RU2395624C2 - Материал и система слоев - Google Patents

Материал и система слоев Download PDF

Info

Publication number
RU2395624C2
RU2395624C2 RU2007140252/02A RU2007140252A RU2395624C2 RU 2395624 C2 RU2395624 C2 RU 2395624C2 RU 2007140252/02 A RU2007140252/02 A RU 2007140252/02A RU 2007140252 A RU2007140252 A RU 2007140252A RU 2395624 C2 RU2395624 C2 RU 2395624C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
material according
shell
core
layer
metal
Prior art date
Application number
RU2007140252/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007140252A (ru
Inventor
Рене ЯБАДО (DE)
Рене ЯБАДО
Урзус КРЮГЕР (DE)
Урзус КРЮГЕР
Даниэль КЕРТФЕЛИЕССИ (DE)
Даниэль КЕРТФЕЛИЕССИ
Ральф РАЙХЕ (DE)
Ральф РАЙХЕ
Михель РИНДЛЕР (DE)
Михель РИНДЛЕР
Ян ШТАЙНБАХ (DE)
Ян ШТАЙНБАХ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2007140252A publication Critical patent/RU2007140252A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2395624C2 publication Critical patent/RU2395624C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • 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
    • C23C28/3215—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 at least one MCrAlX 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
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/324—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 matrix material layer comprising a mixture of at least two metals or metal phases or a metal-matrix material with hard embedded particles, e.g. WC-Me
    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • 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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/12—Light metals
    • F05D2300/121—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/13—Refractory metals, i.e. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W
    • F05D2300/132—Chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22—Non-oxide ceramics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y10T428/252—Glass or ceramic [i.e., fired or glazed clay, cement, etc.] [porcelain, quartz, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y10T428/259—Silicic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated
    • Y10T428/2993—Silicic or refractory material containing [e.g., tungsten oxide, glass, cement, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated
    • Y10T428/2993—Silicic or refractory material containing [e.g., tungsten oxide, glass, cement, etc.]
    • Y10T428/2996—Glass particles or spheres

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в высокотемпературных установках, например в лопатках турбины, теплозащитных элементах, элементах корпуса газовой или паровой турбины, а также в лопатках компрессора газовой турбины. Материал для конструктивного элемента или для слоя содержит материал матрицы и частицы (1) с ядром (7), содержащим первый элемент или первое соединение, и по меньшей мере одной оболочкой (4) вокруг ядра (7), содержащей второй элемент или второе соединение. Материал матрицы является сплавом типа MCrAlX, первый элемент или первое соединение состоит из металла, оксида металла, оксида неметалла, стекла или Si-O-С-соединения или смеси из них, и по меньшей мере одна оболочка (4', 4", 4'") является керамической, в частности, оксидом металла. Обеспечивается более продолжительное защитное действие против окисления и коррозии. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

Description

Изобретение касается материала по пункту 1 и системы слоев по пункту 30 формулы изобретения.
Элементы для применения в высокотемпературных установках, например лопатках турбин и стенок камер сгорания газовых турбин, имеют защитные слои против окисления и коррозии. Такие слои состоят, например, из сплава типа MCrAlX, причем на этом MCrAlX-слое образуется защитный слой оксида алюминия. При этом алюминий диффундирует из MCrAlX-сплава на поверхность MCrAlX-слоя, так что сплав обедняется элементом алюминием.
Превентивно высокое содержание алюминия в MCrAlX-сплаве с самого начала ведет к ухудшенным механическим свойствам MCrAlX-слоя.
Кроме того, известны лопатки компрессора, которые снабжены защитными слоями против коррозии и эрозии. При изготовлении они имеют неорганическое связующее веществ с металлом, причем металл служит в качестве гальванического расходуемого элемента и поэтому электрически-проводяще соединен с подложкой элемента. Подходящая композиция такого защитного слоя известна из ЕР 0142418 B1.
Также здесь проблема состоит в том, что со временем металл расходуется, так что защитная функция больше не выполняется.
Покрытые оболочкой абразивные керамические частицы порошка, которые состоят из SiC (неокисляемая керамика), известны из US 4,741,973.
ЕР показывает частицы оксида в слое, состоящем из алюминида.
Поэтому задачей изобретения является показать материал и систему слоев, которые имеют более продолжительное защитное действие.
Задача решается посредством материала с признаками пункта 1 и системы слоев с признаками пункта 30 формулы изобретения.
В зависимых пунктах формулы изобретения приведены другие предпочтительные меры, которые могут произвольно сочетаться друг с другом предпочтительным образом.
Показаны:
Фиг.1. Частица порошка.
Фиг.2-6. Примеры осуществления по изобретению.
Фиг.7. Камера сгорания.
Фиг.8. Лопатка турбины и
Фиг.9. Газовая турбина.
Фиг.1 показывает частицу 1 в поперечном разрезе для материала по изобретению.
Частица 1 состоит из ядра 7 и оболочки 4. Ядро 7 имеет первый элемент (химический элемент) или первое соединение. Соединение состоит из нескольких химических элементов.
Ядро 7 может состоять из металла, органического соединения (например, керамики), оксида неметалла, оксида металла, также оксида или стекла.
Ядро 7 не состоит из карбида кремния (SiC) или неокисляемой керамики (например, Si3N4).
Таким же образом ядро 7 может состоять из спекшихся частиц порошка или порошковых гранул.
Ядро 7 окружено оболочкой 4, которая обволакивает ядро 7, по меньшей мере, частично, в частности полностью.
Оболочка 4 может также быть выполнена пористой.
Диаметр ядра 7 может лежать в микро-, субмикро- (<1µm) или в нанодиапазоне (≤500 nm). Под диаметром может также пониматься наибольшая поперечная длина одного полиэдра (ядро 7).
Первый элемент является, в частности, металлическим и может быть, например, алюминием (Al).
Таким же образом первый элемент может быть хромом (Cr), алюминиевохромовым сплавом или алюминидом. Таким же образом ядро 7 может быть смесью из двух металлов (например, хрома и алюминия), которые при необходимости могут образовывать сплав, но которые не являются легированными.
Под понятием «металлический» также должны пониматься сплавы.
Другими примерами для первого элемента являются: железо (Fe), титан (Ti), платина (Pt), иттрий (Y), цинк (Zn), олово (Sn) и/или медь (Cu).
