth elements or Ta, Ti, Fe ... but no rhenium (Re).
  • NiCoCrAlY layer 13 For the upper NiCoCrAlY layer 13, no chromation of a single layer is carried out, so that there is no chromium gradient also because a uniform powder is used to apply the layer.
  • the total layer thickness of the metallic layer 7 on the blade should preferably be 180 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • This procedure also has the advantage that no new cost-increasing process step is necessary.
  • Figure 3 is a list of superalloys.
  • FIG. 1 shows a layer system comprising a substrate 4 and the two-layer NiCoCrAlY layer 7, which is composed of two different layer compositions 10, 13.
  • a ceramic thermal barrier coating 16 is provided on the outer NiCoCrAlY layer 13.
  • nickel- or cobalt-based superalloy aging in particular alloys may be used according to Figure 3 the ⁇ .
  • FIG. 2 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide vane show ⁇ 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis of the 121st
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 to each other, a securing region 400, an adjoining blade or vane platform 403 and a blade 406 and a blade tip 415.
  • the vane 130 having at its blade tip 415 have a further platform (not Darge ⁇ asserted).
  • 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 on a leading edge 409 and a trailing edge 412th
  • 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 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 single-crystal structure or structures are used as components for machines that are in operation high mechanical, thermal and / or chemical stresses are exposed.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole workpiece be ⁇ is made of a single crystal.
  • a columnar grain structure columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified
  • a monocrystalline structure ie the whole workpiece be ⁇ is made of a single crystal.
  • Structures are also called 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 comprise porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
  • the blade 120, 130 may have to be freed from protective layers after use (eg 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. Thereafter, a ⁇ As the coating of the component 120, 130, after which the component 120, the 130th 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.

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Abstract

Durch die Verwendung einer zweilagigen NiCoCrAlY-Schicht kann die Bildung von Rissen in der thermisch gewachsenen Oxidschicht, wie sie aufgrund der Schutzwirkung der NiCoCrAlY-Schichten sich bildet, verringert werden.

Description

Schichtsystem mit NiCoCrAlY-Doppelschutzschicht mit unterschiedlichem Chromgehalt und Legierung
Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, das eine zweilagige NiCoCrAlY-Schicht aufweist, bei dem die Rissanfälligkeit in der thermisch gewachsenen Oxidschicht (TGO) verringert wird und eine Legierung dafür. Im Heißgaspfad von Gasturbinen werden Nickel- und Kobalt- Basiswerkstoffe verwendet . Diese Werkstoffe weisen j edoch wegen ihrer Optimierung auf höchstmögliche Festigkeit häufig keine genügende Oxidations- und Hochtemperaturkorrosions-Be¬ ständigkeit im Heißgas auf . Die Werkstoffe müssen daher mit geeigneten SchutzbeSchichtungen vor dem Heißgasangriff geschützt werden . Zur Steigerung der Turbineneintrittstempera- tur wird außerdem auf thermisch höchst beanspruchte Komponenten zusätzlich noch eine keramische Schicht auf der Basis Zirkonoxid zur Wärmedämmung aufgebracht . Zur Realisierung möglichst hoher Betriebstemperaturen und langer Lebensdauer der mit Heißgas beaufschlagten Komponenten bedarf es eines optimal abgestimmten SchutzschichtSystems bestehend aus Haft¬ schicht und Wärmedämmschicht . Die Zusammensetzung der Haft¬ schicht hat dabei eine zentrale Bedeutung .
Zur Lösung dieses Problems werden Schutzschichten auf die heißesten Komponenten zum Teil auch als Haftschicht für eine Wärmedämmschicht aufgebracht . Diese bestehen in der Regel aus so genannten NiCoCrAlY-Auflägeschichten, die neben Nickel und/oder Kobalt noch Chrom, Aluminium, Silizium, Rhenium,
Tantal und Seltene Erden wie Yttrium, Hafnium u . a enthalten können . Jedoch kann es bei weiter steigenden Oberflächentem- peraturen an der Schutzschicht zu Schädigungen kommen, die zum Versagen der Schicht oder zum Abplatzen der Wärmedämm- Schicht führen . Oft wurde Rhenium verwendet .
Rhenium hat j edoch den Nachteil , dass durch dessen Anteil die Kosten deutlich gesteigert werden . Dies wurde in den letzten Jahren besonders bedeutsam und wird auch künftig eine große Rolle spielen .
