EP2913425A1 - Wärmedämmschicht mit Iridium-Rhodium-Legierung - Google Patents

Wärmedämmschicht mit Iridium-Rhodium-Legierung Download PDF

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EP2913425A1
EP2913425A1 EP14156882.4A EP14156882A EP2913425A1 EP 2913425 A1 EP2913425 A1 EP 2913425A1 EP 14156882 A EP14156882 A EP 14156882A EP 2913425 A1 EP2913425 A1 EP 2913425A1
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EP
European Patent Office
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layer
iridium
component
weight
alloy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14156882.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Artur Borto
Dawid Luczyniec
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer

Definitions

  • the present invention relates to a thermal barrier coating for a temperature-stressed component, in particular for a component of a turbomachine, with a bonding agent layer, an inner ceramic layer, a metallic barrier layer and an outer ceramic layer.
  • TBC thermal barrier coating on temperature-loaded components, wherein the thermal barrier coatings are usually formed of ceramic materials and protect the arranged below the thermal barrier coating components from excessive temperature stress.
  • the thermal barrier coatings are part of a protective layer system which has further layers in order to protect the protected by the protective layer system component, for example, from oxidation attack.
  • thermal barrier coatings it is known in connection with thermal barrier coatings to provide so-called primer layers, which on the one hand enable good adhesion of the thermal barrier coating on the component to be protected and on the other hand provide oxidation protection for the component.
  • primer layers which on the one hand enable good adhesion of the thermal barrier coating on the component to be protected and on the other hand provide oxidation protection for the component.
  • contaminating substances can lead to chemical and mechanical interactions with the protective layer system and, in particular, the thermal barrier coating, which leads to a Damage to the protective layer system and thus the component can lead.
  • the thermal barrier coating For example, calcium oxides, magnesium oxides, aluminum oxides, silicon oxides and mixtures thereof, for example, in appropriate environmental conditions by penetrating sand into the turbomachine, which melt at high temperatures and can penetrate into the thermal barrier coating.
  • the so-called CMAS oxides namely calcium, magnesium, aluminum and silicon oxides, can solidify there again after penetration into the thermal barrier coating and cause cracks and spalling during the solidification process.
  • the molten CMAS oxides can also react with the thermal barrier coating, thereby damaging it.
  • the protective layers comprise a barrier layer of ceramic or metallic layers and a sacrificial sacrificial layer which is intended to react with the CMAS compounds to increase the melting temperature and viscosity.
  • the sacrificial sacrificial layer may include alumina, magnesia, chromia, calcia, scandia, calcia, silica, and the like, while the barrier layer includes oxide and non-oxide ceramics and metallic layers including platinum, palladium, silver, gold, ruthenium, rhodium, iridium, and alloys may comprise thereof.
  • thermal barrier coating system for a temperature-loaded component, in particular a component of a turbomachine, which provides effective protection of the component from high temperatures in aggressive environments with a long life, in particular damage to the thermal barrier coating system avoided by so-called CMAS - oxides or at least reduced.
  • the thermal barrier coating system should be simple and easy to manufacture.
  • the invention proposes to provide a heat-insulating protective layer system for a temperature-stressed component, which has an adhesion-promoting layer, an inner ceramic layer, a metallic barrier layer and an outer ceramic layer.
  • the bonding agent layer and the metallic barrier layer are each to be formed from an iridium-rhodium alloy.
  • Iridium - rhodium alloys have been shown to be heat - resistant alloys, which are able to cope with the aggressive environmental conditions for sufficient oxidation resistance and corrosion resistance both within the thermal barrier coating system as barrier layer and as adhesion promoter layer, as well as the thermal barrier coating system per se and its adhesion to a substrate with respect to thermal expansion coefficient and mechanical requirements can stabilize.
  • the iridium-rhodium alloy both as a primer layer and as a metallic barrier layer, chemical stability and diffusion stability are also improved.