Оболочка 4 имеет второй химический элемент или второе соединение, которое отличается от первого элемента или первого соединения.
Второе соединение, также материал оболочки 4, является, в частности, керамикой (неоксидная или оксидная керамика) и, например, оксидом алюминия и/или оксидом хрома или другим оксидом металла, как оксид железа или оксид титана, или оксид первого металлического элемента или металлического соединения.
Таким же образом для оболочки 4 может применяться органический материал, как, например, соединение Si-O-C.
Соединение Si-O-С изготавливается, в частности, из полисилоксановой смолы. Полисилоксановые смолы являются полимеркерамическими предварительными ступенями структурной формулы XsiO1,5, причем Х может быть = -СН3, -СН2, -C6Hs и т.д. Материал термически структурируется, причем неорганические составные части (Si-O-Si-цепи) и органические боковые цепи имеются в наличии рядом друг с другом, преобладающе из X. Затем предварительные ступени керамизируются посредством температурной обработки в атмосфере Ar, N2 или в вакуумной атмосфере при температурах между 600°С и 1200°С. При этом полимерная сетка распадается и заново структурируется через термические предварительные ступени от аморфных до кристаллических фаз, причем возникает Si-O-С-сетка, исходящая из полисилоксановых предварительных ступеней.
Таким же образом применяются предварительные ступени типа полисилан (Si-Si), поликарбосилан (Si-C), полисилазан (Si-N) или полибаросилазан (Si-B-C-N).
Таким же образом второй элемент может быть металлическим и, например, состоять из титана (Ti) или представлять собой сплав.
Таким образом, являются возможными, например, следующие комбинации материалов для частицы 1 (органика = органический материал):
Ядро 7 из SiOC - оболочка 4 из металла,
Ядро 7 из SiOC - оболочка 4 из оксида (оксид металла или оксид неметалла),
Ядро 7 из SiOC - оболочка 4 из керамики (органика или SiOC),
Ядро 7 из SiOC - оболочка 4 из стекла,
Ядро 7 из металла - оболочка 4 из металла,
Ядро 7 из металла - оболочка 4 из оксида (оксид металла или оксид неметалла),
Ядро 7 из металла - оболочка 4 из керамики (органика или Si-O-С),
Ядро 7 из металла - оболочка 4 из стекла,
Ядро 7 из металла - оболочка 4 из полимера,
Ядро 7 из оксида - оболочка 4 из металла,
Ядро 7 из оксида - оболочка 4 из оксида (оксид металла или оксид неметалла),
Ядро 7 из оксида - оболочка 4 из керамики (органика или Si-O-С),
Ядро 7 из оксида - оболочка 4 из стекла,
Ядро 7 из стекла - оболочка 4 из металла,
Ядро 7 из стекла - оболочка 4 из оксида (оксид металла или оксид неметалла),
Ядро 7 из стекла - оболочка 4 из керамики (органика или Si-O-С),
Ядро 7 из стекла - оболочка 4 из стекла.
Оболочка 4 также, например, может иметь градиент в концентрации одной из своих составных частей. Так, ядро 7 частицы 1 образуется, например, из алюминия и оболочка 4 - частично из платины, причем концентрация материала оболочки, предпочтительно платины - увеличивается исходя от поверхности 25 ядра 7 до внешней поверхности 28 оболочки 4. При этом также уменьшается концентрация материала ядра, также, например, алюминия в оболочке изнутри наружу и имеет на поверхности 28 оболочки 4 предпочтительно такую же или более высокую концентрацию по сравнению с алюминием матрицы.
Многослойные оболочки 4 также являются допустимыми.
Толщина слоя оболочки 4 составляет, например, до 1/5, в частности до 1/10, диаметра ядра 7 и предпочтительно составляет 10 µm.
Фиг.2 показывает материал по изобретению слоя 16. Слой 16 является частью элемента 120, 130 (фиг.7, 9), элемент 155 камеры сгорания (фиг.8) или системы 10 слоев, которая состоит из подложки 13, на которой расположен слой 16.
Подложка 13 является, например, элементом для высоких температур, например, у паровых или газовых турбин 100 (фиг.7), состоящая из жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта или железа.
Такие системы 10 слоев находят применение в лопатках 120,130 турбин, элементах 155 теплозащитных щитов или корпусных деталях 138.
Слой 16 имеет материал из материала матрицы, в которой частицы 1 распределены однородно или локально (например, с градиентом).
Частицы 1 в матрице предпочтительно распределены однородно.
При этом могут также изготавливаться и применяться несколько слоев 16, 19, причем частицы 1 имеются в наличии в одном или нескольких частичных слоях или граничных слоях. Частицы 1 могут наноситься почти вместе с каждым способом нанесения покрытия, также с помощью термического плазменного напыления (APS, VPS, LPPS), распыление холодного газа, HVOF или электролитического способа нанесения покрытия.
Материал слоя 16 может быть металлом, керамикой, стеклом или керамическо-органическим соединением (например, Si-O-C).
Например, слой 16 является сплавом типа MCrAlX, и частицы 1 состоят из ядра 7 из алюминия. Предпочтительно применяются сплавы, богатые алюминием. Частицы 1 могут быть распределены во всем слое 16 или располагаться локально концентрированно вблизи внешней поверхности 22 слоя 16.
Как уже было описано выше, защитная функция MCrAlX-сплава оказывается в том, что алюминий образует оксид алюминия, но при этом истощается в материале матрицы. Алюминий ядра 7 имеет в материале оболочки 4, например, коэффициент диффузии при рабочих температурах, меньший, по меньшей мере, на 5%, в частности на 10%, чем алюминий в материале матрицы слоя 16, также здесь в MCrAlX-сплаве.
При высоких температурах алюминий медленно диффундирует через оболочку 4 в материал матрицы слоя 16 и снова пополняет алюминий, израсходованный посредством окисления в материале матрицы, так что первоначальная композиция MCrAlX-сплава в течение эксплуатации почти или полностью не изменяется, пока в порошковой частице 1 не останется алюминия.
Тем самым достигается, что срок службы защитного слоя 16 значительно увеличивается.
Частицы 1 могут иметься в наличии либо только в слое 16 (MCrAlX), либо только в положке 13. Таким же образом является возможным, чтобы частицы располагались как в слое 16, так и в подложке 13.
