WO1997007252A1

WO1997007252A1 - Erzeugnis zur führung eines heissen, oxidierenden gases

Info

Publication number: WO1997007252A1
Application number: PCT/DE1996/001465
Authority: WO
Inventors: Norbert Czech
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1997-02-27
Also published as: EP0845050B1; IN189468B; EP0845050A1; JPH11511203A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases, insbesondere eines Rauchgases in einer Gasturbine, mit einer von dem Gas zu beaufschlagenden Oberfläche. Diese ist gebildet von einer Legierung, welche an Gewichtsanteilen 10 % bis 40 % Chrom, 1 % bis 20 % Gallium, wahlweise weitere bestimmte Elemente in einer Grundlage umfassend zumindest ein Element aus der Gruppe enthaltend Eisen, Kobalt und Nickel aufweist. In der Legierung substituiert das Gallium Aluminium und/oder Silizium. Die Legierung ist insbesondere als Schutzschicht auf einem metallischen Substrat, insbesondere auf einem Substrat aus einer Superlegierung, aufgetragen, und ggf. bedeckt von einer gasdurchlässigen keramischen Schicht.

Description

Beschreibung

Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis zur Führung eines hei¬ ßen, oxidierenden Gases mit einer von dem Gas zu beaufschla¬ genden Oberfläche, welche von einer Legierung gebildet ist, die folgende wesentliche Gewichtsanteile aufweist: Chrom 10 % bis 40 %, wahlweise weitere Elemente, darunter Aluminium 0 % bis 20 %, Silizium 0 % bis 10 %, reaktive Elemente aus der Gruppe umfassend Yttrium, Scandium und die Elemente der Sel¬ tenen Erden, Grundlage zumindest ein Element aus der Gruppe umfassend Eisen, Kobalt und Nickel.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases, wobei das Gas Ei¬ genschaften hat, die üblicherweise bei einem Rauchgas in ei¬ ner Gasturbine vorliegen; die Erfindung bezieht sich in die¬ sem Zusammenhang besonders auf ein Bauteil, welches in einer Gasturbine zur Führung eines Rauchgases dient. Dieses Bauteil kann eine Laufschaufei oder Leitschaufel, ein Hitzeschild oder ein anderes thermisch hochbelastetes Bauteil einer Gasturbine sein. Besonders in Betracht gezogen wird¹ ein sol¬ ches Bauteil, welches betrieblich ein Rauchgas mit einer mittleren Temperatur von mehr als 1000 °C, insbesondere zwi¬ schen 1200 °C und 1400 °C führt.

Die Legierung in dem Erzeugnis ist insbesondere eine Legie¬ rung der Art MCrAlY, wobei M für die Grundlage der Legierung steht und zumindest ein Element aus der Gruppe umfassend Ei¬ sen, Kobalt und Nickel bezeichnet, und wobei die Legierung weiterhin gekennzeichnet ist durch Gewichtsanteile von Chrom, Aluminium und Yttrium oder einem dem Yttrium äquivalenten Element, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Skandium sowie die Elemente der Seltenen Erden. Auch kann die Legierung des Typs MCrAlY Gewichtsanteile weiterer Elemente aufweisen; als Beispiel genannt sei Rhenium. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Erzeugnis mit einem Substrat aus einer Nickel-Basis- oder Kobalt-Basis-Superle- gierung, beispielsweise eine Gasturbinenschaufel oder ein an¬ deres thermisch und chemisch hoch belastetes Bauteil einer Gasturbine, welches eine Schutzschicht aus einer Legierung des genannten Typs aufweist.

Substrate für thermisch und chemisch hoch belastete Erzeug¬ nisse, wie sie insbesondere in Gasturbinen verbaut sind, wer- den vorzugsweise aus Superlegierungen auf Nickel- oder Ko- baltbasis hergestellt , je nach verwendeter Superlegierung durch Gießen oder Schmieden. Beim Gießen eines derartigen Substrats kann unter Umständen zurückgegriffen werden auf eine Technik, die als "gerichtetes Erstarren" bekannt ist und ein Substrat mit anisotropen und/oder räumlich geordnetem Ge¬ füge, insbesondere einkristallinem Gefüge, liefert. Die all¬ gemein in Frage kommenden Superlegierungen zeichnen sich ge¬ nerell aus durch hervorragende mechanische Eigenschaften bei den während des Betriebs der daraus hergestellten Erzeugnisse auftretenden Temperaturen; ihre chemischen Eigenschaften sind mitunter jedoch derart, daß sie besondere Maßnahmen zum Schutz gegen Korrosion erfordern. Um diesen Schutz zu bieten, sind spezielle Schutzschichten für Superlegierungen entwik- kelt worden, insbesondere die Schutzschichten aus Legierungen des Typs MCrAlY.