Bei steigenden Temperaturen der Schichtoberfläche oder für längere Standzeiten der Schutzschichten sind geeignete
Schutzschichten zu entwickeln, die unter diesen Randbedingungen eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit , verbunden mit einer genügend guten thermomechanisehen Beständigkeit bei gleichzeitig niedrigeren Kosten als rheniumhaltige Schichten, besitzen . Dies kann nur durch eine sehr ausgewogene chemische Zusammensetzung der Schutzschicht erzielt werden . Insbesondere sind hier die Elemente Ni , Co , Cr, AI , Y von Bedeutung .
Da diese Elemente infolge von Diffusion auch in Wechselwir- kung mit dem Grundwerkstoff stehen, ist dies ebenfalls stark zu berücksichtigen .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem gemäß An¬ spruch 1 und eine Legierung gemäß Anspruch 14.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön¬ nen, um weitere Vorteile zur erzielen.
Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Allgemein wird davon ausgegangen, dass wegen der relativ starken Interdiffusion von Chrom aus der Schicht in den
Grundwerkstoff, der in der Regel geringere Chromgehalt als die Schicht aufweist , die Differenz zwischen den Chromgehal- ten in der Schicht und dem Grundwerkstoff nicht größer als ca. 5% sein sollte . Anderenfalls wird eine mehr oder minder starke Kirkendall- Porosität eintreten, die zu einem frühzei¬ tigen Versagen des SchichtVerbundes mit dem Grundwerkstoff führt. Dies haben entsprechend durchgeführte Modellrechnungen bestätigt . Experimentell wurde dieses Verhalten bestätigt , wie der Vergleich von niedrig und hoch chromhaltigen Schichten auf IN 738 LC beweist .
Andererseits ist bei der oberen Begrenzung des Chromgehaltes der Schicht zu berücksichtigen, dass bei niedrigen Chromgehalten von etwa 13 Gew . -% Chrom (Cr) in der Schicht an der Oberfläche häufig eine Spinellbildung mit "Multiple Cracking" auftritt , die ebenfalls zu einer verkürzten Lebensdauer des SchutzschichtSystems führt . Eine sehr ausgewogene Zusammen¬ setzung der Schutzschicht führt zwar schon zu guten Ergebnis¬ sen, stellt j edoch noch nicht das Optimum dar . Aus den oben genannten Gründen wurde eine Lösung gesucht , die alle Vorteile in sich vereinigt .
Die hier vorgeschlagene Lösung stellt eine Kombination von SchichtZusammensetzungen als Duplexschicht vor, die gegenüber bisherigen SchichtZusammensetzungen Verbesserungen im Hinblick auf die oben genannten Problematiken aufweist .
Die beschriebenen Aussagen werden in den Anlagen schematisch und als metallographische Bilder dargestellt .
Es wird eine Schutzschicht vorgeschlagen, die gegenüber den bisher verwendeten Schichten eine bessere Oxidationsbeständigkeit und gutes thermomechanisches Verhalten aufweist und aufgrund der Substitution von Rhenium deutliche Kostenvor- teile besitzt . Darüber hinaus soll das Interdiffusionsverhal¬ ten gleich oder besser sein . Im Gegensatz zu üblichen
SchichtZusammensetzungen weist die Oberlage der Duplexschicht Chromgehalte von > 20% Chrom, insbesondere > 22% Chrom (Cr) auf . Damit wird eine Spinellbildung und "Multiples Cracking" in der TGO vermieden . Der höhere Gehalt an Chrom (Cr) in der obersten Schichtlage hat zwei Gründe : Einerseits bleibt trotz Verdampfung von Chrom (Cr) bei der Lösungsglühbehandlung in der obersten Schichtlage genug Cr vorhanden um die Aktivität von Aluminium hoch zu halten und andererseits dient das Chrom als Keimbildner für stabiles alpha-Aluminiumoxid .
Die Unterlage (Grenzschicht zum Grundwerkstoff) der Duplex- schicht weist hingegen einen deutlich geringeren Chromgehalt , vorzugsweise von ca. 11 Gew . -% - 16 Gew . -% Chrom (Cr) , auf . Dies verhindert eine lebensdauermindernde Kirkendall-Porosi¬ tät an der Grenzfläche zum Grundwerkstoff . Die anderen Bestandteile der Schichten basieren auf optimierten Anteilen von Nickel (Ni ) , Kobalt (Co) , Aluminium (AI ) , Seltene Erden (Y, ...) u.a., j edoch kein Rhenium (Re) .