Независимо от того, расположены ли частицы 1 также в слое 16, которые присутствуют на подложке 13, при наличии частиц 1 в подложке 13 проявляется следующая защитная функция.
Во время применения системы 10 слоев может произойти так, что слой 16 (MCrAlX или MCrAlX + керамика) отслаивается в области 37, так что часть поверхности 31 подложки 13 является незащищенной (Фиг.4). Тем не менее частицы 1 расположены в области, близкой к поверхности. Посредством дальнейшего применения системы 10 слоев при высоких температурах Т в течение длительного времени t поверхность 31 субстрата 13 подвергается коррозии в области 37, вследствие чего оболочки 4 частиц 1 абразивно или термически растворяются, и освобождается ядро 7 частицы 1.
Посредством реакции материала ядра 7 проявляется защитная функция в области 37 подложки 13. В случае с жаропрочными сплавами, которые применяются для лопаток газовых турбин, ядро 7 состоит из алюминия или алюминийсодержащего сплава, так что в области 37 образуется из оксида алюминия защитный сплав 40, который возникает посредством окисления алюминия ядра 7 частиц 1.
Таким же образом может быть возможным, чтобы посредством повышенных температур, которые испытывают частицы 1 без слоя 16 в области 37, повышается диффузия через оболочку 4, так что также без вскрытия оболочки 4 алюминий достигает поверхности в области 37 и там может окисляться, так что может образовываться защитный оксидный слой 40.
Таким же образом эти частицы 1 могут применяться для усиления жаропрочного сплава, как это известно, у так называемых ODS-сплавов. Размер частиц 1 предпочтительно соответствует оптимальному размеру γ-фазы жаропрочного сплава.
Частицы 1 предпочтительно имеются в наличии уже в расплаве и разливаются вместе с ним. Относительно принципа расположения и принципа действия керамических частиц в жаропрочном сплаве ссылаются на уровень техники относительно ODS-жаропрочного сплава. Частицы 1 имеют функцию: улучшение механических свойств и достижение способности сохранять служебные свойства при разрушении.
Таким же образом материал оболочки 4 может выбираться так, что оболочка 4 растворяется посредством диффузии в кристаллической структуре материала матрицы слоя 16 и при необходимости образует выделения в материале матрицы, и только после определенного времени делается возможным диффузия материала ядра 7 непосредственно в материал матрицы, так как до этого момента еще существует защитная функция, например, MCrAlX-слоя.
При этом второй элемент или элемент второго соединения оболочки 4 имеет в материале матрицы, например, более высокий коэффициент диффузии, чем в первом элементе или в первом соединении.
Оболочка 4 также может растворяться абразивно и/или термически, и/или химически, так что посредством этого раскрывается ядро 7.
Таким же образом металл, как, например, алюминий в первом слое 16 лопатки компрессора, как описано выше, может быть окружен оболочкой 4, например, из оксида алюминия, причем оксид алюминия, если он расположен, по меньшей мере, в области поверхности, способствует повышению сопротивления эрозии.
Таким же образом слой 16 может представлять собой защитный слой против коррозии и/или эрозии лопатки компрессора, причем частицы 1 в слое 16 с химической композицией согласно патенту ЕР 0142418 B1 приводят к тому, что через четкий продолжительный интервал времени в распоряжение предоставляется достаточно расходуемого материала, чтобы проявилась желаемая защитная функция.
При этом первый элемент, в частности алюминий, окружен оболочкой 4, например, из связующего вещества или полимера.
При этом может иметься в наличии местный концентрационный градиент частиц 1 внутри слоя 16 или также подложки 13. Так, например, увеличивается концентрация частиц 1 исходя от поверхности 31 подложки 13 к поверхности 34 слоя 16.
При сжатии воздуха в компрессоре может выделяться вода, которая при определенных обстоятельствах образует электролит в соединении с другими элементами, содержащимися в воздухе, который может привести к коррозии и/или эрозии. Поэтому, чтобы предотвратить коррозию или эрозию, лопатки компрессора, как правило, снабжаются покрытиями. При этом во внимание принимаются в частности, покрытия, которые охватывают, например, фосфатносвязанную основную матрицу с дисперсно распределенными в ней частицами металла, как примерно частицами алюминия. Защитное действие подобного покрытия состоит в том, что частицы металла, введенные в основное покрытие вместе с (благородным) металлом лопаток компрессора и электролитом, образуют гальванический элемент, в котором металлические частицы образуют так называемые расходуемые аноды. Окисление или, соответственно, коррозия происходит затем в расходуемых анодах, то есть в металлических частицах и не в металле лопаток компрессора.
Фосфатносвязанная основная матрица покрытия имеет стеклокерамические свойства, является термически стабильной, таким же образом коррозионноустойчивой и защищает от механических воздействий, как абразивное действие и эрозия.
Наряду с частицами металла покрытие может содержать другие частицы в качестве заполнителей. В качестве примера на этом месте называются частицы красителя.
Наряду с фосфатносвязанными покрытиями во внимание принимаются другие виды покрытий 16. ЕР 0142418 B1, ЕР 0905279 А1 и ЕР 0995816 А1 описывают покрытия на основе хромата/фосфата. ЕР 1096040 А2 описывает покрытие 16 на основе фосфата/бората и ЕР 0933446 B1 описывает покрытие на основе фосфата/перманганата.
Фиг.3 показывает другой пример применения слоя 16 по изобретению.
Система 10 слоев состоит из подложки 13, слоя 16 по изобретению с другим слоем 19 на материале слоя 16.
Это является, например, системой 10 слоев для применения в высокотемпературных установках, причем подложка 13 снова представляет собой жаропрочный сплав, как описано выше, и слой 16 имеет матрицу типа MCrAlX. Затем слой 19 представляет собой керамический теплоизоляционный слой, причем между слоем 16 и слоем 19 образуется защитный слой оксида алюминия (TGO) (не изображен). Частицы 1 по изобретению сконцентрированы, например, вблизи пограничной поверхности между слоями 16 и 19.
Таким же образом можно представить себе элемент из материала, который имеет частицы 1, то есть они представлены не в покрытии, а в массивном материале.
Фиг.5 показывает другую частицу 1 по изобретению. Частица 1 снова состоит из ядра 7, внутренней оболочки 4' вокруг ядра 7 и другой оболочки 4" вокруг внутренней оболочки 4'.
