EP2842662A1 - Schaufelspitzenpanzerung für Titanschaufeln - Google Patents

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EP2842662A1
EP2842662A1 EP13182800.6A EP13182800A EP2842662A1 EP 2842662 A1 EP2842662 A1 EP 2842662A1 EP 13182800 A EP13182800 A EP 13182800A EP 2842662 A1 EP2842662 A1 EP 2842662A1
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EP
European Patent Office
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blade
armor
vol
titanium material
binder
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EP13182800.6A
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André Werner
Artur Schüle
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines AG
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Publication date
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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    • F05D2300/133—Titanium

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of a blade armor for a blade of a turbomachine, wherein the blade is formed from a titanium material. Moreover, the invention relates to a corresponding blade of a turbomachine with a blade armor.
  • turbomachines such as stationary gas turbines or aircraft engines
  • rotating blades rotate at high rotational speed about a shaft which extends along the longitudinal axis of the turbomachine.
  • outer-Air-Seals provided where the blades can rub according to the operating state of the turbomachine to avoid a possible gap through which working gas could flow.
  • the prior art usually uses ceramic materials based on aluminum oxide or zirconium oxide and cubic boron nitride, which are applied by thermal spraying layers in the case of aluminum oxide or zirconium oxide or by electrodeposition or by brazing in the case of cubic boron nitride.
  • the invention proposes to create an armor based on a silt, which can be applied in a simple manner to at least a portion of a blade of a titanium material.
  • the slip comprises at least one metallic powder and at least one binder, wherein the metallic powder is formed from a material comprising M, Cr and Al, where M is at least one element selected from the group consisting of iron, nickel and Cobalt includes.
  • the slip After application of the silt, the slip can be dried.
  • the slurry After drying or immediately after application without drying, the slurry can be fired, so that the slip from the armor.
  • a tip armor can be produced on a blade tip.
  • the titanium material which forms the blade at least in the area of armor, may be a titanium-based alloy or a material based on titanium aluminides. Titanium material is thus understood to mean a material whose major component of the chemical composition is titanium. Accordingly, alloys based on titanium aluminides are also considered to be titanium material, even if aluminum is used for such alloys in the same order of magnitude as titanium may be included in the material. In particular, the titanium aluminides can be based on y-TiAl or ⁇ 2 -Ti 3 Al.
  • the binder may be a ceramic binder, for example based on polysiloxanes or polysilazanes.
  • Polysiloxanes are understood to mean chemical compounds in which the silicon atoms are connected to one another via an oxygen atom, wherein a multiplicity of Si-O-Si compounds can be linked together.
  • Polysilazanes are compounds in which silicon and nitrogen atoms form the basic chemical structure in an alternating arrangement.
  • the binder and the metallic powder may each constitute about half of the volume of the slurry, wherein the metallic powder in a range of 20 vol.% To 70 vol.%, In particular 40 vol.% To 60 vol.% While the binder may have 80% by volume to 30% by volume, in particular 60% by volume to 40% by volume.
  • the particle sizes of the metallic powder may be in the range from 1 .mu.m to 50 .mu.m, in particular from 2 .mu.m to 5 .mu.m, where the stated particle sizes may be mean particle sizes or absolute particle sizes.
  • the application of the silt can be done by spraying, brushing, rolling and / or dipping the component to be coated in the slurry. Since the armor may possibly be required only in corresponding portions of the blade of a turbomachine, the slurry can be applied accordingly only in the areas of the blade, in which the armor is required and should be present.
  • the slurry may be allowed to dry in air for a period of 0.5 to 5 hours, especially 1 to 3 hours, preferably 1 to 2 hours.
  • the sludge can be fired by local heating of the blade in the area of the applied slurry or complete heating of the blade. However, burning is immediately possible without prior drying.
  • the firing may be carried out in particular at a temperature of 450 ° C. to 750 ° C., in particular 600 ° C. to 700 ° C., preferably by 650 ° C. for 0.5 hour to 2 hours, preferably by one hour in air or inert gas atmosphere.
  • Burning destroys and removes the organics from the binder to result in blade armor, in which metallic particles of FeCrAl, NiCrAl or CoCrAl are present adjacent ceramic constituents in the structure of the armor, the ceramic constituents comprising silicon-based ceramic compounds , At the selected temperature and / or time, the pyrolysis can only partially occur, so that only partially ceramic compounds and / or partially ceramic compounds, ie compounds which still contain binders.
