EP2851455A1 - Galvanisch hergestellte Verschleißschutzbeschichtung und Verfahren hierfür - Google Patents

Galvanisch hergestellte Verschleißschutzbeschichtung und Verfahren hierfür Download PDF

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EP2851455A1
EP2851455A1 EP14179103.8A EP14179103A EP2851455A1 EP 2851455 A1 EP2851455 A1 EP 2851455A1 EP 14179103 A EP14179103 A EP 14179103A EP 2851455 A1 EP2851455 A1 EP 2851455A1
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electrolyte
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hard material
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Definitions

  • the present invention relates to a galvanically produced wear protection coating and to a corresponding process for its production.
  • turbomachines such as stationary gas turbines or aircraft engines
  • certain components are exposed to high temperatures and aggressive media, which require appropriate protection of the components, for example by coatings.
  • coatings for example, it is known to provide components in turbomachinery with various coatings serving different purposes, such as hot gas corrosion protection coatings, wear protection coatings, and the like.
  • High-temperature wear protection layers usually include hard materials that can withstand wear.
  • Such high-temperature wear protection layers are applied according to the state of the art by build-up welding or thermal spraying.
  • thermal spraying or build-up welding not all component areas of a component for the application of a corresponding high-temperature wear protective layer accessible and by locally different thermal loads on the component during thermal spraying or build-up welding may lead to undesirable inhomogeneities in the wear protection layers or the underlying base material.
  • the corresponding method should enable a homogeneous wear protection coating with good adhesion to the component to be coated and be as simple and effective as possible.
  • the invention is based on the idea that a wear protection coating, which comprises hard material particles and / or lubricant particles, can be produced by a galvanic production method, wherein the hard material particles and / or lubricant particles can be dispersed in a corresponding electrolyte bath.
  • the invention builds on the fact that it is already known to deposit hot gas corrosion layers galvanically, as for example in the documents EP 0 424 863 A1 . DE 38 15 976 A1 and the US 4,895,625 A is described. Accordingly, a wear protection coating with an MCrAl matrix in which M stands for Co and / or Ni is proposed, in which hard material particles and / or lubricant particles are embedded in the matrix.
  • the hard material particles and / or lubricant particles may be contained together in a proportion of 5% by volume to 40% by volume, in particular 10% by volume to 30% by volume, in the wear protection coating and the matrix of the wear protection coating may be 15% by weight to 50% % By weight, in particular 20% by weight to 40% by weight cobalt and / or 15% by weight to 50% by weight, in particular 20% by weight to 40% by weight nickel, 10% by weight to 30% by weight, in particular from 10% by weight to 25% by weight of chromium and from 1% by weight to 10% by weight, in particular from 2% by weight to 8% by weight, of aluminum.
  • composition is of course always 100 wt.% Results, wherein the ingredients are to be selected within the specified ranges and possibly additional alloying ingredients must be added. If, for example, both cobalt and nickel are provided in the matrix of the anti-wear coating, then the maximum values of the specified ranges, ie in each case 50% by weight, can not be realized since at least 10% by weight of chromium and 1% by weight of aluminum must continue to be present , However, if, for example, only cobalt is contained in the matrix, then the cobalt content can be selected in the entire specified range, since in addition to the other specified constituents chromium and aluminum, additional alloying constituents may be present.
  • the following components can be used in suitable concentrations or amounts in the process for producing a wear-resistant coating described below.
  • an electrolyte which contains cobalt and / or nickel.
  • first particles are dispersed, wherein the first particles comprise hard material particles and / or Gleitstoffp
  • second particles are dispersed in the electrolyte, the second particles comprising metal alloy particles in which the metal alloy comprises chromium and aluminum.
  • the first particles serve to introduce the hard material particles and / or lubricant particles provided in the wear protection coating to be produced, while the second particles in the form of the metal alloy particles serve to form the MCrAl matrix together with the electrolytes containing cobalt and / or nickel.
  • a suitably prepared electrolyte, in which the first and second particles are dispersed, is used for the electrodeposition of a layer on a component to be coated.
  • the electrodeposited layer thus comprises a matrix of cobalt and / or nickel corresponding to the composition of the electrolyte as well as embedded first and second particles.
  • the electrodeposited coating can be subjected to a heat treatment in which the embedded metal alloy particles are dissolved and together with the deposited matrix of cobalt and / or nickel form a corresponding MCrAl matrix in which M is formed by cobalt and / or nickel.