Частица 1 может также иметь многослойные оболочки 4. Ядро 7 предпочтительно имеет металл, оболочка 4' керамику и внешняя оболочка 4" металл.
Таким же образом благоприятным является, если ядро 7 из металла имеет внутреннюю оболочку 4' снова металл, который, в частности, отличается от материала ядра 7, и внешнюю оболочку 4" из керамики.
Таким же образом ядро 7 может быть полым пространством, внутренняя оболочка 4' из металла и внешняя оболочка 4" из керамики.
Другая частица 1 для материала 1 по изобретению изображена на фиг.6.
Частица 1 имеет трехслойную оболочку.
Примеры применения для последовательности материала в материалах оболочки 4', 4", 4'" показаны в следующей таблице.
  Материал Материал Материал Материал Материал Материал Материал
4' Металл Металл Металл Металл Керамика Керамика Керамика
4" Металл Керамика Керамика Металл Металл Металл Керамика
4'" Керамика Металл Керамика Металл Металл Керамика Металл
Металл оболочки 4' может отличаться от металла оболочки 4" или, соответственно, 4'".
Здесь также ядро 7 может быть полым пространством.
Металлы оболочек 4', 4" (фиг.5), 4'" (фиг.6) также могут отличаться от металла ядра 7.
Толщины слоев оболочек 4, 4' (фиг.5), 4" могут подгоняться индивидуально, прежде всего, быть различными.
Фиг.7 показывает вид в перспективе рабочей лопатки 120 или направляющей лопатки 130 лопастной машины, которая проходит вдоль продольной оси 121.
Лопастной машиной может быть газовая турбина самолета или электростанции для производства электричества, паровая турбина или компрессор.
Лопатка 120, 130 имеет вдоль продольной оси 121 следующие друг за другом крепежную область 400, граничащую с ней платформу 403 лопатки, а также рабочую сторону 406 лопатки и вершину 415 лопатки.
В качестве направляющей лопатки 130 лопатка 130 может иметь на своей вершине 415 другую платформу (не изображена).
В крепежной области 400 образована ножка 183 лопатки, которая служит для крепления направляющих лопаток 120, 130 на вале или на диске (не изображена).
Ножка 183 лопатки сформирована, например, в виде т-образной головки. Являются возможными и другие оформления ножки в виде елочки или «хвоста ласточки».
Лопатка 120, 130 для среды, которая протекает мимо рабочей стороны 406 лопатки, имеет грань 409 восходящего потока и грань 412 нисходящего потока.
У обычных лопаток 120, 130 во всех областях 400, 403, 406 лопаток 120, 130 применяются, например, массивные металлические материалы, в частности жаропрочные сплавы.
Такие жаропрочные сплавы известны, например, из ЕР 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 00/44949. Эти тексты относительно химической композиции являются частью раскрытия изобретения.
Лопатка 120, 130 может при этом изготавливаться посредством литейного способа, также с помощью направленной кристаллизации, посредством ковки, посредством фрезерования или комбинации вышеназванного.
Заготовки с монокристаллической структурой или структурами применяются в качестве элементов для машин, которые при эксплуатации подвергаются механическим, термическим и/или химическим нагрузкам.
Изготовление подобных монокристаллических заготовок происходит, например, посредством направленной кристаллизации из расплава. При этом речь идет о литейных способах, у которых жидкий металлический сплав кристаллизуется в монокристаллическую структуру, то есть в монокристаллическую заготовку или направленно.
При этом дендритные кристаллы ориентированы вдоль теплового потока и образуют либо стержнекристаллическую зернистую структуру (столбчатую, то есть зерна, которые проходят по всей длине и здесь согласно общепринятому словоупотреблению обозначаются как «направленно кристаллизованные»), либо монокристаллическую структуру, то есть вся заготовка состоит из одного единственного кристалла. В этом способе нужно избегать перехода к глобулярной (поликристаллической) кристаллизации, так как посредством ненаправленного роста неизбежно образуются поперечные и продольные границы зерен, которые уничтожают хорошие свойства направленно кристаллизованных или монокристаллических заготовок.
Если, в общем, речь идет о направленно кристаллизованных структурах, то под этим понимаются как монокристаллы, которые не имеют границ зерен или, в крайнем случае, границу зерен с малым углом разориентации, как и стержнекристаллические структуры, которые, пожалуй, имеют границы зерен в продольном направлении, но не имеют границ зерен в поперечном направлении. У этих дважды названных кристаллических структур речь также идет о направленно кристаллизованных структурах (directionally solidified structures).
Такие способы известны из US-PS 6,024,792 и ЕР 0892090 A1. Эти тексты относительно химической композиции являются частью раскрытия изобретения.
Таким же образом лопатки 120, 130 могут иметь покрытия против коррозии или окисления, например, (MCrAlX; M - это, по меньшей мере, элемент группы железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), X - это активный элемент и представляет собой иттрий (Y), и/или кремний (Si) и/или, по меньшей мере, редкоземельный элемент, или, соответственно, гафний (Hf)). Такие сплавы известны из ЕР 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или ЕР 1306454 A1, которые относительно химической композиции сплава должны быть частью раскрытия изобретения. Толщина составляет предпочтительно 95% теоретической толщины.
На MCrAlX-слое (как промежуточный слой или как внешний слой) образуется защитный слой оксида алюминия (TGO - thermal grown oxide layer). MCrAlX-слой или подложка имеет материал по изобретению.
На MCrAlX может еще присутствовать теплоизоляционный слой, который предпочтительно является внешним слоем и состоит, например, из ZrO2, Y2O3-ZrO2, то есть он не стабилизируется частично или полностью оксидом иттрия и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния.
Теплоизоляционный слой покрывает весь MCrAlX-слой. Посредством подходящего способа нанесения покрытия, как, например, электронно-лучевое напыления (EB-PVD) производятся стержневидные зерна в теплоизоляционном слое.
Допустимыми являются и другие способы, например, атмосферное плазменное напыление (APS), LPPS, VPS или CVD. Теплоизоляционный слой может иметь пористые зерна, пораженные микро- или макротрещинами для лучшей стойкости к тепловому удару. Теплоизоляционный слой также является предпочтительно более пористым, чем MCrAlX-слой.
