EP4791914A1 - Partielle wiederbeschichtung eines keramischen schichtsystems und keramisches schichtsystem - Google Patents

Partielle wiederbeschichtung eines keramischen schichtsystems und keramisches schichtsystem

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EP4791914A1
EP4791914A1 EP24805133.6A EP24805133A EP4791914A1 EP 4791914 A1 EP4791914 A1 EP 4791914A1 EP 24805133 A EP24805133 A EP 24805133A EP 4791914 A1 EP4791914 A1 EP 4791914A1
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ceramic layer
ceramic
layer
layer system
depression
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Georg Bostanjoglo
Arturo Flores Renteria
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems (1), bei dem zuerst eine Mulde (16) in einem keramischen Schichtsystem (1) mittels eines Entschichtungsverfahrens erzeugt wird, wobei lokal eine keramische Beschichtung komplett und eine metallische Beschichtung lokal zumindest teilweise entfernt wird, wobei dann eine metallische Haftvermittlerschicht (7) aufgebracht wird, wobei vorzugsweise ein Schutz (19) um die Mulde (16) verwendet wird, und nach der vollständigen Aufbringung oder Reparatur der metallischen Haftvermittlerschicht (7') eine Abschrägung innerhalb der Mulde (16) in seinen Randbereichen erzeugt wird, indem Material der keramische Schicht (10) um die Mulde (16) stufenweise abgetragen wird, und dann am letzten Schritt neues keramische Material (31) in die modifizierte Mulde (16') aufgebracht wird.

Description

Partielle Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems und keramisches Schichtsystem
Die Erfindung betri f ft die teilweise , erneute Beschichtung eines keramischen Schichtsystems und ein keramisches Schichtsystem .
Keramische Schichtsysteme aufweisend ein metallisches Substrat mit zumindest einer keramischen Schicht als Schutz gegen hohe Temperaturen und oder Korrosion sind bekannt und werden in der chemischen Industrie , in Öfen wie auch bei Turbinen, insbesondere Gasturbinen eingesetzt .
Eine beispielhafte keramische Schicht ist in der EP 1 707 653 Bl of fenbart .
Aufgrund eines einsatzbedingten Verschleißes ist manchmal lediglich eine lokale Abnutzung einer keramischen Schicht vorhanden .
Die Vorgehensweise nach dem Stand der Technik besteht darin, das komplette Bauteil zu entrichten und komplett neu zu beschichteten . Insbesondere bei Schichtsystemen, die aus einer metallischen Unterschicht und einer keramische Oberschicht bestehen, ist es mehr Aufwand diese Schichten aus Metall und Keramik komplett zu entfernen und wieder komplett auf zubringen .
Metallische und keramische Schichten werden durch Sprühverfahren aufgetragen .
Die US 6 , 274 , 193 Bl of fenbart eine Reparatur, bei der die metallische Beschichtung eindi f fundiert wird .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen . Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein keramisches Schichtsystem nach Anspruch 4 .
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet , die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen .
Es zeigen die Figuren 1 , 6 ein keramisches Sichtsystem und ein Verfahren ist schematisch in den Figuren 2 bis 5 gezeigt .
Ein keramisches Schichtsystem 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt .
Das keramische Schichtsystem 1 weist zumindest auf : ein metallisches Substrat 4 , das bei Turbinenbauteilen eine Nickel- oder Kobalt- basierte Superlegierung darstellt .
Zur besseren Anbindung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoef fi zienten von Metall und Keramik ist eine metallische Haftvermittlerschicht 7 vorhanden, die im Einsatz eine Oxidschicht ( TGO) bildet , die zur Anbindung einer keramischen Schicht 10 dient .
Die metallische Haftvermittlerschicht 7 basiert vorzugsweise auf einer NiCoCrAlY Legierung .
Die metallische Haftvermittlerschicht 7 stellt vorzugsweise eine Uberzugsbeschichtung dar, also keine reine Di f fusionsschicht .
Die keramische Schicht 10 kann einlagig oder zweilagig ausgebildet sein, d . h . verschiedene Materialien in einem Zweischichtsystem aufweisen .
