WO1989007159A1 - Metallic object, in particular gas turbine blade with protective coating - Google Patents

Metallic object, in particular gas turbine blade with protective coating Download PDF

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WO1989007159A1
WO1989007159A1 PCT/DE1989/000023 DE8900023W WO8907159A1 WO 1989007159 A1 WO1989007159 A1 WO 1989007159A1 DE 8900023 W DE8900023 W DE 8900023W WO 8907159 A1 WO8907159 A1 WO 8907159A1
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layer
coating layer
metal object
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chromium
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PCT/DE1989/000023
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French (fr)
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Friedhelm Schmitz
Norbert Czech
Bruno Deblon
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—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 only including layers of metallic material
    • C23C28/023—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 only including layers of metallic material only coatings of metal elements only

Definitions

  • Metal object in particular gas turbine blade with protective coating
  • the present invention relates to a metal object, in particular a component of a gas turbine plant, for. B.
  • a blade according to the preamble of claim 1.
  • Many components which are exposed to hot gas, in particular in gas turbines, are subject to thermal, mechanical and erosive stresses and are also to a large extent corrosive influences. Coverings that form from salts, the origin of which can be attributed to fuel and air pollution, together with some gaseous substances lead to corrosive damage by high-temperature corrosion (HTK).
  • HTK high-temperature corrosion
  • the corrosion exciters can be very heterogeneous.
  • the type and origin of the fuels and, on the other hand, the composition of the combustion air determine the different forms of attack that come about through different chemical mechanisms.
  • the combustion air may contain heavy metals, alkalis and / or chlorides.
  • coating layers including multiple coatings for components exposed to hot gas, are known from the literature in large numbers for different purposes.
  • DE-C-28 26 910 it is known from DE-C-28 26 910 to provide metal objects with a graduated coating.
  • the innermost layer is a diffusion layer mainly containing chromium.
  • the graded coating described is generally intended to protect the metal object against heat corrosion, in which case corrosion tests at temperatures of about 925 ° C. are described.
  • DE-C-28 26 909 discloses a further double layer for metal objects subjected to such loads, an inner partial layer containing portions of the elements aluminum, chromium and yttrium.
  • US Pat. No. 3,649,225 also describes double layers which are intended to prevent high-temperature corrosion.
  • the lower, generally thin layer does not itself serve as protection against external attack, but only improves the durability and adhesion of the upper layer.
  • the known layer systems protect a component against oxidation and corrosion at very high temperatures, but intensive studies have shown that the known layers do not simultaneously protect against a different type of corrosion attack at temperatures between 600 "and 800" C. As can be seen from FIG. 1 of the drawing, there are 2 different types of attack for high-temperature corrosion after investigations which have become known.
  • Fig. 1 shows that in addition to the high-temperature corrosion already mentioned in the range of approximately 850 ° C. (hereinafter referred to as HTKI), whereas the known protective layers are designed, there is another strong corrosion mechanism which has a maximum in the range of approximately 700 * C.
  • Fig. 1 shows a diagram in which the rate of corrosion versus temperature is plotted.
  • the object of the present invention is therefore to create a combination of protective layers which makes a metal object resistant to both known attack techniques e ⁇ , HTKI and HTKII and thus increases the service life of the component.
  • a metal object with the coatings according to the characterizing features of claim 1 is proposed. Then the component is first provided with a layer which, owing to its thickness or composition, has great resistance to attack mechanisms at temperatures of 600 ° to 800 ° C. Furthermore, a second coating layer is applied, which is particularly resistant to attacks at 800 "to 900" C.
  • This structure is based on the knowledge that components which are exposed to hot gas are generally cooled internally, so that there is a temperature gradient from the outermost layer to the interior of the component inner layer against the attack mechanism designed at lower temperatures, while the outer layer should protect against corrosion at high temperatures.
  • a component does not in principle have to be completely provided with both layers, provided that the temperature load of individual areas is different.
  • the invention should therefore of course also include the double coating only in partial areas of the metal objects.