Восстановление (refurbishment) означает, что элементы 120, 130 после их ввода в действие должны быть при необходимости освобождены от защитных слоев (например, посредством пескоструйной обработки). После этого происходит удаление коррозионных и/или окислительных слоев или, соответственно, продуктов. При необходимости ремонтируются также трещины в элементе 120, 130. После этого происходит повторное покрытие элементов 120, 130 и новое использование элементов 120, 130.
Лопатка 120, 130 может быть выполнена полой или массивной. Если лопатка 120, 130 нуждается в охлаждении, она является полой и при необходимости имеет еще пленочные отверстия 418 для охлаждения (указаны штриховкой).
Фиг.8 показывает камеру 110 сгорания газовой турбины. Камера 110 сгорания сформирована, например, в виде так называемой кольцевой камеры сгорания, у которой множество горелок 107, расположенных в направлении окружности вокруг оси 102 вращения, переходят в общее пространство 154 камеры сгорания, которые производят пламя 156. К тому же камера 110 сгорания в совокупности сформирована в виде кольцевидной структуры, которая расположена вокруг оси 102 вращения.
Для достижения сравнительно высокого коэффициента полезного действия камера 110 сгорания рассчитана для сравнительно высокой температуры рабочей среды М примерно 1000°С до 1600°С. Для того чтобы сделать возможным сравнительно долгий срок службы при таких неблагоприятных для материалов рабочих параметрах, стенка 153 камеры сгорания на своей стороне, обращенной к рабочей среде М, снабжена внутренней футеровкой, образованной из теплозащитных элементов 155.
Каждый теплозащитный элемент 155 из сплава снабжен со стороны рабочей среды особо жаропрочным защитным слоем (MCrAlX-слой и/или керамическое покрытие) или изготавливается из термостойкого материала (массивных керамических кирпичей).
Эти защитные слои могут быть похожими на лопатки турбин, также означает, например, MCrAlX: M - это, по меньшей мере, элемент группы железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), Х - это активный элемент и представляет собой иттрий (Y), и/или кремний (Si) и/или, по меньшей мере, редкоземельный элемент, или, соответственно, гафний (Hf). Такие сплавы известны из ЕР 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или ЕР 1306454 А1, которые относительно химической композиции сплава должны быть частью раскрытия изобретения.
MCrAlX-слой или подложка теплозащитного элемента 155 имеет материал по изобретению.
На MCrAlX-слое может еще присутствовать, например, керамический теплоизоляционный слой и состоит, например, из ZrO2, Y2O3-ZrO2, то есть не является частично или полностью стабилизированным оксидом иттрия и/или оксидом кальция и/или оксидом магния.
Посредством подходящего способа нанесения покрытия как, например, электронно-лучевое напыление (EB-PVD) производятся стержневидные зерна в теплоизоляционном слое.
Допустимыми являются и другие способы нанесения покрытия, например, атмосферное плазменное напыление (APS), LPPS, VPS или CVD. Теплоизоляционный слой может иметь пористые зерна, пораженные микро- или макротрещинами для лучшей стойкости к тепловому удару.
Восстановление (refurbishment) означает, что теплозащитные элементы 155 после их ввода в действие должны быть при необходимости освобождены от защитных слоев (например, посредством пескоструйной обработки). После этого происходит удаление коррозионных и/или окислительных слоев или, соответственно, продуктов. При необходимости ремонтируются также трещины в теплозащитном элементе 155. После этого происходит повторное покрытие теплозащитных элементов 155 и новое использование элементов 155.
На основе высоких температур внутри камеры 110 сгорания для теплозащитных элементов 155 или, соответственно, для их фиксирующих элементов может быть предусмотрена система охлаждения. Теплозащитные элементы 155 тогда являются, например, полыми и при необходимости еще имеют отверстия для охлаждения, переходящие в пространство 154 камеры сгорания (не изображены).
Фиг.9 примерно показывает газовую турбину 100 в частичном продольном разрезе.
Газовая турбина 100 внутри имеет ротор 103 с валом 101, вращающийся вокруг оси 102 вращения, который обозначен как ротор турбины.
Вдоль ротора 103 друг за другом следуют: корпус 104 воздухозаборника, компрессор 105, например, кольцевидная камера 110 сгорания, в частности кольцевая камера сгорания с несколькими концентрически расположенными горелками 107, газовая турбина 108 и корпус для отвода отработанных газов 109.
Кольцевая камера сгорания соединяется, например, с кольцевидным каналом 111 горячего газа. Там, например, четыре включенные друг за другом ступени 112 турбины образуют турбину 108.
Каждая ступень 112 турбины образована, например, из двух колец лопаток. В направлении потока рабочей среды 113 в канале 111 горячего газа ряда 115 направляющих лопаток следует ряд 125, образованный из рабочих лопаток 120.
При этом направляющие лопатки 130 закреплены на внутреннем корпусе 138 статора 143, в то время как рабочие лопатки 120 ряда 125 установлены на роторе 103, например, с помощью диска 133 турбины.
На роторе 103 прикреплен генератор или рабочая машина (не изображены).
Во время эксплуатации газовой турбины 100 воздух 135 всасывается компрессором 105 через корпус 104 воздухозаборника и сжимается. Сжатый воздух, подготовленный на конце компрессора 105, обращенного к турбине, направляется к горелкам 107 и там смешивается с топливом. Затем смесь при образовании рабочей среды 113 сжигается в камере 110 сгорания. Оттуда рабочая среда 113 течет вдоль канала 111 горячего газа к направляющим лопаткам 130 и рабочим лопаткам 120. На рабочих лопатках 120 рабочая среда 113 расширяется, перенося импульсы, так что рабочие лопатки 120 приводят в движение ротор 103, и он приводит в движение соединенную с ним рабочую машину.
Элементы, подвергающиеся воздействию горячей рабочей среды 113 во время эксплуатации газовой турбины 100, подлежат термическим нагрузкам. Направляющие лопатки 130 и рабочие лопатки 120 первой ступени 112 турбины, видимой в направлении потока рабочей среды 113 наряду с теплозащитными элементами, которыми облицована кольцевая камера 110 сгорания, подвергаются наибольшим термическим нагрузкам.
Чтобы выдерживать присутствующие там температуры, они могут охлаждаться с помощью охлаждающего вещества.