  • the adhesion promoter layer and the barrier layer may be formed of identical materials.
  • the iridium-rhodium alloy may contain 89% by weight to 99% by weight, in particular 92% by weight to 96% by weight, of iridium and 1% by weight to 11% by weight, in particular 4% by weight to 8% by weight, of rhodium exhibit.
  • the iridium - rhodium alloy may comprise nickel, cobalt, niobium, aluminum and zirconium as alloy constituents.
  • a third or further alloying element such as nickel, cobalt, niobium, aluminum or zirconium, replaces iridium and / or rhodium in the alloy, so that the total alloy, of course, does not have more than 100% by weight.
  • the adhesion promoter layer may be present in a thickness of 10 ⁇ m to 80 ⁇ m, preferably in the range of 40 ⁇ m to 60 ⁇ m, in particular by 50 ⁇ m.
  • the adhesion promoter layer can be formed on a corresponding component by physical vapor deposition (PVD), in particular electron beam physical vapor deposition (EBPVD), or by chemical vapor deposition (Chemical Vapor deposition CVD) or by plasma spraying, in particular low pressure plasma spraying (LPPS).
  • PVD physical vapor deposition
  • EBPVD electron beam physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPPS low pressure plasma spraying
  • the primer layer is an inner ceramic layer which may comprise yttria stabilized zirconia and / or magnesia stabilized zirconia.
  • the proportion of yttria-stabilized zirconia may range from 70% to 90% by weight
  • the proportion of magnesium oxide-stabilized zirconia may be in the range of 10% by weight. can be up to 30% by weight.
  • the magnesia stabilized zirconia may again have magnesia in the range of from 3 wt% to 6 wt% and not less than 94 wt% zirconia.
  • the yttria-stabilized zirconia may have yttria in the range of 6 wt% to 12 wt% and zirconia in the range of 88 wt% to 94 wt%.
  • the layer thickness of the inner ceramic layer may be in the range of 100 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably in the range of 150 ⁇ m.
  • the deposition of the inner ceramic layer can be effected by physical vapor deposition, in particular by electron beam physical vapor deposition (EBPVD).
  • the iridium-rhodium alloy barrier layer can have a layer thickness in the range from 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably in the region of 30 ⁇ m, and can also be applied by electron beam vapor deposition or by chemical vapor deposition.
  • the metallic barrier layer prevents the inner ceramic layer from being infiltrated with CMAS oxide reaction products of the outer ceramic layer reaction products and thus damaged.
  • the outer ceramic layer which is also referred to as a sacrificial layer, may comprise alumina and / or scandium oxide and / or silicon oxide.
  • the proportion of aluminum oxide in the range of 60 wt.% To 90 wt.%, The proportion of scandium oxide in the range of 5 wt.% To 20 wt.% And the proportion of silica in the range of 5 wt.% To 20 wt .% lie.
  • the layer thickness of the outer ceramic layer can be in the range of 5 ⁇ m to 40 ⁇ m, preferably in the range of 20 ⁇ m, and the layer can be applied by electron beam vapor deposition or by chemical vapor deposition.
  • the outer ceramic layer which serves as the sacrificial layer, may react with molten CMAS compounds or other contaminants or compounds during operation of a perturbation machine, thereby increasing the melting point and / or viscosity of the contaminants so that no reactive, liquid mixtures may result that could cause further damage.
  • a corresponding heat-insulating protective layer system can preferably be applied to components which are formed from a nickel-cobalt alloy.
  • the corresponding component may be formed of a nickel-based superalloy or cobalt-based superalloy.
  • a nickel alloy in this case means that it is an alloy with the main component nickel, while the term of the superalloy describes alloys which are familiar to the person skilled in the art and which have a particularly high strength due to special curing mechanisms at high temperatures. The same applies to cobalt alloys or cobalt base superalloys.
  • FIG. 1 shows an example of a component of a turbomachine, which can be provided with a heat insulation protective layer system according to the invention.