  • the proposed arrangement of the layers has the advantage that the service life of a component is increased in any case, even if the average prevailing attack mechanism is different at different locations on the component and is not necessarily known. If, for example, a special one well-cooled part of the component is mainly in the temperature range around 700 ° C even during full load operation, so the outermost protective layer, which is not optimized for this type of attack, is gradually destroyed, but subsequently protects the layer underneath.
  • FIG. 2 shows an example of the effects of the double layer on the operating time in a diagram.
  • the consumption is plotted against the operating time and typical consumption curves for different temperature stresses of different parts of a component are shown.
  • FIG. 3 shows the effect of a thermal barrier layer over a corrosion protection layer in an internally cooled component.
  • the diagram shows two typical temperature profiles inside and outside the component and the protective layers.
  • a diffusion layer applied to the metal object with a chromium content greater than 50% is suitable as the first coating layer.
  • Such diffusion layers are known per se according to the prior art, in particular from DE-C-28 26 910. However, their beneficial effect compared to HTKII when combined with a second coating layer against HTKI was not recognized.
  • An additional amount of iron or manganese, e.g. B. 10 to 30% (all the following data are percentages by weight) the thickness of such a diffusion layer can be increased to over 0.130 mm, the possible layer thickness also increasing with increasing proportion of iron or manganese, which of course reduces the service life HTKII conditions increased.
  • a support layer can also be provided. which can be applied, for example, by low-pressure plasma spraying.
  • This layer should contain 30 to 55%, preferably about 40%, chromium and 0.5 to 2%, preferably about 1%, of at least one of the elements from the group of rare earths, yttrium, scandium, hafnium, zirconium, Niobium, tantalum, silicon. If at all, aluminum should only be present in small amounts, namely less than 5%, preferably even less than 3.
  • the rest of the layer consists of one or a mixture of the elements iron, cobalt, nickel, in which case production-related impurities can be added.
  • the chromium content can be chosen lower, namely between 15 and 50%, to achieve an equally good effect. , preferably between about 20 and 30%.
  • Claim 5 teaches that the second coating layer should belong to the MCrAlY type.
  • Such layers are also known per se according to the prior art, e.g. B. again from DE-C 28 26 910.
  • this combination in particular results in a particularly long service life of the metal objects at different temperatures.
  • the second coating layer should have the following composition: 15 to 40% chromium, preferably approximately 20 to 30%; 3 to 15% aluminum, preferably about 7 to 12%; 0.2 to 3% of at least one element from the group of rare earths, yttrium, tantalum, hafnium, scandium, zirconium, niobium, rhenium, silicon, preferably about 0.7%, rest of at least one of the elements made of cobalt, nickel, and manufacturing-related impurities.
  • the second coating layer should be applied by plasma spraying, in particular low-pressure plasma spraying.
  • a diffusion barrier layer can significantly increase the service life.
  • Such a layer can consist, for example, of titanium nitride or titanium carbide.
  • one possibility of protection against particularly high temperatures is to prevent the temperatures from reaching the metallic layers.
  • This can be achieved by thermal barrier layers on the outside of the metal object. These layers have the effect that the underlying metallic layers only have temperatures against which they are designed.
  • it can be advantageous according to claim 9 to oxidize the surface of the second coating layer before the thermal barrier layer is applied.
  • a total coating thickness of over 0.3 mm can be achieved.
  • a component 1 has a first metallic coating layer 2, which is optimized against HTKII or is resistant due to its thickness. Above it is a second coating layer 3, which is resistant to HTKI. If necessary, there may be diffusion barrier layers 4, 5 between the base material 1 and the first coating layer 2 and / or between the first coating layer 2 and the second coating layer 3, which hinder the concentration compensation of individual elements by diffusion. Finally, a thermal barrier layer 6, which protects against particularly high temperatures, can also be attached on the very outside.
  • the multiple coatings according to the invention are particularly suitable for blades and parts of gas turbines in which individual, e.g. B. cooled components, locally different temperatures occur, such as in systems that are operated at times at full load and sometimes only at partial load.