Beispiel :
Duplex-Schutzschicht weist zumindest auf : eine untere NiCoCrAIY-Schichtunterläge (10):
NiCoCrAlY- Schutzschicht mit der Zusammensetzung (in Gew .-%) von
Ni- Gehalt : Rest
Kobalt (Co) : 22% - 26%, insbesondere 23% - 25%,
Chrom (Cr) : 11% -16%, insbesondere 13% ,
Aluminium (AI) : 10,5% - 12, 0 % , insbesondere 11, 5% ,
Yttrium (Y) : 0,2% - 0,6%, insbesondere 0,3% bis 0,5%
Mittelhoher Co- Gehalt :
Verbreiterung des Beta/Gamma-Feldes , Vermeidung spröder Phasen Mittlerer Cr-Gehalt :
Niedrig genug um spröde Phasen (Alpha- Chrom- oder Sigma- Phase) zu vermeiden und Kirkendall-Porosität zu vermeiden und dennoch die SchutzWirkung über lange Zeiten zu erhalten Mittelhoher Al-Gehalt :
Ausreichend hoch um AI zum Erhalt einer stabilen TGO nachzu¬ liefern . Niedrig genug um gute Duktilität zu erreichen und Versprödungsneigung zu vermeiden Niedriger Y-Gehalt:
Ausreichend hoch um bei geringer SauerStoffkontamination noch genügend Y-Aluminat zur Bildung von Y-haltigen "pegs " zu bil- den
Niedrig genug um das Oxidschichtwachstum der AI2O3 Schicht negativ zu beschleunigen, sowie eine obere NiCoCrAlY-Schicht (13) :
NiCoCrAlY-Schutzschicht mit der Zusammensetzung (in Gew.-I) von Ni-Gehalt : Rest
Kobalt (Co) : 22% - 26%, vorzugsweise 23% - 25%,
Chrom (Cr) : 23% - 25%, vorzugsweise 24%,
Aluminium (AI ) : 10,5% - 12 , 0% , vorzugsweise 10,5%,
Yttrium (Y) : 0,2% - 0,6%, vorzugsweise 0,3% - 0,5%
Hoher Cr-Gehalt :
Zur Vermeidung von Spinell und "Multiple Cracking" in der TGO und Verbesserung der Oxidschichtbildung aus AI2O3 mit geringen Oxidationsraten
Mittelhoher Al-Gehalt :
Der Al-Gehalt ist gegenüber der Unterlage leicht abgesenkt, um eine Verschlechterung der Duktilität durch den hohen Cr- Gehalt zu minimieren .
Die NiCoCrAlY-Schichten/Legierungen können auch weitere Elemente aufweisen, andere bzw. weitere Seltenerdelemente oder Ta, Ti, Fe..., aber kein Rhenium (Re) .
Für die obere NiCoCrAlY-Schicht 13 wird keine Chromierung einer Einzelschicht durchgeführt, so dass auch deshalb kein Chromgradient vorliegt, weil ein einheitliches Pulver verwen- det wird, um die Schicht aufzutragen.
Thermodynamisehe Phasenberechnungen sowie Versuchsergebnisse der j eweiligen Einzelschicht haben gezeigt , dass gute Ergeb- nisse hinsichtlich Oxidation, Ausbildung der TGO und der mechanischen Eigenschaften vorliegen .
Die GesamtSchichtdicke der metallischen Schicht 7 auf der Schaufel sollte vorzugsweise 180ym bis 300ym betragen .
Die untere Schicht 7 wird vorzugweise mit einem Feinpulver gespritzt und die obere Schicht 13 besteht aus dem hochchrom¬ haltigen Pulver mit einer gröberen Pulverfraktion, um neben der verbesserten Oxidschichtausbildung auch die notwendige hohe Rauhigkeit von Ra = 9ym bis 14ym zur optimalen Haftung für ei e keramische Schicht zu liefern .
Diese Vorgehensweise hat auch den Vorteil , dass kein neuer Kosten erhöhender Prozessschritt notwendig ist .
Es zeigen:
Figur 1 Schichtsystem
Figur 2 eine Turbinenschaufel
Figur 3 eine Liste von Superlegierungen .
Figur 1 zeigt ein Schichtsystem aus einem Substrat 4 und der zweilagigen NiCoCrAlY-Schicht 7, die aus zwei verschiedenen SchichtZusammensetzungen 10, 13 zusammengesetzt ist.
Optional ist eine keramische Wärmedämmschicht 16 auf der äußeren NiCoCrAlY-Schicht 13.
Als Substrat 4 können nickel- oder kobaltbasierte Superlegie¬ rungen, insbesondere Legierungen gemäß Figur 3 verwendet wer¬ den .
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau¬ fel 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 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 Berei- chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen 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.
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 be¬ steht 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 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 Korn- grenzen 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.