Typische Schutzschichten solcher Art sind bekannt aus der

EP 0 412 397 AI. In dieser Schrift ist eine Schutzschicht mit großer Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit beschrieben, die gekennzeichnet ist dadurch, daß sie einen Gewichtsanteil von Rhenium enthält. Die Schutzschicht weist im einzelnen Ge¬ wichtsanteile folgender Elemente auf: 1 % bis 20 % Rhenium, 22 % bis 50 % Chrom, 0 % bis 15 % Aluminium, wobei die Ge¬ wichtsanteile von Chrom und Aluminium zusammen mindestens 25 % und höchstens 53 % betragen, 0,3 % bis 2 % Yttrium oder eines dem Yttrium äquivalenten Elements sowie 0 % bis 3 % Si¬ licium. Die Grundlage der die Schutzschicht bildenden Legie- rung besteht aus mindestens einem der Elemente Eisen, Nickel und Kobalt, daneben herstellungsbedingte Verunreinigungen in üblichen Gewichtsanteilen. Wahlweise kann die Schutzschicht zusätzlich Gewichtsanteile folgender Elemente enthalten: Haf- nium bis zu 5 %, Wolfram bis zu 12 %, Mangan bis zu 10 %,

Tantal bis zu 5 %, Titan bis zu 5 %, Niob bis zu 4 % und Zir¬ konium bis zu 2 %. Die Summe der Gewichtsanteile dieser Ele¬ mente soll maximal 15 % betragen.

Weitere Zusammensetzungen für Schutzschichten aus Legierungen des Typs MCrAlY sind beschrieben in der EP 0 532 150 AI, wo¬ bei als Grundlage der Legierung jeweils Nickel verwendet wird. Neben den stets anwesenden Elementen Kobalt, Chrom und Aluminium kommen die Elemente Rhenium, Hafnium, Yttrium, Si- lizium, Zirkonium, Kohlenstoff und Bor als zusätzliche Ele¬ mente in Frage. In jedem Fall liegt der Gewichtsanteil von Aluminium in einer solchen Legierung zwischen 6 % und 12 %.

In dem US-Patent 4,451,299 sind Schutzschichten des Typs MCrAlY oder MCrAlHf (Hf steht für Hafnium, das unter Umstän¬ den Yttrium ersetzen kann) beschrieben, die Gewichtsanteile von Aluminium zwischen 7 % und 20 % aufweisen. Nickel, Kobalt und Eisen oder Mischungen aus zumindest zweien dieser Ele¬ mente kommen als Grundlagen für die beschriebenen Legierungen in Betracht. Zusätzlich können Gewichtsanteile bis zu 10 % der Elemente Platin, Rhenium, Silizium, Tantal und Mangan vorhanden sein. Die aus den Legierungen hergestellten Schutz¬ schichten sollen für einen Temperaturbereich zwischen 650 °C und 820 °C geeignet sein.

In der EP 0 207 874 A2 ist eine Zusammensetzung für eine Le¬ gierung angegeben, die folgende Gewichtsanteile enthält 7,5 % bis 11 % Aluminium, 9 % bis 16 % Chrom, 2 % bis 8 % Tantal, 0 % bis 25 % Kobalt, und deren Grundlage im wesentlichen Nickel ist. Eine solche Schutzschicht soll, aufgetragen auf einem Substrat aus einer entsprechend ausgewählten Superle- gierung, eine besonders hohe Diffusionsstabilität besitzen. Die Diffusionsstabilität soll darin bestehen, daß sich zwi¬ schen dem Substrat und der darauf aufgetragenen Schutzschicht nur eine geringe Diffusionszone bildet, in der sich Elemente aus dem Substrat mit Elementen aus der Schutzschicht vermi- sehen. Hierdurch wird erreicht, daß allenfalls ein unwesent¬ licher Anteil des Aluminiums aus der Schutzschicht in das Substrat hineindiffundiert, wodurch die Schutzschicht die Fähigkeit zur Bildung eines für die Oxidationsbeständigkeit wesentlichen Films von Aluminiumoxid auf ihrer Oberfläche verlieren könnte.

Die US-Patente 4,321,310 und 4,321,311 betreffen jeweils ein Erzeugnis in Form einer Gasturbinenkomponente, bestehend aus einem Substrat aus einer Superlegierung, einer darauf aufge- brachten metallischen Schutzschicht des Typs McrAlY und einer auf dieser angebrachten, stengelkristallinen keramischen Schicht, welche als sogenannte Wärmedämmschicht fungiert. Durch diese Wärmedämmschicht ist es möglich, die thermische Belastbarkeit des Erzeugnisses zu erhöhen, da die Wärmedämm- schicht eine hohe Temperaturdifferenz aufnimmt und so verhin¬ dert, daß die metallischen Teile des Erzeugnisses unzuträg¬ lich belastet werden. Die Wärmedämmschicht wird an das Er¬ zeugnis angebunden über einen dünnen Film aus Aluminiumoxid, welcher durch oberflächliche Oxidation der metallischen Schutzschicht gebildet wird. Diese oberflächliche Oxidation kann vor oder nach der Aufbringung der keramischen Schicht vorgenommen werden.