  • thick multiple protective layers can be applied to such components, which usually consist of nickel-based alloys, which considerably extend the service life of the components, in particular of the blades.
  • the coatings described can, as far as this is economically justifiable, be supplemented by further similar or different coatings.

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Description

Metallgegenstand, insbesondere Gasturbinenschaufel mit Schutz- beschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metallgegeπstand, ins¬ besondere ein Bauteil einer Gasturbinenanlage, z. B. eine Schaufel, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Viele mit Heißgas beaufschlagte Bauteile, insbesondere bei Gasturbinen, unterliegen neben thermischen, mechanischen und erosiven Be¬ anspruchungen auch in starkem Maße korrosiven Einflüssen. Beläge, die sich aus Salzen bilden, deren Herkunft auf Brenn¬ stoff- und Luftverunreinigungen zurückzuführen ist, führen zusammen mit einigen gasförmigen Stoffen zur korrosiven Schä¬ digung durch Hochtemperaturkorrosion (HTK) . Die Korrosions¬ erreger können sehr heterogen sein. Einerseits bestimmen Art und Herkunft der Brennstoffe und andererseits die Zusammen¬ setzung der Verbrennungsluft die unterschiedlichen Angriffs¬ formen, die durch unterschiedliche chemische Mechanismen zu¬ stande kommen. Bei den Brennstoffen können variierender Schwe¬ felgehalt in Erdgasen und Erdölen, Vanadium-Anteile in Schwer¬ öl, Schwermetalle in Gichtgas und Schwermetalle und Chloride in Kohlegas Einfluß ausüben. Bei der Zusammensetzung der Ver¬ brennungsluft spielen die in ihr enthaltenen flüssigen und festen Aerosole eine entscheidende Rolle, wobei je nach Stand¬ ort der Anlage in der Verbrennungsluft Schwermetalle, Alkalien und/oder Chloride enthalten sein können.
Verschiedene Überzugsschichten, auch Mehrfachbeschichtungen für mit Heißgas beaufschlagte Bauteile, sind aus der Literatur in größerer Anzahl für verschiedene Zwecke bekannt. Insbesondere ist aus der DE-C-28 26 910 bekannt, Metallgegenstände mit einem abgestuften Überzug zu versehen. Dabei ist die innerste Schicht eine hauptsächlich Chrom enthaltende Diffusionsschicht. Der beschriebene abgestufte Überzug soll generell den Metall¬ gegenstand gegen Hitzekorrosion schützen, wobei in diesem Falle Korrosionsversuche bei Temperaturen von etwa 925° C beschrie¬ ben werden.
Aus der DE-C-28 26 909 ist eine weitere Doppelschicht für der¬ artig belastete Metallgegenstände bekannt, wobei eine innere Teilschicht Anteile der Elemente Aluminium, Chrom und Yttrium enthält. Auch in der US-PS 3,649,225 sind Doppelschichten be¬ schrieben, die die Hochtemperaturkorrosion verhindern sollen. Bei den meisten bekannten Doppelschichten dient die untere, im allgemeinen dünne Schicht nicht selbst als Schutz gegen einen äußeren Angriff, sondern verbessert nur die Haltbarkeit und Haftung der oberen Schicht.
Die bekannten Schichtsysteme schützen ein Bauteil zwar gegen Oxidation und Korrosion bei sehr hohen Temperaturen, jedoch haben intensive Untersuchungen gezeigt, daß die bekannten Schichten nicht zugleich gegen einen andersartigen Korrosions- ' angriff bei Temperaturen zwischen 600" und 800" C schützen. Wie aus Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, gibt es nämlich nach inzwischen bekanntgewordenen Untersuchungen 2 unterschiedliche Angriffsarten für Hochtemperaturkorrosion.
Fig. 1 zeigt, daß es neben der schon erwähnten Hochtemperatur¬ korrosion im Bereich von etwa 850" C (im folgenden als HTKI bezeichnet), wogegen die bekannten Schutzschichten ausgelegt sind, einen anderen starken Korrosionsmechanismus gibt, welcher ein Maximum im Bereich von etwa 700* C hat. Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in welchem die Korrosionsrate gegen die Temperatur - aufgetragen ist.