Claims

Patentansprüche
1. Schichtsystem (1),
das zumindest aufweist:
ein Substrat ( 4 ) ,
eine zweilagige NiCoCrAlY-Schicht (7),
insbesondere eine nur zweilagige NiCoCrAlY-Schicht , mit einer unteren NiCoCrAlY-Schicht (10),
bei dem der Gehalt von Chrom (Cr) der unteren Schicht (10) kleiner ist,
insbesondere mindestens 3 Gew.-% kleiner ist,
ganz insbesondere mindestens 5 Gew.-% kleiner ist,
als der Gehalt von Chrom (Cr) der äußeren NiCoCrAlY-Schicht (13) .
2. Schichtsystem nach Anspruch 1,
bei dem der der Gehalt von Kobalt (Co) der unteren
NiCoCrAlY-Schicht (10) gleich oder vergleichbar ist mit dem
Gehalt von Kobalt (Co) der äußeren NiCoCrAlY-Schicht (13), insbesondere bei dem der Gehalt an Kobalt (Co) gleich ist, ganz insbesondere 22 Gew.-% bis 26 Gew.-% beträgt.
3. Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem der Unterschied im Gehalt an Chrom (Cr) 3 Gew.-% bis 13 Gew.-%,
insbesondere mindestens 7 Gew.-%,
ganz insbesondere mindestens 11 Gew.-% beträgt.
4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 ,
bei dem der Gehalt an Aluminium (AI) der unteren NiCoCrAlY- Schicht (10) gleich oder vergleichbar ist mit dem Gehalt von Aluminium (AI) der äußeren NiCoCrAlY-Schicht (13) insbesondere gleich ist,
ganz insbesondere 10,5 Gew.-% - 12,0 Gew.-% beträgt.
5. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der Gehalt an Yttrium (Y) der unteren NiCoCrAlY- Schicht (10) gleich oder vergleichbar ist mit dem Gehalt von Yttrium (Y) der äußeren NiCoCrAlY-Schicht (13) gleich ist,
insbesondere 0,2 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% beträgt.
6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem die untere NiCoCrAlY-Schicht (10) folgende Zusam¬ mensetzung aufweist (in Gew.-%):
Kobalt (Co) : 22% - 26%,
insbesondere 23% - 25%,
Chrom (Cr) : 11% - 16%,
insbesondere 13%,
Aluminium (AI) : 10,5% - 12, 0 % ,
insbesondere 11,5%,
Yttrium (Y) : 0,2% - 0,6% ,
insbesondere 0,3% - 0,5%,
Nickel ,
insbesondere daraus besteht .
7. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die obere NiCoCrAlY-Schicht (13) folgende Zusammen¬ setzung aufweist (in Gew . -% ) :
Kobalt (Co) : 22% - 26%,
insbesondere 23% - 25%,
Chrom (Cr) : 23% - 25%,
insbesondere 24%,
Aluminium (AI ) : 10,5% - 12,0%,
insbesondere 10, 5% ,
Yttrium (Y) : 0,2% - 0, 6%,
insbesondere 0,3% - 0,5%,
Nickel ,
insbesondere daraus besteht .
8. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ,
die keinen Gradienten in dem Gehalt an Chrom (Cr) in der Schicht (7),
insbesondere nicht in der äußeren NiCoCrAlY-Schicht (13) aufweist,
ganz insbesondere nicht chromiert ist.
9. SchichtSystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 ,
bei dem eine thermisch gewachsene Oxidschicht auf der äuße¬ ren NiCoCrAlY-Schicht (13) gebildet wird oder vorhanden
10. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
bei dem eine äußere keramische Schicht auf der zweilagigen NiCoCrAlY-Schicht (7) aufgebracht ist.
11. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem die NiCoCrAlY-Schicht (7) eine Dicke von 180ym bis 300ym aufweist.
12. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die verwendeten Pulver für die obere NiCoCrAlY- Schicht (13) gröber,
insbesondere 20% gröber ist als die Körnung der Pulver für die untere NiCoCrAlY-Schicht (10),
so dass die obere Schicht (13) größere Körner aufweist als die untere Schicht (10),
so dass insbesondere eine Rauhigkeit von Ra = 9ym bis 14ym erzielt wird.
13. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehe den Ansprüche,
die kein Rhenium (Re) in den Schichten (7, 10, 13) aufweist.
14. Legierung,
die aufweist (in Gew.-%):
Kobalt (Co) : 22% - 26%,
insbesondere 23% - 25%,
Chrom (Cr) : 23% - 25%,
insbesondere 24%,
Aluminium (AI): 10,5% - 12,0%,
insbesondere 10,5%,
Yttrium (Y) : 0,2% - 0, 6%,
insbesondere 0,3% - 0,5%,
Nickel,
insbesondere daraus besteht .
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