  • the exemplary component is a blade 1 with an airfoil 2 and a blade root 3, which comprises an inner shroud 4.
  • the thermal barrier coating according to the present invention can be arranged, for example, on the blade 2.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a heat insulation protective layer system according to the invention, as it may be arranged for example on the blade 1 of Figure 1.
  • an adhesion promoter layer 11 which may also be referred to as a bonding layer, is arranged on a corresponding substrate 10.
  • an inner ceramic layer 12 is provided, on which a metallic barrier layer 13 is located in the outward direction.
  • the conclusion of the thermal barrier coating system according to the invention forms the outer ceramic layer 14, which is also referred to as a sacrificial layer.
  • the adhesion promoter layer 11 is formed from an iridium-rhodium alloy.
  • the inner ceramic layer 12 comprises yttria stabilized zirconia and magnesia stabilized zirconia blended together.
  • the metallic barrier layer in turn, like the adhesion promoter layer, consists of an iridium-rhodium alloy, while the sacrificial layer 14 consists of a mixture of aluminum oxide, scandium oxide and silicon oxide.
  • Adhesion promoter layer 11 and barrier layer 13 consist of the same iridium-rhodium alloy, each containing from 89% by weight to 99% by weight of iridium and from 1% by weight to 11% by weight of rhodium and at least one element from the group comprising nickel, cobalt, niobium, aluminum and zirconium. Since the total content of the alloy can not exceed 100% by weight, it should be understood that the additional alloying constituents present besides iridium and rhodium are included in the alloy instead of corresponding proportions of iridium and rhodium.
  • the proportion of iridium may be between 89% by weight and 97% by weight, while the rhodium content may be between 1% by weight and 9% by weight.
  • the proportions of iridium and rhodium should be adjusted accordingly.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmedämmschutzschichtsystem für ein temperaturbelastetes Bauteil, insbesondere für eine Komponente einer Strömungsmaschine mit einer Haftvermittlerschicht (11), einer inneren Keramikschicht (12), einer metallischen Barriereschicht (13) und einer äußeren Keramikschicht (14), wobei die Haftvermittlerschicht (11) und die metallische Barriereschicht (13) jeweils aus einer Iridium - Rhodium - Legierung gebildet sind.

Description

    HINTERGRUND ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmedämmschicht für ein temperaturbelastetes Bauteil, insbesondere für eine Komponente einer Strömungsmaschine, mit einer Haftvermittlerschicht, einer inneren Keramikschicht, einer metallischen Barriereschicht und einer äußeren Keramikschicht.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bei Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken, werden bestimmte Bauteile, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, hohen Temperaturen und widrigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, sodass die Bauteile durch entsprechende Schutzschichten geschützt werden müssen. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, so genannte Wärmedämmschichten (TBC thermal barrier coating) auf temperaturbelasteten Bauteilen vorzusehen, wobei die Wärmedämmschichten üblicherweise aus keramischen Materialien gebildet sind und die unterhalb der Wärmedämmschicht angeordneten Bauteile vor zu hoher Temperaturbelastung schützen.
  • Üblicherweise sind die Wärmedämmschichten Teil eines Schutzschichtsystems, welches weitere Schichten aufweist, um das mit dem Schutzschichtsystem geschützte Bauteil beispielsweise vor Oxidationsangriff zu schützen. Entsprechend ist es bekannt im Zusammenhang mit Wärmedämmschichten sogenannte Haftvermittlerschichten vorzusehen, die einerseits eine gute Haftung der Wärmedämmschicht auf dem zu schützenden Bauteil ermöglichen und andererseits einen Oxidationsschutz für das Bauteil bereitstellen. Beispielsweise wird als Wärmedämmschichte mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkonoxid eingesetzt, während die Haftvermittlerschicht durch so genannte MCrAlY - Legierungen mit M = Eisen, Nickel oder Kobalt gebildet sein können.