Beispiele dafür sind eine unterliegende keramische Schicht aus teilstabilisierten Zirkonoxid PSZ wie 7YSZ und eine oben liegende keramische Schicht aus vollstabilisierten Zirkonoxid FSZ wie 20YSZ .
Aufgrund des Verschleißes ist lokal die Schichtdicke der TBC verringert worden oder nicht mehr vorhanden (nicht dargestellt ) . Daher wird mittels eines Entschichtungsverf ährens , insbesondere mittels eines Lasers 13 , die keramische Schicht 10 lokal entfernt ( Fig . 2 ) .
Ebenfalls vorzugsweise wird die metallische Haftvermittlerschicht 7 lokal entfernt ( Fig . 2 ) .
Wasserstrahlentfernung mit/ohne abrasiven Material oder andere Verfahren wie Laserbestrahlung oder im Wasserstrahl geführte Laserstrahlen können ebenfalls angewendet werden .
Vorzugsweise wird dabei kein Material des Substrats 4 entfernt .
Das keramische Schichtsystem 1 ' nach der lokalen Entfernung der keramischen Schicht 10 gemäß Figur 1 weist dann eine Mulde 16 auf .
Im nächsten Schritt ( Fig . 3 ) wird durch ein Beschichtungssystem 22 eine metallische Haftvermittlerschicht lokal in der Mulde 16 wiederhergestellt , so dass sich eine reparierte Haftvermittlerschicht 7 ' bildet . Dabei kann dasselbe Material wie im ursprünglichen Schichtsystem 1 verwendet werden, muss es aber nicht .
Ebenso kann durch die metallische Haftvermittlerschicht in der Mulde 16 entferntes Material des Substrats 4 kompensiert werden, falls erforderlich .
Während der Beschichtung mit dem Metall wird die restliche Oberfläche des keramischen Schichtsystems 1 ' zumindest teilweise mit einem Schutz 19 ( Fig . 3 ) versehen, aber zumindest um die Mulde 16 herum .
Dabei kann aber nicht vollständig verhindert werden, dass sich aus dem metallischen Beschichtungsmaterial Metall um dem Randbereich der Mulde 16 herum abschneidet .
Auf j eden Fall ist an der Seitenfläche 17 der Mulde 16 der verbliebenden keramischen Schicht 10' metallisches Material vorhanden, das entfernt werden muss.
Dann wird gemäß Figur 4 der Schutz 19 entfernt und es wird im nächsten Schritt die vorhandene Keramik der keramischen Schicht 10' des keramischen Schichtsystems 1' ' um die Mulde 16 herum keilförmig oder stufenförmig abgetragen, so dass kein metallisches Material mehr auf der vorhandenen keramische Beschichtung 10' ' ' des keramischen Schichtsystems 1' ' ' vorhanden ist.
In einem letzten Schritt wird durch ein weiteres oder dasselbe Beschichtungssystem 22 keramisches Material 31 in der modifizierten Mulde 16' aufgebracht, so dass das so erzeugte keramische Schichtsystem 11 vergleichbar ist mit dem ursprünglichen keramische Schichtsystem 1 (Fig. 1) .
Der Bereich 34 der keramische Beschichtung, der die Mulde 16' ausfüllt, kann mit demselben Material der Materialien hergestellt werden oder es wird bewusst ein anderes Material verwendet, um den Einsatz des keramischen Schichtsystems 1IV zu verbessern .
Anderes Material bedeutet hier, dass zumindest ein Bestandteil der Keramik sich um mindestens 5%, insbesondere mindestens 10% unterscheidet bzw. ein anderer Stabilisator oder ein zusätzlicher Stabilisator für stabilisiertes Zirkonoxid verwendet wird.
Vorzugsweise ist für die keramische Schicht 11 eine segmentierte Beschichtung vorhanden, beispielsweise aus PSZ/FSZ, wie 8YSZ oder 8YSZ/20YSZ (Fig. 5) .
