RU2657884C2 - Двухслойное керамическое покрытие с различными микроструктурами - Google Patents

Двухслойное керамическое покрытие с различными микроструктурами Download PDF

Info

Publication number
RU2657884C2
RU2657884C2 RU2016119103A RU2016119103A RU2657884C2 RU 2657884 C2 RU2657884 C2 RU 2657884C2 RU 2016119103 A RU2016119103 A RU 2016119103A RU 2016119103 A RU2016119103 A RU 2016119103A RU 2657884 C2 RU2657884 C2 RU 2657884C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
ceramic coating
ceramic
layer
porosity
Prior art date
Application number
RU2016119103A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016119103A (ru
Inventor
Йенс ДЮСТЕРХЕФТ
Клаус ХОЙЗЕР
Маттиас РИХТЕР
Вернер ШТАММ
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 RU2016119103A publication Critical patent/RU2016119103A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2657884C2 publication Critical patent/RU2657884C2/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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides
    • 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
    • C23C28/04—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 only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—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 only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • 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
    • C23C28/34—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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F05D2230/312—Layer deposition by plasma spraying
    • 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
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/502—Thermal properties
    • F05D2300/5023—Thermal capacity
    • 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
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к керамическим покрытиям и может быть использовано в качестве теплоизоляционных покрытий на лопатках турбин. Двухслойное наружное керамическое покрытие состоит из нижнего керамического покрытия и наружного керамического покрытия, причем нижнее керамическое покрытие имеет пористость по меньшей мере 5%, почти не имеет или не имеет вертикальных трещин, в частности не имеет никаких сквозных вертикальных трещин, при этом наружное керамическое покрытие имеет максимальную толщину, составляющую 40% толщины нижнего керамического покрытия, пронизано вертикальными трещинами и имеет максимальную толщину 500 мкм. С помощью использования двухслойного керамического теплоизоляционного покрытия с высокопористым, не содержащим трещин нижним слоем и наружным, с вертикальными трещинами слоем теплоизоляционного покрытия гарантируется как высокая теплоизоляция, так и высокая стойкость к эрозии. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение касается керамического покрытия, являющегося двухслойным, причем слои имеют различные микроструктуры.
Керамические покрытия используются, в частности, в турбинных лопатках в качестве теплоизоляционных покрытий и обладают пористостью.
Также известны вертикально сегментированные теплоизоляционные покрытия, у которых возникают трещины при нанесении покрытия путем последующей отделки.
Однако существует проблема, что при повышении пористости для достижения большей теплоизоляции сокращается стойкость к эрозии теплоизоляционного покрытия, которое, как правило, наносится плазменным напылением.
Отсюда задачей изобретения является решение названной выше проблемы.
Задача решается с помощью системы теплоизоляционных слоев согласно пункту 1 формулы изобретения.
В подпунктах формулы перечислены прочие предпочтительные меры, которые могут быть произвольно скомбинированы друг с другом, чтобы достичь прочих преимуществ.
Преимущества заключены в хорошей теплоизоляции и хорошей стойкости к эрозии.
ПОКАЗАНО:
Фиг. 1 – 4 - примеры исполнения изобретения
Фиг. 5 - список суперсплавов и
Фиг. 6 – турбинная лопатка.
Описание и фигуры представляют только примеры исполнения изобретения.
На фигуре 1 и на фигурах с 2 по 4 соответственно представлена система 1‘, 1“, … слоев, которая имеет по меньшей мере металлическое основание 4.
Металлическое основание 4 имеет, в частности, суперсплав на кобальтовой или никелевой основе, в частности, согласно фигуре 5.
На подложку 4 (фиг. 1-4) нанесено предпочтительно металлическое усиливающее сцепление покрытие 7, совсем в частности непосредственно на подложку 4.
Это металлическое усиливающее сцепление покрытие 7 имеет предпочтительно сплав типа NiCoCrAL(X), на поверхности которого образуется при дальнейшем нанесении покрытия или при эксплуатации (ТGО) защитный слой оксида алюминия (не показано).
На подложку 4 или металлическое, усиливающее сцепление покрытие 7 наносится нижнее керамическое покрытие 10‘ (фиг.1) двухслойного наружного керамического теплоизоляционного покрытия 15‘.