  • the silicon-based ceramic or part-ceramic compounds may comprise silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride and / or mixed forms thereof.
  • an intake process may be provided in which the blade is exposed to the operating conditions in a turbomachine for a specific duration and / or at least one rotational speed of the engine, so that the heat introduced into the blade results in a Reaction zone between the armor and the titanium material can form, which improves the adhesion of the armor to the titanium material.
  • the intake process may be designed such that a plurality of operating intervals separated from one another by operating pauses or operating times with idling speeds are provided, in which the turbomachine is operated at different rotational speeds, in particular increasing rotational speeds.
  • the reaction zone created by the targeted run-in process also provides protection against the heat introduced into the blade by friction during normal operation of the turbomachine and thus reduces the risk of ignition of a titanium fire due to the friction process.
  • the Fig. 1 shows a perspective view of a blade 1 according to the present invention.
  • the blade 1 comprises an airfoil 2 and a blade root 3 with a shroud, which can be arranged in a disc of a turbomachine.
  • An armor 4 is provided on the blade tip 3 at the end of the blade 2 opposite the blade root 3, which in use can be applied to an engine seal, the so-called “outer air seal" of the surrounding housing. Accordingly should the armor 4, the blade 1 and in particular the blade 2 protect against wear and heat input.
  • the armor 4 also protects against a titan fire ignition, which could occur with a blade 1 with an airfoil 2 made of a titanium material.
  • the Fig. 2 shows a partial cross section through the armor 4 at the blade tip of the blade 1.
  • the armor 4 is formed by a layer consisting of metallic and ceramic components.
  • the presentation of the Fig. 2 with respect to the composition in the armor 4 is purely schematic and shows metallic components 7 and ceramic components 8, which come from a ceramic binder.
  • the armor 4 has been produced by the application and firing of a slurry, the slurry comprising metallic powder and a binder.
  • the metallic powder of the slurry used to form the armor 4 is formed in the embodiment of FeCrAl alloy having as main constituents in this order iron, chromium and aluminum, which may contain other alloying constituents.
  • the metallic particles of the FeCrAl alloy are embedded in the slurry in a polysilazane-based ceramic binder, the metallic powder making up 50% by volume and the binder also making up 50% by volume of the slurry.
  • the slurry After applying the slurry by brushing or rolling or spraying in the region of the blade tip, the slurry was dried for two hours in air at room temperature. After drying, the slurry has been fired by means of a local heating of the blade tip, which has been carried out inductively in the embodiment.
  • the firing parameters have been chosen in the embodiment shown with a firing temperature of 650 ° C, a holding time of one hour and a surrounding inert gas atmosphere. Due to the pyrolysis, the organic constituents of the binder have been partially decomposed, so that 4 silicon carbides, silicon nitrides and silicon carbonitrides have formed as ceramic components of the armor.
  • the FeCrAl particles of the metallic powder are embedded in this semi-ceramic matrix and form armor 4 together with the ceramic matrix.
  • the blade 1 After firing, the blade 1 has been installed in a turbomachine and the turbomachine has been operated to perform an intake process in which has formed a reaction layer 5 between the armor 4 and the titanium base material due to the heat input generated thereby.
  • the running-in process can take place, for example, by interval-type operation of the turbomachine at different rotational speeds.
  • interval-type operation of the turbomachine at different rotational speeds.
  • five to ten intervals or stages of operation can be carried out at speeds, the relative speeds of the blade tip to the abradable coating of the surrounding housing of 100 m / s, 120 m / s, 140 m / s, 160 m / s, 180 m / s and 200 m / s.
  • the turbomachine can be switched off and insert a break in the range of three to five minutes, the machine can be operated in the periods between the operating intervals and idle.
  • the acceleration and deceleration can be done with speed changes of 100 revolutions / minute per second (RPM / s).