Bei bestimmten Betriebsweisen von Gasturbinenanlagen, insb. in Fällen, in denen die Turbine über längere Zeiträume im Teil¬ lastbereich arbeitet, spielt nun der Korrosionsmechanismus bei 700* C (im folgenden als HTKII bezeichnet) für die Lebens¬ dauer von Bauteilen* eine entscheidende Rolle. Es hat sich näm¬ lich gezeigt, daß diese Art der Korrosion bei Teillastbetrieb allmählich die gegen Angriffe bei höheren Temperaturen geeigneten Schutzschichten zerstört, so daß anschließend bei Voll-Lastbetrieb und wieder höherer Temperatur die Bauteile ungeschützt den übrigen Angriffsmechanismeπ ausgesetzt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kombina¬ tion von Schutzschichten zu schaffen, die einen Metallgegen¬ stand gegenüber beiden bekannten Angriffmechnis eπ, HTKI und HTKII widerstandsfähig macht und so die Standzeit des Bauteiles erhöht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Metallgegenstand mit den Be¬ schichtungen gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Danach wird das Bauteil zunächst mit einer Schicht versehen, welche aufgrund ihrer Dicke oder Zusammen¬ setzung eine große Widerstandsfähigkeit gegen Angriffsmechanis¬ men bei Temperaturen von 600° bis 800" C hat. Weiter wird eine zweite Überzugsschicht aufgebracht, welche besonders wider¬ standsfähig gegen Angriffe bei 800" bis 900" C ist. Dieser Aufbau geht von der Erkenntnis aus, daß mit Heißgas beauf¬ schlagte Bauteile im allgemeinen innen gekühlt werden, so daß ein Temperaturgefälle von der äußersten Schicht bis in das Innere des Bauteiles besteht. Daher wird zunächst die weiter innen liegende Schicht gegen den Angriffsmechanismus bei niedri gerer Temperatur ausgelegt, während die äußere Schicht gegen die Korrosion bei hohen Temperaturen schützen sollte.
Anzumerken ist noch, daß nicht grundsätzlich ein Bauteil voll¬ ständig mit beiden Schichten versehen sein muß, sofern die Temperaturbelastung einzelner Bereiche unterschiedlich ist. Die Erfindung soll daher natürlich auch die Doppelbeschichtung nur in Teilbereichen der Metallgegenstände umfassen. Die vorge¬ schlagene Anordnung der Schichten hat jedoch den Vorteil, daß die Standzeit eines Bauteiles in jedem Falle erhöht wird, selbst wenn der durchschnittlich vorherrschende Angriffmechanis mus an verschiedenen Stellen des Bauteiles unterschiedlich und nicht unbedingt bekannt ist. Falls beispielsweise ein besonders gut gekühlter Teilbereich des Bauteiles sich auch bei Voll- Lastbetrieb überwiegend im Temperaturbereich um 700° C be¬ findet, so wird zwar die äußerste Schutzschicht, die für diese Angriffsart nicht optimiert ist, allmählich zerstört, jedoch schützt anschließend die darunterliegende Schicht.
Fig. 2 zeigt beispielhaft in einem Diagramm die Auswirkungen der Doppelschicht auf die Betriebszeit. In diesem Diagramm ist die Abzehrung gegen die Betriebszeit aufgetragen und es sind typische Abzehrungskurven für unterschiedliche Tem¬ peraturbeanspruchungen verschiedener Teilbereiche eines Bau¬ teils eingezeichnet.
Fig. 3 zeigt schließlich noch die Wirkung einer Thermobarriere- schicht über einer Korrosionsschutzschicht bei einem innenge¬ kühlten Bauteil. Das Diagramm zeigt 2 typische Temperaturpro¬ file innerhalb und außerhalb des Bauteiles und der Schutzschich¬ ten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den An¬ sprüchen 2 bis 10 vorgeschlagen.