Пористость предпочтительно указывается в об.%.
При этом предпочтительно для нижнего керамического покрытия 10‘ согласно фигуре 1 используется способ воздушно-плазменного напыления (АРS-способ), а нижнее керамическое покрытие 10‘ двухслойного наружного керамического теплоизоляционного покрытия (15‘) имеет пористость (12+/-4)%.
Нижнее керамическое покрытие 10‘ имеет предпочтительно толщину покрытия вплоть до 1 мм.
Минимальная толщина нижнего керамического покрытия 10‘ лежит по меньшей мере около 100 мкм, в частности по меньшей мере около 150 мкм (фиг. 1-4).
Наружное керамическое покрытие 13 на фигурах с 1 по 4 по сравнению с нижним покрытием 10‘, …,10IV двухслойных керамических теплоизоляционных покрытий 15‘, 15‘‘, … имеет плотное покрытие, которое вертикально пронизано трещинами, т.е. пористость лежит предпочтительно около <8%.
Минимальная толщина покрытия наружного керамического покрытия 13 составляет 30 мкм, в частности по меньшей мере 50 мкм (фиг. 1-4). Максимальная толщина покрытия наружного керамического покрытия 13 составляет максимально 500 мкм, в частности максимально 300 мкм (фиг. 1-4).
Пористость сегментированных покрытий, как здесь наружного керамического покрытия 13, соответствует таковой по уровню техники.
На фигуре 2 показан следующий пример исполнения с системой 1‘‘ слоев.
По сравнению с фигурой 1 нижний слой 10‘‘ керамического теплоизоляционного покрытия 15‘‘ имеет пористость (15+/-4)%.
Также предпочтительно нижнее керамическое покрытие 10‘‘ на фигуре 2 может иметь толщину покрытия вплоть до 1,5 мм, в частности >1 мм до 1,5 мм и при этом пористость (20+/-5)%.
Минимальная толщина покрытия наружного керамического покрытия 13 составляет 30 мкм, в частности по меньшей мере 50 мкм.
Также предпочтительно пористость нижнего керамического покрытия 10‘‘ на фигуре 2 может быть еще повышена до (25+/-5)%, и при этом предпочтительно достигаются толщины покрытий >1,5 мм.
Минимальная толщина покрытия наружного керамического покрытия 13 составляет 30 мкм, в частности по меньшей мере 50 мкм.
Фигура 3 показывает следующий пример исполнения соответствующей изобретению системы 1‘‘‘ слоев.
Нижнее керамическое покрытие 10‘‘‘ теплоизоляционного покрытия 15‘‘‘ имеет пористость предпочтительно больше 15% и было получено APS-способом. При этом, однако, поры были получены путем разбрызгивания керамического порошка, предпочтительно посредством полимеров.
Это создает характерную микроструктуру пор.
Нижнее керамическое покрытие 10‘‘‘ может иметь предпочтительно толщину покрытия в несколько миллиметров, в частности, ≥2 мм.
Минимальная толщина покрытия наружного керамического покрытия 13 составляет 30 мкм, в частности по меньшей мере 50 мкм.
На фигуре 4 представлена следующая соответствующая изобретению система 1IV слоев.
Нижнее керамическое покрытие 10IV двухслойного керамического теплоизоляционного покрытия 15IV получено способом плазменного напыления суспензии (SPS) и имеет пластичную стержневую структуру с определенной пористостью, которая лежит около 4%, и с трещинами до <8%.
Наружное покрытие 13 на фигуре 4 образовано в соответствии с минимальной толщиной покрытия и структурой и максимальной толщиной покрытия на фигурах 1–3.
В качестве материалов для наружных керамических теплоизоляционных покрытий 15‘, … 15IV рассматриваются оксид иттрия, частично стабилизированный оксид циркона или теплоизоляционные покрытия из полностью стабилизированного оксида циркона.
Также можно использовать пирохлор, такой как цирконат гадолиния, гафнат гадолиния, цирконат лантана, цирконат гадолиния.
При этом в зависимости от условий применения и возможностей производства могут меняться материалы для нижнего керамического покрытия 10‘, 10‘‘, … и наружного покрытия 13.
Двухслойное наружное керамическое покрытие 15 является предпочтительно наружным покрытием системы 1‘, 1‘‘, … слоев.
Фигура 6 показывает вид в перспективе рабочей лопатки120 или направляющей лопатки 130 гидравлической машины, которая располагается вдоль продольной оси 121.
Гидравлической машиной может быть газовая турбина самолета или силовой станции для производства электричества, паровой турбиной или компрессором.
Лопатка 120, 130 имеет вдоль продольной оси 212 следующие друг за другом зону 400 крепления, граничащее с ней основание 403 лопатки, а также рабочую часть 406 лопатки и вершину 415 лопатки.
В качестве направляющей лопатки 130 лопатка 130 может иметь на вершине 415 лопатки следующее основание (не представлено).
В зоне 400 крепления сформирована ножка 183 лопатки, которая служит для крепления направляющих лопаток 120, 130 на валу или диске (не представлено).
Ножка 183 лопатки выполнена, например, в виде Т-образной головки. Возможны другие исполнения ножки в форме елки или ласточкиного хвоста.
Лопатка 120, 130 имеет ребро 409 обтекания для среды, которая обтекает рабочую часть 406 лопатки, и кромку 412 отрыва.