  • the heat treatment may be carried out at a temperature of 950 ° C to 1200 ° C, in particular 1000 ° C to 1150 ° C for 2 to 20 hours, in particular between 5 and 15 hours.
  • the heat treatment can be carried out under vacuum, whereby the component and the electrodeposited layer can be homogeneously exposed together to the corresponding temperature.
  • a local heating of the electrodeposited layer by a surface heating can be made.
  • the cobalt and / or nickel-containing electrolyte for electrodeposition may include nickel sulfate and / or cobalt sulfate. Further, sodium chloride and / or boric acid may be present in the electrolyte.
  • the metal alloy of the metal alloy particles may be formed by CrAl, CrAlY, CrAlHf, CrAlYHf, CrAlTa, CrAlYTa, CrAlSi, MoCrSiAl, CrCoAl, CrNiAl, and alloys of chromium and aluminum containing at least one or more elements selected from yttrium, hafnium, tantalum, silicon , Molybdenum, nickel and cobalt.
  • the first and second particles, ie the hard material and / or lubricant particles, and the metal alloy particles may each be provided in the electrolyte in a proportion of 50 g / l to 300 g / l, preferably a total amount of particles in the range 300 g / l up to 400 g / l should not be exceeded.
  • the first particles may have a maximum or average particle size of less than or equal to 10 .mu.m, in particular between 1 .mu.m and 5 .mu.m, while the second particles may have a maximum or average particle size of less than or equal to 15 .mu.m, in particular between 1 .mu.m and 5 .mu.m.
  • the first particles in the form of hard material particles and / or lubricant particles may have a metallic shell, in particular a shell which comprises or is formed from nickel and / or cobalt, in order to introduce the hard material particles and / or lubricant particles in the galvanic process with dispersed electrolyte improve.
  • the first particles may include lubricant particles in the form of solid lubricants, particularly in the form of hexagonal boron nitride, to reduce wear through improved sliding movement of the coating with the wear components.
  • the first particles in the form of hard material particles can be formed by oxides, in particular chromium oxide or zirconium oxide, which protect the underlying component by its hardness and thus resistance to the wear partners.
  • the invention provides the possibility of creating a wear protection coating suitable for turbomachines with an MCrAl matrix with incorporated hard material particles and / or lubricant particles, which can be applied uniformly to a component even in hard-to-reach areas without undue, in particular inhomogeneous temperature loads.
  • the Fig. 1 shows an electrolyte 3 in an electrolyte bath in which first particles 1 and second particles 2 are dispersed.
  • the electrolyte is a mixture of cobalt sulfate, nickel sulfate, boric acid and sodium chloride, for example 240 g / l cobalt sulphate, 240 g / l nickel sulphate, 35 g / l boric acid and 20 g / l sodium chloride.
  • the ph value of the electrolyte is set between 4.5 and 4.7.
  • the first particles 1, which are dispersed in the electrolyte 3, are hard material particles and / or lubricant particles.
  • the hard material particles may be formed by oxides and in the present preferred embodiment, the hard material particles are formed by chromium oxide or zirconium oxide, which are added in the form of particles having average particle sizes of 5 microns in an amount of 100 g / l to the electrolyte.
  • the first particles are formed by lubricant particles formed by a solid lubricant such as hexagonal boron nitride. The lubricant particles are also dispersed in the electrolyte with an average particle size of 5 ⁇ m at a concentration of 100 g / l.
  • the second particles 2 contained in the electrolyte 3 are metal alloy particles containing at least chromium and aluminum, especially predominantly chromium and aluminum. Predominantly, this means that the sum of the proportions of chromium and aluminum form the largest alloying constituent of the metal alloy particles, in particular make up more than 50% by weight of the metal alloy of the metal alloy particles.
  • the second particles 2 can also be dispersed in the electrolyte 3 with an average particle size of 5 microns in an amount of 200 g / l.
  • the electrolyte is brought to a temperature of 30 ° C to 70 ° C and kept in motion by suitable stirrers or the like, so that the dispersed first and second particles 1, 2 are uniformly distributed in the electrolyte 3.
  • the Fig. 2 shows the electrolyte bath Fig. 1 in a galvanic deposition of a wear protection coating according to the invention on a component 4.