Gemäß Anspruch 2 eignet sich als erste Überzugsschicht eine auf den Metallgegenstand aufgebrachte Diffusionsschicht mit einem Chromgehalt größer als 50 % . Solche Diffusionsschichten sind an sich nach dem Stand der Technik, insbesondere aus der DE-C-28 26 910 bekannt. Ihre günstige Wirkung gegenüber HTKII bei Kombination mit einer zweiten Überzugsschicht gegen HTKI wurde jedoch nicht erkannt. Durch einen zusätzlichen Anteil an Eisen oder Mangan, z. B. 10 bis 30 % (alle folgenden Anga¬ ben sind Gewichtsprozente), kann die Dicke einer solchen Dif¬ fusionsschicht auf über 0,130 mm gesteigert werden, wobei mit steigendem Anteil an Eisen oder Mangan auch die mögliche Schichtdicke zunimmt, was natürlich die Standzeit unter HTKII- Bedingungen erhöht.
Statt einer ersten Überzugsschicht als Diffusionsschicht kann gemäß dem Anspruch 3 auch eine Auflageschicht vorgesehen werden. die sich beispielsweise durch Niederdruck-Plasmaspritzen auf¬ bringen läßt. Diese Schicht sollte 30 bis 55 %, vorzugswei¬ se etwa 40 %, Chrom enthalten und 0,5 bis 2 %, vorzugsweise etwa 1 %, von mindestens einem der Elemente aus der Gruppe der seltenen Erden, Yttrium, Scaπdium, Hafnium, Zirkonium, Niob, Tantal, Silizium. Aluminium sollte, wenn überhaupt, nur in geringen Mengen, nämlich weniger als 5 %, vorzugsweise sogar weniger als 3 , vorhanden sein. Der Rest der Schicht be¬ steht aus einem oder einer Mischung der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel, wobei herstellungsbedingte Verunreinigungen hinzukom¬ men können.
Verwendet man kein Kobalt, sondern nur eines oder eine Mi¬ schung der Elemente aus Eisen und Nickel für die erste Über¬ zugsschicht, so kann zur Erreichung einer gleich guten Wirkung der Chromgehalt gemäß dem Anspruch 4 niedriger gewählt werden, nämlich zwischen 15 und 50 %, vorzugsweise etwa zwischen 20 und 30 %.
Der Anspruch 5 lehrt, daß die zweite Überzugsschicht zum Typ MCrAlY gehören soll. Auch solche Schichten sind grundsätz¬ lich nach dem Stand der Technik an sich bekannt, z. B. wiederum aus der DE-C 28 26 910. Die Erkenntnis jedoch, eine solche Überzugsschicht nicht nur gegen HTKI zu optimieren, sondern außerdem noch in Kombination mit einer darunterliegenden, gegen HTKII optimierten Schicht zu benutzen, ist aus dem Stand der Technik nicht zu entnehmen. Gerade diese Kombination bewirkt jedoch eine besonders lange Standzeit der Metallgegenstände bei örtlich unterschiedlichen Temperaturen. Erfindungsgemäß soll die zweite Auflageschicht folgende Zusammensetzung haben: 15 bis 40 % Chrom, vorzugsweise etwa 20 bis 30 %; 3 bis 15 % Aluminium, vorzugsweise etwa 7 bis 12 % ; 0,2 bis 3 % von mindestens einem Element aus der Gruppe seltener Erden, Yttrium, Tantal, Hafnium, Scandium, Zirkonium, Niob, Rhenium, Silizium, vorzugsweise etwa 0,7 % -, Rest mindestens eines der Elemente aus Kobalt, Nickel, sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen. Gemäß Anspruch 6 wird vorgeschlagen, daß die zweite Über¬ zugsschicht durch Plasmaspritzen, insb. Niederdruckplasma¬ spritzen, aufgebracht werden soll. Grundsätzlich kommen ver¬ schiedene Beschichtungsverfahren in Betracht, wie sie auch schon in der DE-C-28 26 910 beschrieben sind, jedoch läßt das Niederdruck-Plasmaspritzen das Aufbringen besonders haftfähiger und oxidfreier Schichten größerer Schichtdicke zu. Dementspre¬ chend kann es sein, daß die äußere Überzugsschicht eine größere Schichtdicke als die innere hat.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem alle unterschied¬ lichen Überzugsschichten durch Diffusion mit dem Metallgegen¬ stand und untereinander verbunden sein sollen, kann es für die erfindungsgemäß opitimierten Schichten und deren Beständigkeit von Bedeutung sein, daß Diffusionsvorgänge zwischen den Schich¬ ten durch eine Diffusionsbarriereschicht verhindert werden. Dies ist Gegenstand des Anspruchs 7. Bei sehr präzise für be¬ stimmte Bedingungen optimierte Schichten ist es unerwünscht, daß sich die Konzentrationen einzelner Bestandteile, wie bei¬ spielsweise Chrom oder Aluminium durch Diffusion ausgleichen, da hierbei die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Schichten verlorengehen können. Hier kann eine Diffusions¬ barriereschicht die Standzeit deutlich erhöhen. Eine solche Schicht kann beispielsweise aus Titannitrid oder Titancarbid bestehen.