У обычных лопаток 120, 130 используются во всех зонах 400, 403, 406 лопатки 120, 130, например сплошные металлические материалы, в частности суперсплавы.
Такие суперсплавы известны, например, из публикаций ЕР 1204776 В1, ЕР 1306454, ЕР 1319729 А1, WO 99/67435 или WO 00/44949.
При этом лопатка 120, 130 может быть изготовлена способом отливки, также посредством направленного отверждения, способом ковки, способом фрезерования или комбинациями из них.
Заготовки с монокристаллической структурой или структурами используются в качестве компонентов для машин, которые при эксплуатации подвержены высоким механическим, термическим и/или химическим нагрузкам.
Изготовление такого рода монокристаллических заготовок происходит, например, путем направленного отверждения из сплава. При этом речь идет о способах литья, при которых жидкий металлический сплав отверждается до монокристаллической структуры, т.е. до монокристаллической заготовки, или отверждается направленно.
При этом дендритные кристаллы направляются вдоль теплового потока и образуют или стержневую кристаллическую зернистую структуру (столбчатую, т.е. зерна, которые расположены по всей длине заготовки и здесь, согласно общему словоупотреблению, обозначаются как направленно отвержденные), или монокристаллическую структуру, т.е. вся заготовка состоит из единственного кристалла. В этом способе необходимо избегать перехода к равноосному (поликристаллическому) отверждению, поскольку по необходимости путем ненаправленного роста образуются поперечные и продольные границы между зернами, которые сводят на нет хорошие свойства направленно отвержденного или монокристаллического компонента.
Если в общем речь идет о направленно отвержденных структурах, под этим подразумеваются как монокристаллы, которые не имеют границ зерен или самое большее имеют границы зерен с малым углом разориентировки, так и стержневые кристаллические структуры, которые, видимо, имеют проходящие в продольном направлении границы зерен, но не имеют поперечных границ зерен. О этих упомянутых во втором случае кристаллических структур также говорят о направленно отвержденных структурах (directionallysolidifiedstructures).
Такие способы известны из публикаций US-PS 6024792 и ЕР 0892090 А1.
Также лопатки 120, 130 могут иметь покрытия от коррозии или окисления, например (MCrAlX; М – это по меньшей мере элемент группы железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), Х – это активный элемент и означает иттрий (Y) и/или кремний и/или по меньшей мере редкоземельный элемент, соответственно гафний (Hf)). Такие сплавы известны из публикаций ЕР 0486489 В1, ЕР 0786017 В1, ЕР 0412397 В1 или ЕР 1306454 А1.
Плотность составляет предпочтительно 95% теоретической плотности.
Из МCrAlX-покрытия (в качестве промежуточного покрытия или в качестве наружного покрытия) образуется защитный слой оксида алюминия (TGO=thermalgrownoxidelayer).
Предпочтительно состав покрытия имеет Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si или Co-28Ni-24Cr-10Al-0,6Y. Наряду с этими защитными покрытиями на основе кобальта используются также предпочтительно защитные покрытия на основе никеля, такие как Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re, или Ni-12Co-21Cr-11Al-0,4Y-2Re, или Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.
На MCrAlX также может иметься еще теплоизоляционное покрытие, которое предпочтительно является наружным покрытием и состоит, например, из ZrO2, Y2O3-ZrO2, т.е. оно не стабилизировано, частично или полностью стабилизировано с помощью оксида иттрия, и/или оксида кальция, и/или оксида магния.
Теплоизоляционное покрытие покрывает все MCrAlX-покрытие. Посредством соответствующего способа нанесения покрытий, такого как электронно-лучевое испарение (ЕВ-PVD), создаются зерна в форме стержней в теплоизоляционном покрытии.
Возможны другие способы нанесения покрытий, например, плазменное напыление при атмосферном давлении (APS), LPPS, VPS или CVD. Теплоизоляционное покрытие может иметь пористые, пораженные микро- или макротрещинами зерна для лучшей стойкости к тепловому удару. Итак, теплоизоляционное покрытие предпочтительно более пористое, чем покрытие MCrALX.
Реконструкция (Refurbishment) означает, что компоненты 120, 130 после их использования должны быть соответственно освобождены от защитных покрытий (например, пескоструйным путем). Затем производится удаление коррозионных и/или окисленных слоев, соответственно, продуктов. Также соответственно еще чинятся трещины в компонентах 120, 130. Затем производится повторное нанесение покрытия на компоненты 120, 130 и новое использование компонента 120, 130.
Лопатка 120, 130 может быть выполнена полой или сплошной. Если лопатка 120, 130 должна быть охлаждена, то она полая и имеет соответственно еще отверстия 418 для охлаждения слоя (обозначены штриховкой).