  • Allerdings kann es trotz der Haftvermittlerschicht auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Schichten und des Bauteils und der extremen Umgebungsbedingungen mit Erosion und dergleichen zu Beschädigungen des Schutzschichtsystems mit Abplatzungen, Rissbildung oder ähnlichem kommen, die zu einer Beschädigung des Bauteils führen können.
  • Insbesondere bestehen bei Flugzeugtriebwerken, die in unterschiedlichen Umgebungen mit vielen verschiedenartigen Betriebsbedingungen betrieben werden, derartige Probleme. So kann es beispielsweise durch kontaminierende Substanzen zu chemischen und mechanischen Interaktionen mit dem Schutzschichtsystem und insbesondere der Wärmedämmschicht kommen, die zu einer Beschädigung des Schutzschichtsystems und somit des Bauteils führen können. So können beispielsweise Kalziumoxide, Magnesiumoxide, Aluminiumoxide, Siliziumoxide und Mischungen davon beispielsweise bei entsprechenden Umgebungsbedingungen durch das Eindringen von Sand in die Strömungsmaschine gelangen, welche bei den hohen Temperaturen schmelzen und in die Wärmedämmschicht eindringen können. Die sogenannten CMAS - Oxide, nämlich Kalzium -, Magnesium -, Aluminium - und Siliziumoxide, können nach dem Eindringen in die Wärmedämmschicht dort wieder erstarren und beim Erstarrungsprozess Risse und Abplatzungen verursachen. Darüber hinaus können die geschmolzenen CMAS - Oxide auch mit der Wärmedämmschicht reagieren und dieses dadurch beschädigen.
  • Um dieses Problem zu beseitigen wird in der US 5,914,189 A vorgeschlagen, verschiedene Schutzschichten vorzusehen, die eine Beschädigung der Wärmedämmschicht durch sogenannte CMAS - Oxide verhindern sollen. Die Schutzschichten umfassen eine Barriereschicht aus keramischen oder metallischen Schichten und eine oxidische Opferschicht, die mit den CMAS - Verbindungen reagieren soll, um die Schmelztemperatur und die Viskosität zu erhöhen. Die oxidische Opferschicht kann hierbei Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Chromoxid, Kalziumoxid, Scandiumoxid, Kalziumzirkonat, Siliziumoxid und dergleichen umfassen, während die Barriereschicht oxidische und nicht oxidische Keramiken sowie metallische Schichten, die Platin, Palladium, Silber, Gold, Ruthenium, Rhodium, Iridium und Legierungen davon umfassen können, aufweisen kann.
  • Gleichwohl besteht weiterhin Bedarf an einem Schutzschichtsystem, welches für temperaturbelastete Bauteile in Strömungsmaschinen, wie Flugzeugtriebwerken, bei aggressiven Umgebungsbedingungen einen ausgewogenen Schutz bietet und eine möglichst lange Lebensdauer aufweist.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wärmedämmschutzschichtsystem für ein temperaturbelastetes Bauteil, insbesondere einer Komponente einer Strömungsmaschine bereitzustellen, welches einen effektiven Schutz des Bauteils vor hohen Temperaturen bei aggressiven Umgebungen mit einer hohen Lebensdauer bereitstellt, wobei insbesondere Beschädigungen des Wärmedämmschichtsystems durch sogenannte CMAS - Oxide vermieden oder zumindest verringert werden sollen. Gleichzeitig soll das Wärmedämmschichtsystem einfach aufgebaut und einfach herstellbar sein.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmedämmschutzschichtsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt vor, ein Wärmedämmschutzschichtsystem für ein temperaturbelastetes Bauteil vorzusehen, welches eine Haftvermittlerschicht, eine innere Keramikschicht, eine metallische Barriereschicht und eine äußere Keramikschicht aufweist. Die Haftvermittlerschicht und die metallische Barriereschicht sollen jeweils aus einer Iridium - Rhodium - Legierung gebildet werden. Iridium - Rhodium - Legierungen haben sich als hitzebeständige Legierungen gezeigt, die sowohl innerhalb des Wärmedämmschutzschichtsystems als Barriereschicht als auch als Haftvermittlerschicht den aggressiven Umgebungsbedingungen hinsichtlich einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit gewachsen sind als auch das Wärmedämmschutzschichtsystem an sich und dessen Haftung auf einem Substrat im Hinblick auf die thermischen Ausdehnungskoeffizienten und mechanischen Anforderungen stabilisieren kann. Durch das Vorsehen der Iridium - Rhodium - Legierung sowohl als Haftvermittlerschicht als auch als metallische Barriereschicht werden auch die chemische Stabilität und die Diffusionsstabilität verbessert.