Insbesondere bei innen gekühlten Metallgegenständen besteht eine Möglichkeit des Schutzes gegen besonders hohe Temperaturen darin, die Temperaturen gar nicht bis zu den metallischen Schichten gelangen zu lassen. Dies kann durch Thermobarriere- schichten außen auf dem Metallgegenstand erreicht werden. Diese Schichten bewirken, daß die darunterliegenden metalli¬ schen Schichten nur noch Temperaturen aufweisen, gegen die sie ausgelegt sind. Um ein mögliches Abplatzen der Thermobarriere- schicht zu verhindern, kann es gemäß Anspruch 9 vorteilhaft sein, die zweite Überzugsschicht an ihrer Oberfläche vor dem Aufbringen der Thermobarriereschicht zu oxidieren. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung eines Bauteiles können, wie Anspruch 10 aussagt, insgesamt Beschichtungsdicken von über 0,3 mm erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Ein Bauteil 1 weist eine erste metallische Überzugsschicht 2 auf, welche gegen HTKII optimiert oder wegen ihrer Dicke widerstandsf hig ist. Darüber liegt eine zweite Überzugsschicht 3, welche gegen HTKI beständig ist. Falls nötig, können zwischen dem Grundwerkstoff 1 und der ersten Überzugsschicht 2 und/oder zwischen der ersten Überzugsschicht 2 und der zweiten Überzugsschicht 3 Diffusionsbarriereschichten 4, 5 vorhanden -sein, welche den Konzentrationsausgleich ein¬ zelnen Elemente durch Diffusion behindern. Schließlich kann ganz außen noch eine Thermobarriereschicht 6 angebracht sein, welche gegen besonders hohe Temperaturen schützt.
Die erfindungsgemäßen Mehrfachbeschichtungen eignen sich insbe¬ sondere für Schaufeln und Teile von Gasturbinen, bei denen an einzelnen, z. B. gekühlten Bauteilen, örtlich unterschiedliche Temperaturen vorkommen, wie beispielsweise in Anlagen, die zeitweise bei Voll-Last und zweitweise nur bei Teil-Last be¬ trieben werden. Auf solche Bauteile, die gewöhnlich aus Nickel- Basis-Legierungen bestehen, können erfindungsgemäß dicke Mehr- fach-Schutzschichten aufgebracht werden, die die Standzeiten der Bauteile, insbesondere der Schaufeln, erheblich verlängern. In Sonderfällen können die beschriebenen Beschichtungen, soweit dies wirtschaftlich noch vertretbar ist, durch weitere gleich¬ artige oder andersartige Beschichtungen ergänzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Metallgegenstand, insbesondere Gasturbinenschaufel, aus einem Grundwerkstoff (1) auf Nickelbasis, wobei der Grundwerk¬ stoff zur Verbesserung der Hochtemperaturkorrosionsbeständig¬ keit mit mindestens zwei übereinander liegenden Überzugsschich¬ ten (2, 3) versehen ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale:
a) Eine erste der Überzugsschichten (2) hat eine Dicke und/oder eine Zusammensetzung, die einen wirksamen Schutz gegen Korrosion bei Temperaturen von 600° bis 800" C (HTKII) be¬ wirken;
b) über dieser ersten Überzugsschicht (2) liegt eine zweite Überzugsschicht (3), die bezüglich Korrosionsbeständig¬ keit bei Temperaturen von 800" bis 900" C (HTKI) optimiert ist.
2. Metallgegenstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, daß die erste Überzugsschicht (2) eine auf den Grundwerkstoff aufgebrachte Diffusionsschicht mit einer Dicke größer als 0,130 mm ist, welche hauptsächlich aus Chrom besteht und zusätzlich mindestens 10 % (Gewichtsprozente) von mindestens einem der Elemente aus Eisen, Mangan enthält, vorzugsweise etwa 20 bis 30 % Eisen.
3. Metallgegenstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, daß die erste Überzugsschicht (2) eine Auflageschicht ist, die vorzugsweise durch Niederdruck¬ plasmaspritzen aufgebracht ist, mit folgender Zusammensetzung (Gewichtsprozente):
Chrom 30 bis 55 %, vorzugsweise etwa 40 %;
Aluminium kleiner als 5 %, vorzugsweise kleiner als 3 %;
0,5 bis 2 %, vorzugsweise etwa 1 %, mindestens eines Elementes aus der Gruppe seltener Erden, Yttrium, Scandium, Hafnium,
Zirkonium, Niob, Tantal, Silizium;
Rest mindestens eines der Elemente aus Eisen, Kobalt, Nickel, sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.
4. Metallgegenstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, daß die erste Überzugsschicht (2) eine Auftragsschicht mit folgender Zusammensetzung (Gewichts¬ prozente) ist:
Chrom 15 bis 50 %, vorzugsweise etwa 20 bis 30 %;
Aluminium kleiner als 5 %, vorzugsweise kleiner als 3 %;
0,5 bis 2 %, vorzugsweise etwa 1 % mindestens eines Elementes aus der Gruppe seltener Erden, Yttrium, Scandium, Hafnium,
Zirkonium, Niob, Tantal, Silizium;
Rest mindestens eines der Elemente aus Eisen, Nickel, sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.
5. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Überzugsschicht (3) eine Auflageschicht mit folgender Zusammen¬ setzung (Gewichtsprozente) ist:
15 bis 40 % Chrom, vorzugsweise etwa 20 bis 30 %; 3 bis 15 % Aluminium, vorzugsweise etwa 7 bis 12 %; 0,2 bis 3 % von mindestens einem Element aus der Gruppe seltener Erden, Yttrium, Tantal, Hafnium, Scandium, Zirkonium, Niob, Rhenium, Silizium, vorzugsweise etwa 0,7 %; Rest minde¬ stens eines der Elemente aus Kobalt, Nickel, sowie herstellungs¬ bedingte Verunreinigungen.
6. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest die zweite Überzugsschicht durch Plasmaspritzen, insbesondere Niederdruck-Plasmaspritzen, aufgebracht ist.
7. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e r, daß zwischen Grundwerkstoff (1) und der ersten Überzugsschicht (2) und/oder zwischen der ersten Überzugsschicht (2) und der zweiten Über¬ zugsschicht (3) eine Diffusionsbarriereschicht (4 bzw. 5), z. B. aus Titannitrid, zur Verminderung von Diffusionsvorgängen zwischen den unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen vor¬ handen ist.
8. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der zweiten Überzugsschicht (3) zusätzlich eine keramische Ther o- barriereschicht (6) mit geringer Wärmeleitfähigkeit vorhanden ist, vorzugsweise aus Zirkoniumoxid mit Zusatz von Yttriumoxid.
9. Metallgegenstand nach Anspruch 8, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Überzugsschicht (3) an ihrer Oberfläche zur Thermobarriereschicht (6) voroxidiert ist.
10. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gesamt¬ dicke der Überzugsschichten größ.er als 0,3 mm ist.
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