Claims (47)

1. Двухслойное наружное керамическое покрытие,
которое имеет нижнее керамическое покрытие и наружное керамическое покрытие,
причем нижнее керамическое покрытие имеет пористость по меньшей мере 5%,
в частности по меньшей мере 8%,
особенно предпочтительно по меньшей мере 10% и
почти не имеет или не имеет вертикальных трещин,
в частности не имеет никаких сквозных вертикальных трещин,
причем наружное керамическое покрытие имеет толщину покрытия максимально 40%,
в частности максимально 20%,
особенно предпочтительно максимально 10% толщины покрытия нижнего керамического покрытия, и причем наружное керамическое покрытие пронизано вертикальными трещинами,
и причем наружное керамическое покрытие имеет максимальную толщину покрытия 500 мкм, в частности 300 мкм.
2. Покрытие по п. 1,
в котором наружное керамическое покрытие имеет минимальную толщину покрытия 30 мкм,
в частности 40 мкм,
особенно предпочтительно 50 мкм.
3. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического покрытия имеет пористость (12+/-4)% и
в частности толщину покрытия вплоть до 1 мм.
4. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического покрытия имеет пористость (15+/-4)% и
в частности толщину покрытия вплоть до 1 мм.
5. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического покрытия имеет пористость (20+/-5)% и
имеет в частности толщину покрытия вплоть до 1,5 мм,
в частности от >1 мм до 1,5 мм.
6. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие керамического покрытия имеет пористость (25+/-5)% и
имеет в частности толщину покрытия >1,5 мм.
7. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие имеет пористость >15%.
8. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие теплоизоляционного покрытия имеет пластичную стержневую структуру.
9. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического теплоизоляционного покрытия изготовлено способом воздушно-плазменного напыления (APS).
10. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического теплоизоляционного покрытия изготовлено разбрызгиванием керамических порошков с полимерами.
11. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие двухслойного керамического теплоизоляционного покрытия изготовлено путем плазменного напыления суспензии (SPS).
12. Покрытие по п. 1,
в котором материалы для нижнего керамического покрытия и наружного керамического покрытия выбраны из оксида циркония, частично стабилизированного или полностью стабилизированного, и/или пирохлоров.
13. Покрытие по п. 1,
в котором двухслойное керамическое покрытие представляет собой наружное покрытие.
14. Покрытие по п. 1,
в котором нижнее керамическое покрытие имеет минимальную толщину по меньшей мере 100 мкм,
в частности 150 мкм.
15. Покрытие по п. 1,
в котором наружное керамическое покрытие сформировано плотно c пористостью менее 8%.
RU2016119103A 2013-10-22 2014-05-13 Двухслойное керамическое покрытие с различными микроструктурами RU2657884C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20130189688 EP2865781A1 (de) 2013-10-22 2013-10-22 Zweilagige keramische Schicht mit unterschiedlichen Mikrostrukturen
EP13189688.8 2013-10-22
PCT/EP2014/059738 WO2015058866A1 (de) 2013-10-22 2014-05-13 Zweilagige keramische schicht mit unterschiedlichen mikrostrukturen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016119103A RU2016119103A (ru) 2017-11-28
RU2657884C2 true RU2657884C2 (ru) 2018-06-18