Таким же образом подложки элементов могут иметь направленную структуру, то есть они являются монокристаллическими (SX-структура) или имеют только продольно направленные зерна (DS-структура). В качестве материала для элементов, в частности для лопаток 120, 130 турбин и элементов камеры 110 сгорания, применяются, например, жаропрочные сплавы на основе железа, никеля или кобальта.
Такие жаропрочные сплавы известны, например, из ЕР 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 0044949. Эти тексты относительно химической композиции сплавов являются частью раскрытия изобретения.
Таким же образом лопатки 120, 130 могут иметь покрытия против коррозии (MCrAlX; M - это, по меньшей мере, элемент группы железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), Х - это активный элемент и представляет собой иттрий (Y), и/или кремний (Si) и/или, по меньшей мере, редкоземельный элемент, или, соответственно, гафний (Hf)). Такие сплавы известны из ЕР 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или ЕР 1306454 A1, которые относительно химической композиции сплава должны быть частью раскрытия изобретения.
На MCrAlX может также иметься в наличии теплоизоляционный слой и состоит, например, из ZrO2, Y2O3-ZrO2, то есть он не является частично или полностью стабилизированным посредством оксида иттрия и/или оксида кальция, и/или оксида магния.
Посредством подходящего способа нанесения покрытия, как, например, электронно-лучевое распыление производятся стержневидные зерна в теплоизоляционном слое.
Направляющая лопатка 130 имеет ножку направляющей лопатки (здесь не изображена), повернутую к внутреннему корпусу 138 турбины 108 и головку направляющей лопатки, противоположную ножке направляющей лопатки. Головка направляющей лопатки обращена к ротору 103 и установлена на крепежном кольце статора 143.

Claims (36)

1. Материал для элемента (10, 120, 130, 138, 155) или для слоя (16, 19), содержащий материал матрицы и частицы (1) с ядром (7), содержащим первый элемент или первое соединение, и по меньшей мере одной оболочкой (4) вокруг ядра (7), содержащей второй элемент или второе соединение, отличающийся тем, что материал матрицы является сплавом типа MCrAlX, первый элемент или первое соединение состоит из металла, оксида металла, оксида неметалла, стекла или Si-O-С-соединения или смеси из них, и по меньшей мере одна оболочка (4', 4", 4'") является керамической, в частности оксидом металла.
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что первый элемент является элементом матрицы или первое соединение соответствует материалу матрицы.
3. Материал по п.1, отличающийся тем, что ядро (7) является металлическим.
4. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый элемент является хромом.
5. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый элемент является алюминием.
6. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что ядро (7) содержит алюминий и хром.
7. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что первое соединение является сплавом, обогащенным алюминием, в частности алюминиево-хромовым, никель-алюминиевым сплавом или алюминидом.
8. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что второе соединение является оксидом алюминия Al2O3 и/или оксидом хрома Cr2O3.
9. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что второе соединение является органическим соединением, в частности Si-O-С-соединением.
10. Материал по п.1, отличающийся тем, что оболочка (4) является пористой.
11. Материал по п.1, отличающийся тем, что оболочка (4) имеет концентрационный градиент, в частности элемента материала ядра (7), причем, в частности, концентрация элемента материала ядра (7) уменьшается изнутри наружу к поверхности (28) оболочки (4).
12. Материал по п.1, отличающийся тем, что ядро (7) сформировано зерновидным.
13. Материал по п.1, отличающийся тем, что материал матрицы является керамическим или стеклокерамическим.
14. Материал по п.1, отличающийся тем, что материал матрицы является металлическим.
15. Материал по пп.1, 10 или 11, отличающийся тем, что оболочка (4) выполнена многослойной (4', 4", 4'").
16. Материал по п.15, отличающийся тем, что оболочка (4) состоит из двух слоев (4', 4").
17. Материал по п.15, отличающийся тем, что ядро (7) является металлическим, первая оболочка (4') вокруг ядра (7) является металлической и внешняя оболочка (4") является керамическим слоем.
18. Материал по п.16, отличающийся тем, что ядро (7) является металлическим, оболочка (4') вокруг ядра (7) выполнена из керамики и внешняя оболочка (4") является металлической.
19. Материал по одному из пп.1, 10 или 11, отличающийся тем, что оболочка (4) состоит из трех слоев (4', 4", 4'").
20. Материал по п.19, отличающийся тем, что ядро является металлическим, первая оболочка (4') выполнена из керамики, вторая оболочка (4") является металлической и внешняя оболочка (4'") выполнена из керамики.
21. Материал по п.19, отличающийся тем, что ядро (7) является металлическим, первая оболочка (4') металлической, вторая оболочка (4") металлической и внешняя оболочка (4'") выполнена из керамики.
22. Материал по одному из пп.17, 18, 20 или 21, отличающийся тем, что металл ядра (7) отличается от металла оболочек (4', 4", 4'").
23. Материал по одному из пп.17, 18, 20 или 21, отличающийся тем, что металл ядра (7) соответствует металлу по меньшей мере одной из оболочек (4', 4", 4'").
24. Материал по п.17, отличающийся тем, что толщины слоев (4', 4") сформированы различными.
25. Материал по п.1, отличающийся тем, что диаметр ядра (7) ≤500 нм, в частности ≤100 нм.
26. Материал по п.1 или 16, отличающийся тем, что толщина оболочки (4) составляет самое большее 1/5, в частности 1/10 диаметра ядра (7), в частности 10 мкм.
27. Материал по п.1 или 5, отличающийся тем, что ядро (7) состоит из первого элемента или первого соединения и оболочка (4) состоит из второго элемента или второго соединения.
28. Материал по п.1, отличающийся тем, что только одна оболочка (4', 4", 4'") является керамической.
29. Система слоев, которая имеет подложку (13) и/или которая, по меньшей мере, имеет слой (16), расположенный на подложке (13), причем подложка (13) и/или слой (16) имеет материал согласно одному из пп.1-28.
30. Система слоев по п.29, отличающаяся тем, что на слое (16) расположен другой слой (19).
31. Система слоев по п.29 или 30, отличающаяся тем, что внутри слоя (16) и/или подложки (13) имеется градиент концентрации частиц (1).
32. Система слоев по п.29 или 30, отличающаяся тем, что только подложка (13) имеет материал согласно одному из пп.1-28.