  • the reaction zone 5 generated by the run-in process causes an improvement in the adhesion of the armor 4 on the titanium - 6 material and also helps to avoid a titanium fire.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufelpanzerung einer Schaufel einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel (1) zumindest teilweise aus einem Titan - Werkstoff gebildet ist und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellung einer Schaufel mit dem Titan - Werkstoff; Bereitstellung eines Schlickers, welcher ein metallisches Pulver und ein Bindemittel umfasst, wobei das metallische Pulver aus einem Werkstoff gebildet ist, der M, Cr und Al umfasst, wobei M mindestens ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Fe, Ni und Co umfasst; Aufbringen des Schlickers auf dem Titan - Werkstoff in mindestens einem Teilbereich der Schaufel; Trocknen und/oder Brennen des Schlickers zu einer Panzerung (4). Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaufel einer Strömungsmaschine mit einer Schaufelpanzerung, die gemäß dem Verfahren hergestellt worden ist.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung einer Schaufelpanzerung für eine Schaufel einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel aus einem Titan - Werkstoff gebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechende Schaufel einer Strömungsmaschine mit einer Schaufelpanzerung.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bei Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken, drehen sich Laufschaufeln mit hoher Drehgeschwindigkeit um eine Welle, die entlang der Längsachse der Strömungsmaschine verläuft. Um zu gewährleisten, dass zwischen den Schaufelspitzen der sich drehenden Laufschaufeln und einem umgebenden Gehäuse des Strömungskanals keine Wirkungsgradverluste auf Grund des Durchströmens des Arbeitsgases durch Spalte zwischen den Schaufelspitzen und dem umgebenden Gehäuse auftreten, sind im Bereich der Laufschaufeln an der Innenseite des Gehäuses Dichtungen, sogenannte "Outer-Air-Seals", vorgesehen, an denen die Laufschaufeln je nach Betriebszustand der Strömungsmaschine anstreifen können, um einen möglichen Spalt zu vermeiden, durch den Arbeitsgas durchströmen könnte. Entsprechend wird zur Vermeidung von Verschleiß und Wärmeeintrag auf Grund der Reibung zwischen Schaufelspitzen und Gehäuse eine Panzerung der Spitzen der Laufschaufeln vorgesehen.
  • Im Stand der Technik werden hierzu üblicherweise keramische Werkstoffe auf Basis von Aluminiumoxid oder Zirkonoxid sowie kubischem Bornitrid verwendet, die durch thermische Spritzschichten im Fall von Aluminiumoxid oder Zirkonoxid oder über galvanische Abscheidung oder durch Auflöten im Falle von kubischem Bornitrid aufgebracht werden.
  • Aus der US 6,409,795 B2 ist zudem das Aufbringen von Formteilen aus MCrAl(Y) - Legierungen bekannt, wobei M entweder Nickel, Kobalt oder Eisen ist.
  • Allerdings sind die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Stoffe zur Aufbringung von Panzerungen an Laufschaufeln sehr aufwändig und insbesondere für Titan - Werkstoffe wenig geeignet, da bei Titan - Werkstoffen zudem das Problem der Titanfeuerentzündung besteht, das bei hohem Wärmeeintrag durch Reibung der Schaufelspitzen an der Gehäusedichtung entstehen kann und zusätzlich berücksichtigt werden muss.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Panzerung an Schaufeln einer Strömungsmaschine bereitzustellen, welches eine einfache Herstellung der Panzerung bei gleichzeitig guter Verschleißbeständigkeit und entsprechend guten Anstreifeigenschaften ermöglicht und Schaufeln aus Titan - Werkstoffen zudem zuverlässig vor der Titanfeuerentzündung schützt.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schaufel für eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt vor, eine Panzerung auf Basis eines Schlickes zu erstellen, welcher in einfacher Weise auf mindestens einen Teilbereich einer Schaufel aus einem Titan - Werkstoff aufgebracht werden kann.
  • Der Schlicker umfasst erfindungsgemäß mindestens ein metallisches Pulver und mindestens ein Bindemittel, wobei das metallische Pulver aus einem Werkstoff gebildet ist, der M, Cr und Al umfasst, wobei M mindestens ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Eisen, Nickel und Kobalt umfasst.
  • Nach dem Aufbringen des Schlickes kann der Schlicker getrocknet werden.
  • Nach dem Trocknen oder direkt nach dem Aufbringen ohne Trocknen kann der Schlicker gebrannt werden, sodass aus dem Schlicker eine Panzerung entsteht.
  • Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Spitzenpanzerung an einer Laufschaufelspitze hergestellt werden.
  • Der Titan - Werkstoff, der zumindest im Bereich der Panzerung die Schaufel bildet, kann eine Titan - Basislegierung oder ein Werkstoff auf Basis von Titanaluminiden sein. Unter Titan - Werkstoff wird somit ein Werkstoff verstanden, dessen größter Bestandteil der chemischen Zusammensetzung Titan ist. Entsprechend werden auch Legierungen auf Basis von Titanaluminiden als Titan - Werkstoff angesehen, auch wenn bei derartigen Legierungen Aluminium in der gleichen Größenordnung wie Titan in dem Werkstoff enthalten sein kann. Insbesondere können die Titanaluminide auf y - TiAl oder α2-Ti3Al basieren.