  • the component is connected as a cathode to a power supply 6, while an additional anode 5 is arranged in the electrolyte bath.
  • the Fig. 3 shows the component 4 with the deposited layer 7, which has a NiCo matrix with embedded first particles 1 and second particles 2.
  • the current density in the electrodeposition may be in the range of 1 to 10 A / dm 2 .
  • the deposited layer 7 is heat-treated together with the component 4 in a temperature range of 1000 to 1150 ° C. for 5 to 15 hours under vacuum, so that the second particles 2 are made of a CrAl alloy together with the CoNi matrix of the deposited ones Layer form a CoNiCrAl matrix in which hard material particles 9a of chromium and / or zirconium oxide and lubricant particles 9b of hexagonal boron nitride are present in the CoNiCrAl matrix in order to form the wear protection coating 10 on the component 4.
  • a CrAlY alloy is used for the second particles 2, then a CoNiCrAlY matrix 8 of the wear protection coating 10 is formed.
  • the first particles 1 are provided with a metal shell of nickel and / or cobalt, which in the heat treatment step between the 3 and 4 dissolves in the matrix 8, so that the hard material particles 9a and the Gleitstoffpelle 9b are present without surrounding casing in the wear-resistant coating 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verschleißschutzbeschichtung auf einem Bauteil, insbesondere einem Bauteil einer Strömungsmaschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Elektrolyten (3), der Co und/oder Ni enthält, Dispergieren von ersten Partikeln (1) in den Elektrolyten, wobei die ersten Partikel Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel umfassen, Dispergieren von zweiten Partikeln (2) in den Elektrolyten, wobei die zweiten Partikel Metalllegierungspartikel umfassen, bei denen die Metalllegierung Chrom und Aluminium aufweist, Bereitstellen des zu beschichtenden Bauteils (4) in einem Bad des Elektrolyten, der mit ersten und zweiten Partikeln dispergiert ist, und galvanisches Abscheiden einer Matrix aus Co und/oder Ni mit eingelagerten Metalllegierungspartikeln (2) und eingelagerten Hartstoffpartikeln und/oder Gleitstoffpartikeln (1) auf dem Bauteil. Außerdem betrifft die Erfindung eine entsprechend hergestellte Verschleißschutzbeschichtung.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine galvanisch hergestellte Verschleißschutzbeschichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zu ihrer Herstellung.
    • STAND DER TECHNIK
  • In Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken, werden bestimmte Bauteile hohen Temperaturen und aggressiven Medien ausgesetzt, die einen entsprechenden Schutz der Bauteile beispielsweise durch Beschichtungen erfordern. Entsprechend ist es bekannt, Bauteile in Strömungsmaschinen mit verschiedenen Beschichtungen zu versehen, die unterschiedlichen Zwecken dienen, wie beispielsweise Heißgaskorosionsschutzschichten, Verschleißschutzbeschichtungen und dergleichen.
  • Bekannte Hochtemperaturverschleißschutzschichten umfassen üblicherweise harte Materialien, die dem Verschleiß widerstehen können. Derartige Hochtemperaturverschleißschutzschichten werden nach dem Stand der Techni durch Auftragsschweißen oder thermisches Spritzen aufgebracht. Allerdings sind durch thermisches Spritzen oder Auftragsschweißen nicht alle Bauteilbereiche eines Bauteils für die Aufbringung einer entsprechenden Hochtemperaturverschleißschutzschicht zugänglich und durch örtlich unterschiedliche thermische Belastungen des Bauteils während des thermischen Spritzens oder Auftragsschweißens kann es zu unerwünschten Inhomogenitäten im Bereich der Verschleißschutzschichten oder des darunter liegenden Grundwerkstoffs kommen.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturverschleißschutzschicht, insbesondere für Bauteile von Strömungsmaschinen, sowie entsprechende Verschleißschutzschichten bereitzustellen, bei denen keine inhomogenen thermischen Belastungen des zu beschichtenden Bauteils erzeugt werden und insbesondere auch eine Beschichtung des Bauteils an schwer zugänglichen Bereichen ermöglicht wird. Darüber hinaus soll das entsprechende Verfahren eine homogene Verschleißschutzbeschichtung mit einer guten Haftfestigkeit am zu beschichtenden Bauteil ermöglichen und möglichst einfach und effektiv durchführbar sein.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verschleißschutzbeschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung geht aus von der Idee, dass eine Verschleißschutzbeschichtung, welche Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel umfasst, durch ein galvanisches Herstellungsverfahren erzeugt werden kann, wobei die Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel in einem entsprechenden Elektrolytbad dispergiert sein können. Die Erfindung baut hierbei darauf auf, dass es bereits bekannt ist, Heißgaskorrosionsschichten galvanisch abzuscheiden, wie dies beispielsweise in den Dokumenten EP 0 424 863 A1 , DE 38 15 976 A1 und der US 4,895,625 A beschrieben ist. Entsprechend wird eine Verschleißschutzbeschichtung mit einer MCrAl - Matrix, bei der M für Co und/oder Ni steht, vorgeschlagen, bei welcher in der Matrix Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel eingelagert sind.