Vorzugsweise wird dann für den keramische Schichtteil 34 ' in der Mulde 16' eine andere Mikrostruktur, wie insbesondere hochporöses Material 34 ' anstatt segmentierter Mikrostruktur aufgebracht (Fig. 6) .
Dieses Material 34' in der Mulde 16' weist vorzugsweise eine Porosität größer 12%, insbesondere größer 18% auf und ist auf j eden Fall um 5% , absolut 10% pro größer als die umgebenden Schichtbereiche 10L, 10R ( Fig . 6 ) .
Vorzugsweise stellt die keramische Schicht 10 eine segmentierte Schicht aus Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid dar und der Schichtteil 34 ' weist vorzugsweise Yttriumoxid und zusätzlich mit Ytterbiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid auf .
Ebenso kann die keramische Schicht in einer Ausdehnungsrichtung 12 des keramischen Schichtsystem 11 verschiedenen Dicken für die keramische Schicht aufweisen, so dass für den Bereich 34 ' ebenfalls verschiedenen Dicken verwendet werden, in dem zum Beispiel ein kontinuierlicher Übergang von der einen Schichtdicke 10L zur dünneren Schichtdicke 10R erzeugt wird oder wie in der Figur 6 dargestellt eine Abstufung vorzugsweise mittig zwischen den zwei verschiedenen Schichtdickebereichen 10L, 10R erfolgt .
Dünner bedeutet allgemein, dass die Schichtdicke mindestens 5% , insbesondere mindestens 10% dicker oder dünner ausgebildet ist .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur lokalen Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems (1) , bei dem zuerst eine Mulde (16) in einem keramischen Schichtsystem (1) mittels eines Entschichtungsverf ährens erzeugt wird, wobei lokal zumindest eine keramische Beschichtung komplett und optional eine metallische Beschichtung lokal zumindest teilweise entfernt wird, wobei dann optional eine metallische Haftvermittlerschicht (7) lokal aufgebracht wird, wobei vorzugsweise ein Schutz (19) zumindest auf der Oberfläche der keramischen Schicht (1') um die Mulde (16) verwendet wird, und nach der vollständigen Aufbringung oder Reparatur der metallischen Haftvermittlerschicht (7') eine Abschrägung der keramischen Schicht (1' ') innerhalb der Mulde (16) in seinen Randbereichen erzeugt wird, indem Material der keramische Schicht (10' ') um die Mulde (16) stufenweise abgetragen wird, und dann im letzten Schritt neues keramische Material (31) in die modifizierte Mulde (16') aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Mikrostruktur der Schicht (11) für den neuen Bereich (34, 34') erzeugt wird, der verschieden ist von der Mikrostruktur der keramischen Schicht (10) des keramischen Schichtsystems (1) , vorzugsweise die keramische Schicht (10) eine segmentierte Schicht darstellt und der neue Bereich (34, 34') eine deutlich höhere Porosität aufweist und/oder nicht segmentiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für das Material der Schicht (11) für den Be- reich (34) ein Material verwendet wird, das verschieden ist von dem Material der keramischen Schicht (10) des keramischen Schichtsystems (1) , vorzugsweise die keramische Schicht (10) eine segmentierte Schicht aus Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid darstellt und ein keramischer Schichtteil (34, 34') in der Mulde (16') Yttriumoxid und Ytterbiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid aufweist .
4. Keramisches Schichtsystem (11, 111) , insbesondere hergestellt gemäß eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das keramische Schichtsystem (11) drei verschiedene Bereiche (10L, 34, 34', 10R) aufweist, wobei ein mittlerer Bereich (34, 34') zwischen zwei Bereichen (10L, 10R) eine deutlich höhere Porosität und/oder ein deutlich verschiedenes Material aufweist als die umgebenden Bereiche (10L, 10R) aufweist.
5. Keramische Schichtsystem nach Anspruch 4, bei dem der Bereich (34') eine gestufte oder abfallende Beschichtungsdicke aufweist.
6. Keramische Schichtsystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die den Bereich (34, 34') umgebenden Bereich (10L, 10R) eine segmentierte Mikrostruktur aufweisen.
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