  • Das Bindemittel kann ein keramischer Binder, beispielsweise auf der Basis von Polysiloxanen oder Polysilazanen sein. Unter Polysiloxanen werden chemische Verbindungen verstanden, bei denen die Siliziumatome über ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind, wobei eine Vielzahl von Si-O-Si-Verbindungen miteinander verkettet sein können. Unter Polysilazanen werden Verbindungen verstanden, in denen Silizium- und Stickstoffatome in alternierender Anordnung das chemische Grundgerüst bilden.
  • Das Bindemittel und das metallische Pulver können jeweils ca. die Hälfte des Volumens des Schlickes ausmachen, wobei das metallische Pulver in einem Bereich von 20 Vol.% bis 70 Vol.%, insbesondere 40 Vol.% bis 60 Vol.% liegen kann, während das Bindemittel 80 Vol.% bis 30 Vol.%, insbesondere 60 Vol.% bis 40 Vol.% aufweisen kann.
  • Die Partikelgrößen des metallischen Pulvers können im Bereich von 1 µm bis 50 µm, insbesondere 2 µm bis 5 µm liegen, wobei die angegebenen Partikelgrößen mittlere Partikelgrößen oder absolute Partikelgrößen sein können.
  • Das Aufbringen des Schlickes kann durch Spritzen, Streichen, Rollen und/oder Tauchen des zu beschichtenden Bauteils in den Schlicker erfolgen. Da die Panzerung unter Umständen lediglich in entsprechenden Teilbereichen der Schaufel einer Strömungsmaschine erforderlich sein kann, kann der Schlicker entsprechend nur in den Bereichen der Schaufel aufgebracht werden, in denen die Panzerung erforderlich ist und vorliegen soll.
  • Nach dem Aufbringen kann der Schlicker für eine Zeitspanne von 0,5 bis 5 Stunden, insbesondere 1 bis 3 Stunden, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden, an Luft trocknen.
  • Anschließend kann ein Brennen des Schlickers durch lokale Erwärmung der Schaufel im Bereich des aufgebrachten Schlickers oder vollständiges Erhitzen der Schaufel erfolgen. Allerdings ist ein Brennen auch ohne vorheriges Trocknen unmittelbar möglich. Das Brennen kann insbesondere bei einer Temperatur von 450°C bis 750°C, insbesondere 600°C bis 700°C, vorzugsweise um 650°C für 0,5 Stunden bis 2 Stunden, vorzugsweise um eine Stunde an Luft oder Inertgasatmosphäre erfolgen. Durch das Brennen werden bei dem Bindemittel die organischen Bestandteile zerstört und entfernt, sodass sich eine Schaufelpanzerung ergibt, bei der metallische Partikel aus FeCrAl, NiCrAl oder CoCrAl benachbart zu keramischen Bestandteilen im Gefüge der Panzerung vorhanden sind, wobei die keramischen Bestandteile siliziumbasierte, keramische Verbindungen umfassen. Bei der gewählten Temperatur und/oder Zeitdauer kann die Pyrolyse nur teilweise ablaufen, so dass nur teilweise keramische Verbindungen und/oder teilkeramische Verbindungen vorliegen, also Verbindungen, die noch Bindemittel enthalten. Die siliziumbasierten keramischen oder teilkeramischen Verbindungen können Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und/oder Mischformen daraus umfassen.