  • Die Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel können zusammen in einem Anteil von 5 Vol.% bis 40 Vol.%, insbesondere 10 Vol.% bis 30 Vol.%, in der Verschleißschutzbeschichtung enthalten sein und die Matrix der Verschleißschutzbeschichtung kann 15 Gew.% bis 50 Gew.%, insbesondere 20 Gew.% bis 40 Gew.% Kobalt und/oder 15 Gew.% bis 50 Gew.%, insbesondere 20 Gew.% bis 40 Gew.% Nickel, 10 Gew.% bis 30 Gew.%, insbesondere 10 Gew.% bis 25 Gew.% Chrom und 1 Gew.% bis 10 Gew.%, insbesondere 2 Gew.% bis 8 Gew.% Aluminium beinhalten. Die Angaben für die Zusammensetzung sind hierbei so zu verstehen, dass die Zusammensetzung selbstverständlich immer 100 Gew.% ergibt, wobei die Bestandteile innerhalb der angegeben Bereiche zu wählen sind und eventuell weitere Legierungsbestandteile zugegeben werden müssen. Ist beispielsweise in der Matrix der Verschleißschutzbeschichtung sowohl Kobalt als auch Nickel vorgesehen, so können die Maximalwerte der angegebenen Bereiche, also jeweils 50 Gew.%, nicht verwirklicht werden, da weiterhin mindestens 10 Gew.% Chrom und 1 Gew.% Aluminium enthalten sein müssen. Ist jedoch beispielsweise lediglich Kobalt in der Matrix enthalten, so kann der Kobaltgehalt im gesamten angegebenen Bereich gewählt werden, da neben den weiteren angegebenen Bestandteilen Chrom und Aluminium zusätzliche Legierungsbestandteile enthalten sein können.
  • Um die jeweiligen Bestandteile der Verschleißschutzbeschichtung entsprechend zu erzielen, können bei dem nachfolgend angegebenen Verfahren zur Herstellung einer Verschleißschutzbeschichtung die entsprechenden Komponenten in geeigneten Konzentrationen oder Mengen eingesetzt werden.
  • Um die MCrAl - Matrix der gewünschten Verschleißschutzbeschichtung herzustellen, wird erfindungsgemäß ein Elektrolyt bereitgestellt, der Kobalt und/oder Nickel enthält. In diesem Elektrolyten werden erste Partikel dispergiert, wobei die ersten Partikel Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel umfassen. Darüber hinaus werden zweite Partikel in den Elektrolyten dispergiert, wobei die zweiten Partikel Metalllegierungspartikel umfassen, bei denen die Metalllegierung Chrom und Aluminium aufweist. Die ersten Partikel dienen zur Einbringung der in der zu erzeugenden Verschleißschutzbeschichtung vorgesehenen Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel, während die zweiten Partikel in Form der Metalllegierungspartikel zur Ausbildung der MCrAl-Matrix zusammen mit den Kobalt und/oder Nickel enthaltenden Elektrolyten dienen.
  • Ein entsprechend vorbereiteter Elektrolyt, in dem die ersten und zweiten Partikel dispergiert sind, wird zur galvanischen Abscheidung einer Schicht an einem zu beschichtenden Bauteil verwendet. Die galvanisch abgeschiedene Schicht umfasst folglich eine Matrix aus Kobalt und/oder Nickel entsprechend der Zusammensetzung des Elektrolyten sowie eingelagerte erste und zweite Partikel.