Family

ID=49484128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016119103A RU2657884C2 (ru) 2013-10-22 2014-05-13 Двухслойное керамическое покрытие с различными микроструктурами

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20160251971A1 (ru)
EP (2) EP2865781A1 (ru)
JP (1) JP2016537505A (ru)
KR (1) KR20160058887A (ru)
CN (1) CN105658836A (ru)
RU (1) RU2657884C2 (ru)
WO (1) WO2015058866A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014222686A1 (de) * 2014-11-06 2016-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Doppellagige Wärmedämmschicht durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren
US10094232B2 (en) * 2015-08-13 2018-10-09 United Technologies Corporation Self crystalline orientation for increased compliance
EP3153602A1 (en) * 2015-10-07 2017-04-12 Siemens Aktiengesellschaft Dvc-ceramic layer with underlying porous ceramic sublayer
DE102015223576A1 (de) 2015-11-27 2017-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Lokale zweilagige Wärmedämmschicht
JP6908973B2 (ja) * 2016-06-08 2021-07-28 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン、ならびに遮熱コーティングの製造方法
EP3712379A1 (en) * 2019-03-22 2020-09-23 Siemens Aktiengesellschaft Fully stabilized zirconia in a seal system
US20230018563A1 (en) * 2020-08-25 2023-01-19 Steven Christopher Welch High precision trackpad and methods of manufacture
JP7516293B2 (ja) * 2021-03-03 2024-07-16 株式会社東芝 耐熱部材および発電システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07243018A (ja) * 1994-03-08 1995-09-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱皮膜の表面改質方法
RU2147624C1 (ru) * 1994-10-14 2000-04-20 Сименс АГ Защитный слой для защиты детали от коррозии, окисления и термической перегрузки, а также способ его изготовления
US20070036997A1 (en) * 2005-06-30 2007-02-15 Honeywell International, Inc. Thermal barrier coating resistant to penetration by environmental contaminants
EP2270313A2 (en) * 2009-06-30 2011-01-05 Hitachi, Ltd. High-temperature resistant gas turbine component
US20120276355A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Sansom David G Damage resistant thermal barrier coating and method

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE58908611D1 (de) 1989-08-10 1994-12-08 Siemens Ag Hochtemperaturfeste korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für gasturbinenbauteile.
DE3926479A1 (de) 1989-08-10 1991-02-14 Siemens Ag Rheniumhaltige schutzbeschichtung, mit grosser korrosions- und/oder oxidationsbestaendigkeit
EP0861927A1 (de) 1997-02-24 1998-09-02 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
EP0892090B1 (de) 1997-02-24 2008-04-23 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
WO1999067435A1 (en) 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
US6231692B1 (en) 1999-01-28 2001-05-15 Howmet Research Corporation Nickel base superalloy with improved machinability and method of making thereof
WO2001009403A1 (de) 1999-07-29 2001-02-08 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges bauteil und verfahren zur herstellung des hochtemperaturbeständigen bauteils
US6730413B2 (en) * 2001-07-31 2004-05-04 General Electric Company Thermal barrier coating
DE50104022D1 (de) 2001-10-24 2004-11-11 Siemens Ag Rhenium enthaltende Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen
DE50112339D1 (de) 2001-12-13 2007-05-24 Siemens Ag Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung
US20060147699A1 (en) * 2002-10-03 2006-07-06 Alberta Research Council Inc. Protective ceramic coating
US20080145694A1 (en) * 2006-12-19 2008-06-19 David Vincent Bucci Thermal barrier coating system and method for coating a component
ATE514663T1 (de) * 2007-05-07 2011-07-15 Siemens Ag Keramisches pulver, keramische schicht und schichtsystem mit pyrochlorphase und oxiden
DE102008007870A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Wärmedämmschichtsystem sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US20100124616A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-20 General Electric Company Method of forming an abradable coating
EP2230329A1 (de) * 2009-03-18 2010-09-22 Siemens Aktiengesellschaft Zweilagiges poröses Schichtsystem mit Pyrochlor-Phase
US20110151219A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Bangalore Nagaraj Coating Systems for Protection of Substrates Exposed to Hot and Harsh Environments and Coated Articles
JP5643567B2 (ja) * 2010-08-02 2014-12-17 ポーライト株式会社 流体動圧軸受の製造方法
JP5561733B2 (ja) * 2010-12-28 2014-07-30 株式会社日立製作所 遮熱コーティングを有するガスタービン用部品と、それを用いたガスタービン
US20130224453A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 United Technologies Corporation Spallation-Resistant Thermal Barrier Coating
EP2644824A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung und Wiederherstellung von keramischen Wärmedämmschichten in Gasturbinen sowie dazugehörige Gasturbine
JP5657048B2 (ja) * 2013-03-19 2015-01-21 三菱重工業株式会社 耐高温部材及びガスタービン