33. Система слоев по п.29 или 30, отличающаяся тем, что только слой (16) имеет материал согласно одному из пп.1-28.
34. Система слоев по п.29 или 30, отличающаяся тем, что подложка (13) является жаропрочным сплавом на основе кобальта, никеля или железа, на который нанесен слой (16) с матрицей из сплава типа MCrAlX, на котором в частности присутствует керамический теплоизоляционный слой, в частности состоящий из оксида циркония.
35. Система слоев по п.29 или 30, отличающаяся тем, что система (10) слоев применяется для элемента, в частности для лопатки (120, 130) турбины, теплозащитного элемента (155) или элемента (138) корпуса турбины, в частности газовой (100) или паровой турбины.
36. Система слоев по п.35, отличающаяся тем, что система (10) слоев применяется для лопатки компрессора, в частности газовой турбины (100).
RU2007140252/02A 2005-03-31 2006-01-30 Материал и система слоев RU2395624C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05007093.7 2005-03-13
EP05007093A EP1707650A1 (de) 2005-03-31 2005-03-31 Matrix und Schichtsystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007140252A RU2007140252A (ru) 2009-05-10
RU2395624C2 true RU2395624C2 (ru) 2010-07-27

Family

ID=34979524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007140252/02A RU2395624C2 (ru) 2005-03-31 2006-01-30 Материал и система слоев

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090202814A1 (ru)
EP (2) EP1707650A1 (ru)
JP (1) JP5147682B2 (ru)
KR (1) KR20070118169A (ru)
CN (1) CN101133188B (ru)
RU (1) RU2395624C2 (ru)
WO (1) WO2006103127A1 (ru)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070248457A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-25 General Electric Company Rub coating for gas turbine engine compressors
DE102006026207A1 (de) * 2006-05-30 2007-12-06 Siemens Ag Bauteil für eine thermische Beanspruchung, insbesondere Turbinenschaufel
EP2061613A1 (de) * 2006-09-14 2009-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum herstellen einer partikel enthaltenden nutzschicht und funktionselement mit einer solchen schicht
US8118556B2 (en) * 2007-01-31 2012-02-21 Caterpillar Inc. Compressor wheel for a turbocharger system
DE102007046386B3 (de) * 2007-09-21 2008-10-02 Siemens Ag Verfahren zur Reparatur eines Bauteils durch Beschichten
US20100061847A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 General Electric Company Steam turbine part including ceramic matrix composite (cmc)
JP5395574B2 (ja) 2008-11-27 2014-01-22 株式会社東芝 蒸気機器
DE102009010110B4 (de) * 2009-02-21 2014-08-28 MTU Aero Engines AG Erosionsschutz-Beschichtungssystem für Gasturbinenbauteile
EP2481088B1 (en) 2009-09-23 2019-03-20 Crystalplex Corporation Passivated nanoparticles
US8268134B2 (en) * 2010-05-21 2012-09-18 General Electric Company System for protecting turbine engine surfaces from corrosion
DE102010022593A1 (de) * 2010-05-31 2011-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Kaltgasspritzen einer Schicht mit einer metallischen Gefügephase und einer Gefügephase aus Kunststoff, Bauteil mit einer solchen Schicht sowie Verwendungen dieses Bauteils
CH704833A1 (de) * 2011-04-04 2012-10-15 Alstom Technology Ltd Komponente für eine Turbomaschine und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Komponente.
US20140339497A1 (en) * 2011-06-20 2014-11-20 Crystalplex Corporation Stabilized nanocrystals
WO2013014213A2 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Eckart Gmbh Verfahren zur substratbeschichtung und verwendung additivversehener, pulverförmiger beschichtungsmaterialien in derartigen verfahren
DE102011052120A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Eckart Gmbh Verwendung speziell belegter, pulverförmiger Beschichtungsmaterialien und Beschichtungsverfahren unter Einsatz derartiger Beschichtungsmaterialien
DE102011052118A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Eckart Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf einem Substrat, Beschichtung und Verwendung von Partikeln
WO2013021922A1 (ja) * 2011-08-09 2013-02-14 旭硝子株式会社 ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置
US20130082446A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 General Electric Company Method of repairing rotating machine components
EP2781616A1 (en) 2013-03-19 2014-09-24 ALSTOM Technology Ltd Method for coating a component of a turbomachine and coated component for a turbomachine
JP6392027B2 (ja) * 2013-08-30 2018-09-19 株式会社東芝 タービン翼
ITCO20130067A1 (it) 2013-12-17 2015-06-18 Nuovo Pignone Srl Girante con elementi di protezione e compressore centrifugo
US10378450B2 (en) * 2014-05-27 2019-08-13 United Technologies Corporation Chemistry based methods of manufacture for MAXMET composite powders
EP3971262B1 (en) 2014-05-29 2024-04-24 Tectus Corporation Dispersion system for quantum dots
EP3029113B1 (en) * 2014-12-05 2018-03-07 Ansaldo Energia Switzerland AG Abrasive coated substrate and method for manufacturing thereof
DE102016002630A1 (de) * 2016-03-07 2017-09-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Haftvermittlerschicht zur Anbindung einer Hochtemperaturschutzschicht auf einem Substrat, sowie Verfahren zur Herstellung derselben
CN105779978A (zh) * 2016-05-12 2016-07-20 江苏固格澜栅防护设施有限公司 金属防护栏及制备方法
CN105779998A (zh) * 2016-05-12 2016-07-20 江苏固格澜栅防护设施有限公司 表面覆有ZrO2涂层的防护栏及其制备方法
JP7175265B2 (ja) 2016-05-19 2022-11-18 クリスタルプレックス コーポレーション カドミウムフリー量子ドット、調整可能な量子ドット、量子ドット含有ポリマー、それらを含有する物品、フィルム、および３ｄ構造ならびにそれらの作製および使用方法
US11130191B2 (en) * 2016-07-22 2021-09-28 Hamilton Sundstrand Corporation Method of manufacturing metal articles
US20180179623A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 GM Global Technology Operations LLC Thermal spray deposition of hollow microspheres