  • Insbesondere können die Haftvermittlerschicht und die Barriereschicht aus identischen Materialien gebildet sein.
  • Die Iridium - Rhodium - Legierung kann 89 Gew.% bis 99 Gew.%, insbesondere 92 Gew.% bis 96 Gew.% Iridium und 1 Gew.% bis 11 Gew.%, insbesondere 4 Gew.% bis 8 Gew.% Rhodium aufweisen.
  • Neben Iridium und Rhodium kann die Iridium - Rhodium - Legierung als Legierungsbestandteile Nickel, Kobalt, Niob, Aluminium und Zirkon umfassen. Ein drittes oder weiteres Legierungselement, wie Nickel, Kobalt, Niob, Aluminium oder Zirkon ersetzt in der Legierung Iridium und/oder Rhodium, sodass die Legierung insgesamt selbstverständlich nicht mehr als 100 Gew.% aufweist. Entsprechend ergibt sich für die weiteren Legierungsbestandteile aus Nickel, Kobalt, Niob, Aluminium und/oder Zirkon ein maximaler Gesamtanteil von 10 Gew.%, sodass in diesem Fall beispielsweise der Rhodiumanteil 1 Gew.% beträgt, während der Iridiumanteil 89 Gew.% beträgt.
  • Die Haftvermittlerschicht kann in einer Dicke von 10 µm bis 80 µm, vorzugsweise im Bereich von 40 µm bis 60 µm, insbesondere um 50 µm vorliegen.
  • Die Haftvermittlerschicht kann auf einem entsprechenden Bauteil durch physikalische Dampfphasenabscheidung (physical vapor deposition PVD), insbesondere Elektronenstrahl - Dampfphasenabscheidung (Electron Beam Physical Vapor Deposition EBPVD), oder durch chemische Dampfphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition CVD) oder durch Plasmaspritzen, insbesondere Niederdruckplasmaspritzen (Low Pressure Plasma Spraying LPPS)aufgebracht werden.
  • Wie bereits erwähnt, liegt oberhalb der Haftvermittlerschicht eine innere Keramikschicht vor, die mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkonoxid und/oder mit Magnesiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid umfassen kann. Insbesondere kann der Anteil an mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkonoxid (Yttria Stabilized Zirkonia YSZ) im Bereich von 70 Gew.% bis 90 Gew.% liegen, während der Anteil an mit Magnesiumoxid stabilisiertem Zirkonoxid (Magnesia Stabilized Zirkonia MSZ) im Bereich von 10 Gew.% bis 30 Gew.% liegen kann.
  • Das mit Magnesiumoxid stabilisierte Zirkonoxid kann wiederum Magnesiumoxid im Bereich von 3 Gew.% bis 6 Gew.% und nicht weniger als 94 Gew.% Zirkonoxid aufweisen. Das mit Yttriumoxid stabilisierte Zirkonoxid kann Yttriumoxid im Bereich von 6 Gew.% bis 12 Gew.% und Zirkonoxid im Bereich von 88 Gew.% bis 94 Gew.% aufweisen.