  • Nach dem Brennen des Schlickers kann weiterhin ein Einlaufprozess vorgesehen sein, bei dem die Schaufel in einer Strömungsmaschine für eine bestimmte Dauer und/oder mehrere Intervalle bei mindestens einer Drehzahl der Maschine den Betriebsbedingungen ausgesetzt wird, sodass sich durch die dadurch in die Schaufel eingebrachte Wärme eine Reaktionszone zwischen der Panzerung und dem Titan - Werkstoff ausbilden kann, welche die Haftung der Panzerung an dem Titan - Werkstoff verbessert. Insbesondere kann der Einlaufprozess so gestaltet sein, dass mehrere, voneinander durch Betriebspausen oder Betriebszeiten mit Leerlauf - Drehzahlen getrennte Betriebsintervalle vorgesehen sind, bei denen die Strömungsmaschine mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere sich steigernden Drehzahlen betrieben wird. Die durch den gezielten Einlaufprozess entstandene Reaktionszone bietet zudem einen Schutz vor der im Normalbetrieb der Strömungsmaschine durch Reibung in die Laufschaufel eingebrachten Wärme und reduziert somit die Gefahr der Entzündung eines Titanfeuers durch den Reibprozess.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaufel; und in
    Fig. 2
    eine teilweise Schnittansicht durch einen Oberflächenbereich aus Fig. 1
    AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Laufschaufel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Laufschaufel 1 umfasst ein Schaufelblatt 2 und einen Schaufelfuß 3 mit einem Deckband, der in einer Scheibe einer Strömungsmaschine angeordnet werden kann. An dem dem Schaufelfuß 3 gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts 2 ist an der Schaufelspitze eine Panzerung 4 vorgesehen, welche im Betrieb an einer Triebwerksdichtung, dem sogenannten "Outer-Air-Seal" des umgebenden Gehäuses anstreifen kann. Entsprechend soll die Panzerung 4 die Schaufel 1 und insbesondere das Schaufelblatt 2 vor Verschleiß und Wärmeeintrag schützen.
  • Da die Schaufel 1 zumindest im Bereich des Schaufelblatts 2 aus einem Titan - Werkstoff gebildet ist, schützt die Panzerung 4 auch vor einer Titanfeuerentzündung, welche bei einer Schaufel 1 mit einem Schaufelblatt 2 aus einem Titan-Werkstoff auftreten könnte.
  • Die Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch die Panzerung 4 an der Schaufelspitze der Schaufel 1. Die Panzerung 4 ist durch eine Schicht gebildet, welche aus metallischen und keramischen Bestandteilen besteht. Die Darstellung der Fig. 2 bezüglich der Zusammensetzung in der Panzerung 4 ist rein schematisch und zeigt metallische Bestandteile 7 sowie keramische Bestandteile 8, die von einem keramischen Bindemittel stammen.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Panzerung 4 durch das Aufbringen und Brennen eines Schlickers hergestellt worden, wobei der Schlicker metallisches Pulver und ein Bindemittel umfasst. Das metallische Pulver des Schlickers, welcher zur Bildung der Panzerung 4 eingesetzt worden ist, ist in dem Ausführungsbeispiel aus einer FeCrAl - Legierung gebildet, die als Hauptbestandteile in dieser Reihenfolge Eisen, Chrom und Aluminium aufweist, wobei weitere Legierungsbestandteile enthalten sein können.
  • Die metallischen Partikel der FeCrAl - Legierung sind in dem Schlicker in einem keramischen Binder auf Basis von Polysilazan eingebettet, wobei das metallische Pulver 50 Vol.% und der Binder ebenfalls 50 Vol.% des Schlickers ausmachen.
  • Nach dem Auftragen des Schlickers durch Streichen oder Rollen bzw. Spritzen im Bereich der Schaufelspitze ist der Schlicker getrocknet worden und zwar für zwei Stunden an Luft bei Raumtemperatur. Nach der Trocknung ist der Schlicker gebrannt worden und zwar mittels einer lokalen Erwärmung der Schaufelspitze, die im Ausführungsbeispiel induktiv durchgeführt worden ist. Die Brennparameter sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Brenntemperatur von 650°C, einer Haltedauer von einer Stunde und einer umgebenden Inertgasatmosphäre gewählt worden. Durch die Pyrolyse sind die organischen Bestandteile des Bindemittels teilzersetzt worden, sodass sich als keramische Bestandteile der Panzerung 4 Siliziumcarbide, Siliziumnitride und Siliziumcarbonitride gebildet haben. In diese teilkeramische Matrix sind die FeCrAl - Partikel des metallischen Pulvers eingelagert und bilden zusammen mit der keramischen Matrix die Panzerung 4.
  • Nach dem Brennen ist die Schaufel 1 in eine Strömungsmaschine eingebaut worden und die Strömungsmaschine ist betrieben worden, um einen Einlaufprozess durchzuführen, bei dem sich aufgrund des dadurch erzeugten Wärmeeintrags eine Reaktionsschicht 5 zwischen der Panzerung 4 und dem Titan-Grundwerkstoff ausgebildet hat.