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07243018A (ja) * 1994-03-08 1995-09-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱皮膜の表面改質方法
RU2147624C1 (ru) * 1994-10-14 2000-04-20 Сименс АГ Защитный слой для защиты детали от коррозии, окисления и термической перегрузки, а также способ его изготовления
US20070036997A1 (en) * 2005-06-30 2007-02-15 Honeywell International, Inc. Thermal barrier coating resistant to penetration by environmental contaminants
EP2270313A2 (en) * 2009-06-30 2011-01-05 Hitachi, Ltd. High-temperature resistant gas turbine component
US20120276355A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Sansom David G Damage resistant thermal barrier coating and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016537505A (ja) 2016-12-01
WO2015058866A1 (de) 2015-04-30
EP3033439A1 (de) 2016-06-22
RU2016119103A (ru) 2017-11-28
US20160251971A1 (en) 2016-09-01
CN105658836A (zh) 2016-06-08
KR20160058887A (ko) 2016-05-25
EP2865781A1 (de) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2657884C2 (ru) Двухслойное керамическое покрытие с различными микроструктурами
US20140339206A1 (en) Remelting method and subsequent refilling and component
US20140332512A1 (en) Laser drilling without burr formation
US8920882B2 (en) Setting the quantity of cooling air for a turbine blade or vane by controlled overspray
US10513935B2 (en) Method for producing and restoring ceramic heat insulation coatings in gas turbines and associated gas turbine
US9212561B2 (en) Layer system comprising an nicocraly double protective layer with differing chromium content and alloy
US20140248157A1 (en) Blade or vane of differing roughness and production process
US20140093669A1 (en) Process for protecting a component, process for laser drilling and component
US20160312622A1 (en) Thermal barrier coating of a turbine blade
US20190240787A1 (en) Three-stage process for producing cooling air bores by means of a nanosecond and millisecond laser and component
RU2618988C2 (ru) Способ оптимизации газовой турбины к области ее применения
US20150151321A1 (en) Method for producing a bevel, component having a bevel and apparatus
US20110079635A1 (en) Removal of brazed metal sheets
US20130153555A1 (en) Process for laser machining a layer system having a ceramic layer
US20100288823A1 (en) Application of Solder to Holes, Coating Processes and Small Solder Rods
US20160024941A1 (en) Porous ceramic layer system
US20140124484A1 (en) Weld pool backing at the edge region
US9309587B2 (en) Plasma spray nozzle with internal injection
US20160325382A1 (en) Method for protecting a component, laser drilling method, and component
US9029729B2 (en) Reopening of cooling-air bores using a nanosecond laser in the microsecond range
KR101662416B1 (ko) 크롬 함량이 상이한 NiCoCrAlY-이중 보호층을 구비한 층 시스템 및 합금
US20150354050A1 (en) Deposition welding with external thick frame contours
US20180030836A1 (en) Solid hollow component with sheet metal for producing a cavity
US20190255659A1 (en) Material mixture, method for protecting a component, method for laser drilling, and component
US9057597B2 (en) Method for determining the roughness of an internal surface

Legal Events

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

Effective date: 20190514