  • Die galvanisch abgeschiedene Beschichtung kann einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei der die eingelagerten Metalllegierungspartikel aufgelöst werden und zusammen mit der abgeschiedenen Matrix aus Kobalt und/oder Nickel eine entsprechende MCrAl - Matrix bilden, bei der M durch Kobalt und/oder Nickel gebildet ist.
  • Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 950°C bis 1200°C, insbesondere 1000°C bis 1150°C für 2 bis 20 Stunden, insbesondere zwischen 5 und 15 Stunden, durchgeführt werden.
  • Die Wärmebehandlung kann unter Vakuum erfolgen, wobei Bauteil und galvanisch abgeschiedene Schicht zusammen homogen der entsprechenden Temperatur ausgesetzt werden können. Alternativ kann auch eine lokale Erwärmung der galvanisch abgeschiedenen Schicht durch eine Oberflächenerwärmung vorgenommen werden.
  • Der Kobalt und/oder Nickel enthaltende Elektrolyt für die galvanische Abscheidung kann Nickelsulfat und/oder Kobaltsulfat umfassen. Ferner kann in dem Elektrolyt Natriumchlorid und/oder Borsäure vorhanden sein.
  • Die Metalllegierung der Metalllegierungspartikel kann durch CrAl, CrAlY, CrAlHf, CrAlYHf, CrAlTa, CrAlYTa, CrAlSi, MoCrSiAl, CrCoAl, CrNiAl und durch Legierungen mit Chrom und Aluminium gebildet sein, die mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Yttrium, Hafnium, Tantal, Silizium, Molybdän, Nickel und Kobalt umfassen.
  • Die ersten und zweiten Partikel, also die Hartstoff- und/oder Gleitstoffpartikel, sowie die Metalllegierungspartikel können jeweils mit einem Anteil von 50 g/l bis 300 g/l im Elektrolyt vorgesehen sein, wobei bevorzugt eine Gesamtmenge von Partikeln im Bereich 300 g/l bis 400 g/l nicht überschritten werden soll.
  • Die ersten Partikel können eine maximale oder durchschnittliche Partikelgröße kleiner oder gleich 10 µm, insbesondere zwischen 1 µm und 5 µm aufweisen, während die zweiten Partikel eine maximale oder durchschnittliche Partikelgröße kleiner oder gleich 15 µm, insbesondere zwischen 1 µm und 5 µm, aufweisen können.
  • Die ersten Partikel in Form von Hartstoffpartikeln und/oder Gleitstoffpartikeln können eine metallische Hülle aufweisen, insbesondere eine Hülle, die Nickel und/oder Kobalt umfasst oder aus diesen gebildet ist, um die Einbringung der Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel im galvanischen Prozess mit dispergiertem Elektrolyten zu verbessern.
  • Die ersten Partikel können Gleitstoffpartikel in Form von Festschmiermitteln, insbesondere in Form von hexagonalem Bornitrid, umfassen, um durch eine verbesserte gleitende Bewegung der Beschichtung mit den Verschleißpartnern den Verschleiß zu verringern.
  • Die ersten Partikel in Form von Hartstoffpartikeln können durch Oxide, insbesondere Chromoxid oder Zirkonoxid, gebildet sein, welche das darunter liegende Bauteil durch ihre Härte und damit Widerstandsfähigkeit gegenüber den Verschleißpartnern schützen.
  • Insgesamt ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit eine insbesondere für Strömungsmaschinen geeignete Verschleißschutzbeschichtung mit einer MCrAl - Matrix mit eingelagerten Hartstoffpartikeln und/oder Gleitstoffpartikeln zu schaffen, die ohne unzulässige, insbesondere inhomogene Temperaturbelastungen gleichmäßig an einem Bauteil auch an schwer zugänglichen Stellen aufgebracht werden kann.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • Fig. 1 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäß dispergierten Elektrolytbades;
    • Fig. 2 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäß dispergierten Elektrolytbades bei der galvanischen Abscheidung einer Schicht auf einem zu beschichtenden Bauteil;
    • Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Bauteil mit einer erfindungsgemäß abgeschiedenen Schicht; und in
    • Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Bauteil mit einer erfindungsgemäß abgeschiedenen Verschleißschutzbeschichtung nach einer Wärmebehandlung.
    AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Elektrolyten 3 in einem Elektrolytbad, in welchem erste Partikel 1 und zweite Partikel 2 dispergiert sind.