WO2018160195A1 (en) * 2017-03-03 2018-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Protective oxide coating for a thermal barrier coating formed from particles having a metal oxide core and an oxidizable metal shell
CN110636998A (zh) * 2017-03-14 2019-12-31 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 多孔陶瓷颗粒及形成多孔陶瓷颗粒的方法
US11319819B2 (en) * 2017-05-30 2022-05-03 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Turbine blade with squealer tip and densified oxide dispersion strengthened layer
CN109209528A (zh) * 2018-10-26 2019-01-15 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种氦气轮机机匣结构
CN111816856B (zh) * 2020-07-21 2022-08-26 深圳先进技术研究院 复合材料及其制备方法和负极

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4537632A (en) 1983-10-19 1985-08-27 Sermatech International, Inc. Spherical aluminum particles in coatings
US4744725A (en) * 1984-06-25 1988-05-17 United Technologies Corporation Abrasive surfaced article for high temperature service
US4741973A (en) * 1986-12-15 1988-05-03 United Technologies Corporation Silicon carbide abrasive particles having multilayered coating
JPH01287242A (ja) * 1988-05-11 1989-11-17 Hitachi Ltd 表面改質部品およびその製法
US4854196A (en) * 1988-05-25 1989-08-08 General Electric Company Method of forming turbine blades with abradable tips
JPH0819535B2 (ja) 1989-08-17 1996-02-28 トーカロ株式会社 高温熱処理炉用ロールおよびその製造方法
DE19521323A1 (de) * 1995-06-12 1996-12-19 Abb Management Ag Teil mit einer galvanisch aufgebrachten Beschichtung und Verfahren zur Herstellung von galvanischen Schichten
JPH1025578A (ja) * 1996-07-10 1998-01-27 Toshiba Corp 耐熱部材およびその製造方法
JPH1088368A (ja) * 1996-09-19 1998-04-07 Toshiba Corp 遮熱コーティング部材およびその作製方法
JPH10195547A (ja) * 1997-01-08 1998-07-28 Nippon Steel Corp 耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れたハースロールおよびその製造方法
US5968240A (en) 1997-08-19 1999-10-19 Sermatech International Inc. Phosphate bonding composition
US5863668A (en) * 1997-10-29 1999-01-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Controlled thermal expansion coat for thermal barrier coatings
US6168874B1 (en) * 1998-02-02 2001-01-02 General Electric Company Diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor
US6074464A (en) 1998-02-03 2000-06-13 Sermatech International, Inc. Phosphate bonded aluminum coatings
US6224657B1 (en) 1998-10-13 2001-05-01 Sermatech International, Inc. Hexavalent chromium-free phosphate-bonded coatings
US6455167B1 (en) * 1999-07-02 2002-09-24 General Electric Company Coating system utilizing an oxide diffusion barrier for improved performance and repair capability
US6372299B1 (en) * 1999-09-28 2002-04-16 General Electric Company Method for improving the oxidation-resistance of metal substrates coated with thermal barrier coatings
US6368394B1 (en) 1999-10-18 2002-04-09 Sermatech International, Inc. Chromate-free phosphate bonding composition
JP2003162962A (ja) * 1999-12-21 2003-06-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマディスプレイパネルおよびその製造方法
EP1263691B1 (de) * 2000-03-13 2004-12-15 Siemens Aktiengesellschaft Keramikmasse, verfahren zur herstellung der keramikmasse und verwendung der keramikmasse
US6346134B1 (en) * 2000-03-27 2002-02-12 Sulzer Metco (Us) Inc. Superalloy HVOF powders with improved high temperature oxidation, corrosion and creep resistance
US6635362B2 (en) * 2001-02-16 2003-10-21 Xiaoci Maggie Zheng High temperature coatings for gas turbines
EP1247941A1 (de) 2001-04-03 2002-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbinenschaufel
JP2003266588A (ja) * 2002-03-14 2003-09-24 Chubu Electric Power Co Inc 耐久性遮熱コーティング部材及びその製造方法
US6998151B2 (en) * 2002-05-10 2006-02-14 General Electric Company Method for applying a NiAl based coating by an electroplating technique
EP1524327A1 (de) * 2003-10-15 2005-04-20 Siemens Aktiengesellschaft Schicht mit intrakristallinen Einlagerungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АБРАИМОВ Н.В. и др. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001, с.266, 273-274. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007140252A (ru) 2009-05-10
WO2006103127A1 (de) 2006-10-05
EP1866459A1 (de) 2007-12-19
EP1707650A1 (de) 2006-10-04
CN101133188B (zh) 2011-12-14
CN101133188A (zh) 2008-02-27
EP1866459B1 (de) 2014-01-01
KR20070118169A (ko) 2007-12-13
JP5147682B2 (ja) 2013-02-20
JP2008537581A (ja) 2008-09-18
US20090202814A1 (en) 2009-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2395624C2 (ru) Материал и система слоев
RU2388845C2 (ru) Многослойная система тепловой защиты с фазой пирохлора
US5015502A (en) Ceramic thermal barrier coating with alumina interlayer
EP1321542B1 (en) Thermal barrier coating systems and materials
EP0848077B1 (en) Thermal barrier coating systems and materials
RU2464175C2 (ru) Керамический порошок, керамический слой и многослойная система с пирохлорной фазой и оксидами
US8114800B2 (en) Ceramic powder, ceramic layer and layer system having gadolinium/mixed crystal pyrochlore phases and oxides
US7968485B2 (en) Ceramic powder, ceramic layer and layer system of two pyrochlore phases and oxides
US20110164961A1 (en) Coating system for clearance control in rotating machinery
JP2006281783A (ja) 層組織
KR101540500B1 (ko) 파이로클로르 상을 갖는 2층의 다공성 층 시스템
JP5653421B2 (ja) ＭＣｒＡｌＸ層およびクロムリッチ層を含む層状コーティングシステムならびにその製造方法
RU2521924C2 (ru) Сплав, защитный слой и деталь
US6720088B2 (en) Materials for protection of substrates at high temperature, articles made therefrom, and method for protecting substrates
JP2009517241A (ja) ガドリニウム混晶パイロクロア相を有する層組織
JP2010241611A6 (ja) パイロクロア相と酸化物とを有するセラミック粉末、セラミック層及び層組織
RU2412277C2 (ru) Матрица и слоистая система с нестехиометрическими частицами
US8034469B1 (en) Two-level layer system with pyrochlore phase and oxides
KR20200084909A (ko) 합금, 보호층 및 부품
US7998600B2 (en) Dry composition, its use, layer system and coating process
GB2439312A (en) Protective coating for turbine components

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150131