  • Die Schichtdicke der inneren Keramikschicht kann im Bereich von 100 µm bis 200 µm, vorzugsweise im Bereich von 150 µm liegen. Die Abscheidung der inneren Keramikschicht kann durch physikalische Dampfabscheidung, insbesondere durch Elektronenstrahl - Dampfphasenabscheidung (Electron Beam Physical Vapor Deposition EBPVD) erfolgen.
  • Die Barriereschicht aus der Iridium - Rhodium - Legierung kann eine Schichtdicke im Bereich von 10 µm bis 50 µm vorzugsweise im Bereich von 30 µm aufweisen und ebenfalls durch Elektronenstrahl - Dampfphasenabscheidung oder durch chemische Dampfphasenabscheidung aufgebracht werden. Die metallische Barriereschicht verhindert, dass die innere Keramikschicht von Reaktionsprodukten der äußeren Keramikschicht mit CMAS - Oxiden infiltriert und somit beschädigt wird.
  • Die äußere Keramikschicht, die auch als Opferschicht bezeichnet wird, kann Aluminiumoxid und/oder Scandiumoxid und/oder Siliziumoxid umfassen. Insbesondere kann der Anteil an Aluminiumoxid im Bereich von 60 Gew.% bis 90 Gew.%, der Anteil an Scandiumoxid im Bereich von 5 Gew.% bis 20 Gew.% und der Anteil an Siliziumoxid im Bereich von 5 Gew.% bis 20 Gew.% liegen. Die Schichtdicke der äußeren Keramikschicht kann im Bereich von 5 µm bis 40 µm, vorzugsweise im Bereich von 20 µm liegen, und die Schicht kann durch Elektronenstrahl - Dampfphasenabscheidung oder durch chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden. Die äußere Keramikschicht, die als Opferschicht dient, kann mit geschmolzenen CMAS - Verbindungen oder anderen Verunreinigungen bzw. entsprechenden Verbindungen während des Betriebs einer Störungsmaschine reagieren, wodurch der Schmelzpunkt und/oder die Viskosität der Kontaminationsprodukte erhöht wird, sodass keine reaktiven, flüssigen Gemenge entstehen können, die weitere Schädigungen hervorrufen könnten.
  • Ein entsprechendes Wärmedämmschutzschichtsystem kann vorzugsweise auf Bauteilen aufgebracht werden, die aus einer Nickel - Kobalt - Legierung gebildet sind. Insbesondere kann das entsprechende Bauteil aus einer Nickelbasis - Superlegierung oder Kobaltbasis - Superlegierung gebildet sein. Eine Nickellegierung bedeutet hierbei, dass es sich um eine Legierung mit dem Hauptbestandteil Nickel handelt, während der Begriff der Superlegierung für den Fachmann geläufige Legierungen beschreibt, die auf Grund besonderer Härtungsmechanismen bei hohen Temperaturen eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Entsprechendes gilt für Kobaltlegierungen bzw. Kobaltbasis - Superlegierungen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • Figur 1
    eine perspektivische Darstellung einer Schaufel einer Strömungsmaschine; und in
    Figur 2
    eine teilweise Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Wärmedämmschutzschichtsystem.
    AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der folgenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Die Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Bauteils einer Strömungsmaschine, das mit einem erfindungsgemäßen Wärmedämmschutzschichtsystem versehen werden kann. Bei dem beispielhaften Bauteil handelt es sich um eine Schaufel 1 mit einem Schaufelblatt 2 und einem Schaufelfuß 3, welcher ein inneres Deckband 4 umfasst. Die Wärmedämmschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf dem Schaufelblatt 2 angeordnet sein.
  • Die Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärmedämmschutzschichtsystems, wie es beispielsweise auf der Schaufel 1 der Figur 1 angeordnet sein kann.
  • Auf einem entsprechenden Substrat 10 ist eine Haftvermittlerschicht 11, die auch als Bondschicht bezeichnet werden kann, angeordnet. Auf dieser ist eine innere Keramikschicht 12 vorgesehen, auf der sich in Richtung nach außen eine metallische Barriereschicht 13 befindet. Den Abschluss des erfindungsgemäßen Wärmedämmschutzschichtsystems bildet die äußere Keramikschicht 14, die auch als Opferschicht bezeichnet wird.
  • Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Haftvermittlerschicht 11 aus einer Iridium - Rhodium - Legierung gebildet. Die innere Keramikschicht 12 umfasst mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkonoxid sowie mit Magnesiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid, die miteinander vermengt sind.
  • Die metallische Barriereschicht besteht wiederum wie die Haftvermittlerschicht aus einer Iridium - Rhodium - Legierung, während die Opferschicht 14 aus einer Mischung aus Aluminiumoxid, Scandiumoxid und Siliziumoxid besteht.
  • Die Haftvermittlerschicht 11 und die Barriereschicht 13 bestehen aus der selben Iridium - Rhodium - Legierung, die jeweils einen Anteil von 89 Gew.% bis 99 Gew.% Iridium und 1 Gew.% bis 11 Gew.% Rhodium sowie mindestens ein Element aus der Gruppe umfasst, die Nickel, Kobalt, Niob, Aluminium und Zirkonium aufweist. Da der Gesamtanteil der Legierung 100 Gew.% nicht übersteigen kann, versteht sich, dass die zusätzliche Legierungsbestandteile, die neben Iridium und Rhodium vorliegen, anstelle entsprechender Anteile von Iridium und Rhodium in der Legierung enthalten sind. So kann beispielsweise bei einem Anteil von 2 Gew.% eines dritten oder weiteren Legierungsbestandteils der Iridium - Anteil zwischen 89 Gew.% und 97 Gew.% liegen, während der Rhodium - Anteil zwischen 1 Gew.% und 9 Gew.% liegen kann. Bei höheren oder niedrigeren Anteilen der dritten oder weiteren Legierungskomponente sind die Anteile an Iridium und Rhodium entsprechend anzupassen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.

Claims (8)

  1. Wärmedämmschutzschichtsystem für ein temperaturbelastetes Bauteil, insbesondere für eine Komponente einer Strömungsmaschine mit einer Haftvermittlerschicht (11), einer inneren Keramikschicht (12), einer metallischen Barriereschicht (13) und einer äußeren Keramikschicht (14),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Haftvermittlerschicht (11) und die metallische Barriereschicht (13) jeweils aus einer Iridium - Rhodium - Legierung gebildet sind.
  2. Wärmedämmschutzschichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Haftvermittlerschicht (11) und die metallische Barriereschicht (13) aus identischen Materialien gebildet sind.
  3. Wärmedämmschutzschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Iridium - Rhodium - Legierung 89 bis 99 Gew.%, insbesondere 92 bis 96 Gew.% Iridium und 1 bis 11 Gew.%, insbesondere 4 bis 8 Gew.% Rhodium aufweist.
  4. Wärmedämmschutzschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Iridium - Rhodium - Legierung als Legierungsbestandteil mindestens ein Element aus der Gruppe aufweist, die Nickel, Kobalt, Niob, Aluminium und Zirkon umfasst.
  5. Wärmedämmschutzschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die innere Keramikschicht (12) mit Yttriumoxid und/oder Magnesiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid umfasst.
  6. Wärmedämmschutzschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die äußere Keramikschicht (14) eine Opferschicht ist, die Aluminiumoxid und/oder Scandiumoxid und/oder Siliziumoxid umfasst.
  7. Bauteil einer Strömungsmaschine mit einer Wärmedämmschutzschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Bauteil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil (1) aus einer Nickel - oder Kobaltlegierung, insbesondere einer Nickelbasis - Superlegierung oder Kobaltbasis - Superlegierung gebildet ist.
EP14156882.4A 2014-02-26 2014-02-26 Wärmedämmschicht mit Iridium-Rhodium-Legierung Withdrawn EP2913425A1 (de)

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