  • Bei dem Elektrolyten handelt es sich um ein Gemisch aus Kobaltsulfat, Nickelsulfat, Borsäure und Natriumchlorid, wobei beispielsweise 240 g/l Kobaltsulfat, 240 g/l Nickelsulfat, 35 g/l Borsäure und 20 g/l Natriumchlorid eingesetzt werden können. Der ph - Wert des Elektrolyten wird zwischen 4,5 und 4,7 eingestellt.
  • Die ersten Partikel 1, die in den Elektrolyten 3 dispergiert sind, sind Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel. Die Hartstoffpartikel können durch Oxide gebildet sein und bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Hartstoffpartikel durch Chromoxid oder Zirkonoxid gebildet, welche in Form von Partikel mit durchschnittlichen Partikelgrößen von 5 µm in einer Menge von 100 g/l dem Elektrolyten beigefügt werden. Darüber hinaus werden die ersten Partikel durch Gleitstoffpartikel gebildet, die durch einen Festschmierstoff, wie beispielsweise hexagonales Bornitrid gebildet sind. Die Gleitstoffpartikel werden ebenfalls mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5 µm mit einer Konzentration von 100 g/l in dem Elektrolyten dispergiert.
  • Die zweiten Partikel 2, die in dem Elektrolyten 3 enthalten sind, sind Metalllegierungspartikel, die zumindest Chrom und Aluminium, insbesondere überwiegend Chrom und Aluminium enthalten. Überwiegend bedeutet hierbei, dass die Summe der Anteile an Chrom und Aluminium den größten Legierungsbestandteil der Metalllegierungspartikel bilden, insbesondere mehr als 50 Gew.% der Metalllegierung der Metalllegierungspartikel ausmachen.
  • Die zweiten Partikel 2 können ebenfalls mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5 µm in einer Menge von 200 g/l in den Elektrolyten 3 dispergiert werden.
  • Der Elektrolyt wird auf eine Temperatur von 30°C bis 70°C gebracht und durch geeignete Rührgeräte oder dergleichen in Bewegung gehalten, sodass die dispergierten ersten und zweiten Partikel 1, 2 gleichmäßig verteilt im Elektrolyten 3 vorliegen.
  • Die Fig. 2 zeigt das Elektrolytbad aus Fig. 1 bei einer galvanischen Abscheidung einer erfindungsgemäßen Verschleißschutzbeschichtung auf einem Bauteil 4. Hierbei wird das Bauteil als Kathode an eine Stromversorgung 6 angeschlossen, während eine zusätzliche Anode 5 im Elektrolytbad angeordnet wird.
  • Die Fig. 3 zeigt das Bauteil 4 mit der abgeschiedenen Schicht 7, welche eine NiCo - Matrix mit eingelagertem ersten Partikeln 1 und zweiten Partikeln 2 aufweist. Die Stromdichte bei der galvanischen Abscheidung kann im Bereich von 1 bis 10 A/dm2 liegen.
  • Die abgeschiedene Schicht 7 wird zusammen mit dem Bauteil 4 einer Wärmebehandlung unterzogen und zwar in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1150°C für 5 bis 15 Stunden unter Vakuum, sodass die zweiten Partikel 2 aus einer CrAl - Legierung zusammen mit der CoNi - Matrix der abgeschiedenen Schicht eine CoNiCrAl - Matrix bilden, in der Hartstoffpartikel 9a aus Chrom - und/oder Zirkonoxid und Gleitstoffpartikel 9b aus hexagonalem Bornitrid in der CoNiCrAl - Matrix vorliegen, um die Verschleißschutzbeschichtung 10 auf dem Bauteil 4 zu bilden.