  • Der Einlaufprozess kann beispielsweise durch intervallartigen Betrieb der Strömungsmaschine mit unterschiedlichen Drehzahlen erfolgen. So können beispielsweise fünf bis zehn Intervalle bzw. Stufen des Betriebs bei Drehzahlen durchgeführt werden, die Relativgeschwindigkeiten der Schaufelspitze zu dem Anstreifbelag des umgebenden Gehäuses von 100 m/s, 120 m/s, 140 m/s, 160 m/s, 180 m/s und 200 m/s entsprechen. Zwischen jedem Betriebsintervall bzw. jede Betriebsstufe kann die Strömungsmaschine abgeschaltet werden und eine Betriebspause im Bereich von drei bis fünf Minuten einlegen, wobei die Maschine in den Zeiten zwischen den Betriebsintervallen auch im Leerlauf betrieben werden kann. Die Beschleunigung und Abbremsung kann mit Drehzahländerungen von 100 Umdrehungen/Minute pro Sekunde (RPM/s) erfolgen.
  • Die durch den Einlaufprozess erzeugte Reaktionszone 5 bewirkt eine Verbesserung der Haftung der Panzerung 4 auf dem Titan - Werkstoff 6 und trägt zudem dazu bei einen Titanbrand zu vermeiden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der Beschreibung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Schaufelpanzerung einer Schaufel einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel (1) zumindest teilweise aus einem Titan - Werkstoff gebildet ist und das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    Bereitstellung einer Schaufel mit dem Titan - Werkstoff;
    Bereitstellung eines Schlickers, welcher ein metallisches Pulver und ein Bindemittel umfasst,
    wobei das metallische Pulver aus einem Werkstoff gebildet ist, der M, Cr und Al umfasst,
    wobei M mindestens ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Fe, Ni und Co umfasst;
    Aufbringen des Schlickers auf dem Titan - Werkstoff in mindestens einem Teilbereich der Schaufel;
    Trocknen und/oder Brennen des Schlickers zu einer Panzerung (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verfahren zur Herstellung einer Spitzenpanzerung (4) an einer Laufschaufel (1) eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Titan - Werkstoff eine Ti - Basislegierung oder ein Werkstoff auf Basis von Titanaluminiden ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bindemittel ein keramischer Binder ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bindemittel ein Polysiloxan oder ein Polysilazan ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schlicker 20 Vol.% bis 70 Vol.%, insbesondere 40 Vol.% bis 60 Vol.%, vorzugsweise um 50 Vol.% metallisches Pulver und 80 Vol.% bis 30 Vol.%, insbesondere 60 Vol.% bis 40 Vol.%, vorzugsweise um 50 Vol.% Bindemittel umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das metallische Pulver Partikel mit mittleren Partikelgrößen oder absoluten Partikelgrößen im Bereich von 1 µm bis 50 µm, insbesondere 2 µm bis 5 µm aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aufbringen des Schlickers durch Spritzen, Streichen, Rollen und/oder Tauchen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Trocknung bei Raumtemperatur für 0,5 h bis 5 h, insbesondere 1 h bis 3 h, vorzugsweise 1 h bis 2 h an Luft erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Brennen des Schlickers durch lokale Erwärmung oder vollständiges Erhitzen der Schaufel erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pyrolyse bei Temperaturen von 450°C bis 750°C, insbesondere 600°C bis 700°C, vorzugsweise um 650°C für 0,5 h bis 2 h, vorzugsweise um 1 h an Inertgasatmosphäre erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Brennen ein Einlaufprozess erfolgt, bei dem die Schaufel (1) in der Strömungsmaschine für eine bestimmte Dauer und/oder mehrere Intervalle bei mindestens einer Drehzahl der Maschine den Betriebsbedingungen ausgesetzt wird, so dass sich zwischen Panzerung (4) und Titan - Werkstoff (6) eine Reaktionszone (5) ausbildet.
  13. Schaufel einer Strömungsmaschine mit einer Schaufelpanzerung, insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufel (1) aus einem Titan - Werkstoff gebildet ist und die Panzerung (4) zumindest in Teilbereichen der Schaufel auf dem Titan - Werkstoff angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Panzerung metallische (7) und keramische (8) Bestandteile umfasst, wobei die metallischen Bestandteile aus einem Werkstoff gebildet sind, der M, Cr und Al umfasst, wobei M mindestens ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Fe, Ni und Co umfasst, und wobei die keramischen Bestandteile Silizium - basierte keramische Verbindungen umfassen.
  14. Schaufel nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Silizium - basierten keramischen Verbindungen Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Sliziumnitrid und/oder Mischformen daraus umfassen.
  15. Schaufel nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der Panzerung (4) und dem Titan - Werkstoff (6) eine Reaktionszone (5) ausgebildet ist.
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