  • Wird beispielsweise für die zweiten Partikel 2 eine CrAlY - Legierung eingesetzt, so bildet sich eine CoNiCrAlY - Matrix 8 der Verschleißschutzbeschichtung 10 aus.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 sind die ersten Partikel 1 mit einer Metallhülle aus Nickel und/oder Kobalt versehen, welche sich beim Wärmebehandlungsschritt zwischen den Fig. 3 und 4 in der Matrix 8 auflöst, sodass die Hartstoffpartikel 9a und die Gleitstoffpartikel 9b ohne umgebende Hülle in der Verschleißschutzbeschichtung 10 vorliegen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, insbesondere bezüglich der eingesetzten Werkstoffe und der Verfahrensparameter, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Werkstoffe und Verfahrensparameter bzw. allgemein die Angaben im Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass andere Werkstoffe eingesetzt und unterschiedliche Verfahrensparameter verwendet werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere ist es möglich einzelne vorgestellte Merkmale wegzulassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen vorzunehmen ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Verschleißschutzbeschichtung (10) auf einem Bauteil, insbesondere einem Bauteil einer Strömungsmaschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Bereitstellen eines Elektrolyten (3), der Co und/oder Ni enthält,
    Dispergieren von ersten Partikeln (1) in den Elektrolyten, wobei die ersten Partikel Hartstoffpartikel und/oder Gleitstoffpartikel umfassen,
    Dispergieren von zweiten Partikeln (2) in den Elektrolyten, wobei die zweiten Partikel Metalllegierungspartikel umfassen, bei denen die Metalllegierung Chrom und Aluminium aufweist,
    Bereitstellen des zu beschichtenden Bauteils (4) in einem Bad des Elektrolyten, der mit ersten und zweiten Partikeln dispergiert ist, und
    galvanisches Abscheiden einer Matrix aus Co und/oder Ni mit eingelagerten Metalllegierungspartikeln (2) und eingelagerten Hartstoffpartikeln und/oder Gleitstoffpartikeln (1) auf dem Bauteil.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem galvanischen Abscheiden einer Matrix aus Co und/oder Ni mit eingelagerten Metalllegierungspartikeln und eingelagerten Hartstoffpartikeln und/oder Gleitstoffpartikeln auf dem Bauteil das Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 950°C bis 1200°C, insbesondere 1000°C bis 1150°C für 2 bis 20 h, insbesondere zwischen 5 und 15 h erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung unter Vakuum erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Elektrolyt (3) NiSO4 und/oder CoSO4 umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Elektrolyt (3) NaCl und/oder H3BO3 umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Metalllegierung der Metalllegierungspartikel (2) eine Zusammensetzung aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die CrAl, CrAlY, CrAlHf, CrAlYHf, CrAlTa, CrAlYTa, CrAlSi, MoCrSiAl, CrCoAl, CrNiAl und Legierungen mit Cr und Al umfasst, die mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Y, Hf, Ta, Si, Mo, Ni und Co umfassen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten und zweiten Partikel (1, 2) jeweils mit einem Anteil von 50 g/l bis 300 g/l im Elektrolyt vorgesehen sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten Partikel (1) eine maximale oder durchschnittliche Partikelgröße kleiner oder gleich 10 µm, insbesondere zwischen 1 µm und 5 µm aufweisen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweiten Partikel (2) eine maximale oder durchschnittliche Partikelgröße kleiner oder gleich 15 µm, insbesondere zwischen 1 µm und 5 µm aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten Partikel (1) eine metallische Hülle aufweisen, insbesondere eine Hülle, die Ni und/oder Co umfasst oder aus diesen gebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gleitstoffpartikel (1) Feststoffschmiermittel, insbesondere hexagonales Bornitrid umfassen.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hartstoffpartikel (1) Oxide, insbesondere Chromoxid oder Zirkonoxid umfassen.
  14. Verschleißschutzbeschichtung mit einer Matrix, die Co und/oder Ni sowie Cr und Al umfasst und in welche Hartstoffpartikel (9a) und/oder Gleitstoffparikel (9b) eingelagert sind, wobei die Verschleißschutzbeschichtung nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
  15. Verschleißschutzbeschichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hartstoffpartikel (9a) und/oder Gleitstoffpartikel (9b) mit einem Anteil von 5 Vol.% bis 40 Vol.%, insbesondere 10 Vol.% bis 30 Vol.% in der Verschleißschutzbeschichtung enthalten sind.
  16. Verschleißschutzbeschichtung nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Matrix (8) 15 Gew.% bis 50 Gew.%, insbesondere 20 Gew.% bis 40 Gew.% Co und/oder 15 Gew.% bis 50 Gew.%, insbesondere 20 Gew.% bis 40 Gew.% Ni, 10 Gew.% bis 30 Gew.%, insbesondere 10 Gew.% bis 25 Gew.% Cr und 1 Gew.% bis 10 Gew.%, insbesondere 2 Gew.% bis 8 Gew.% Al beinhaltet.
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