Das US-Patent 5,262,245 beschreibt einen Versuch, eine Super- legierung für ein Erzeugnis der in Rede stehenden Art so zu modifizieren, daß sie selbst fähig ist zur Ausbildung eines dünnen Aluminiumoxidfilms auf ihrer Oberfläche und somit die Verwendung einer metallischen Schutzschicht zur Verankerung einer keramischen Schicht, wie vorstehend beschrieben, über- flüssig macht. Das US-Patent 3,134,670 betrifft korrosionsgeschützte Legie¬ rungen, die hauptsächlich aus Eisen, Kobalt oder Nickel be¬ stehen, und die gekennzeichnet sind durch eine Zulegierung von Gallium. Die Legierungen sollen benutzt werden zur Her- Stellung von Kronen, Füllungen und dergleichen in der Zahn¬ technik, sowie zur Herstellung von Haushaltsgegenständen wie Tafelbestecke. Durch die Zugabe von Gallium soll die Zerspan- barkeit und Polierfähigkeit einer Legierung verbessert wer¬ den, ohne ihre Härte und Zähigkeit zu verschlechtern. Auch soll die Zugabe von Gallium die Gießbarkeit der Legierung verbessern und zur Entstehung eines feinkörnigen Gefüges bei¬ tragen. Es gibt keinerlei Hinweis auf einen Einsatz einer be¬ schriebenen Legierung im Rahmen einer ausgesprochenen Hoch¬ temperaturanwendung.

Die Bildung eines schützenden Oxidfilms auf der Oberfläche der Schutzschicht ist für eine Legierung im Zusammenhang mit einem Erzeugnis des eingangs beschriebenen Typs eine wichtige Funktion. Da sich ein solcher Oxidfilm während des Betriebs stetig abnutzt, bedarf er einer ständigen Erneuerung. Diese Erneuerung erfolgt durch stetige Oxidation von Aluminium, welches aus der Schutzschicht an die Oberfläche diffundiert, dort mit Sauerstoff reagiert und somit Film ergänzt. Die ma¬ ximale Lebensdauer einer Schutzschicht bemißt sich dement- sprechend an ihrem Aluminiumgehalt, da der Schutzschicht mit dem Verlust von Aluminium die Fähigkeit zur Bildung des schützenden Oxidfilms, und damit ihre Schutzwirkung, verlo¬ rengeht. Unter dem Aspekt der Langlebigkeit ist also ein ho¬ her Gewichtsanteil von Aluminium in einer Legierung für eine Schutzschicht erwünscht.

Ein hoher Gewichtsanteil von Aluminium führt allerdings dazu, daß die Legierung versprödet. Das Aluminium wird nämlich nicht in elementarer Form in der Legierung gespeichert, son- dern, zumindest zu einem wesentlichen Anteil, in Form inter¬ metallischer Verbindungen, insbesondere intermetallischer Verbindungen aus Nickel und Aluminium oder Kobalt und Alumi- nium. Dementsprechend muß der Gewichtsanteil von Aluminium in einer als Schutzschicht bestimmten Legierung auf ein gewisses Maß beschränkt bleiben. Dieses Maß wird von vielerlei Fakto¬ ren bestimmt, und Beimischungen von Elementen wie Rhenium können den maximal möglichen Gewichtsanteil von Aluminium in einer Legierung erhöhen. Als allgemeiner Richtwert für eine obere Grenze kann ein Gewichtsanteil des Aluminiums in Höhe von 15 % angesehen werden. Ein solcher Gewichtsanteil erfor¬ dert bereits sehr sorgfältige Maßnahmen zur Abstimmung der Gewichtsanteile der übrigen Elemente in der Schutzschicht, um ihre Sprödheit in vertretbaren Grenzen zu halten.

Ähnliche Probleme wie beim Aluminium gibt es auch bei dem Element Silizium, das als Bestandteil von Schutzschichten be- kannt ist, und welches ebenfalls einen schützenden Oxidfilm auf einer Legierung entwickeln kann. Auch hohe Zugaben von Silizium verspröden eine Legierung, so daß auch ein Gewichts¬ anteil des Siliziums eine gewisse Grenze nicht überschreiten darf. Für Silizium werden Gewichtsanteile meistens kleiner als 1% gehalten.

In Ansehung der geschilderten Problematik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu den bisher bekannten und erprobten Erzeugnissen zur Führung heißer, oxidierender Gase anzugeben, wobei eine Legierung zum Einsatz kommen soll, die die durch Zugabe von Aluminium und/oder Silizium erzielbaren Vorteile, insbesondere die Fähigkeit zur Ausbildung eines schützenden Oxidfilms, wahrt, jedoch die Gefahr der Versprö- dung, die für die bisher bekannten Zusammensetzungen stets gegeben war, vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird erfindungsgemäß ein Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases mit einer von dem Gas zu beaufschlagenden Oberfläche, welche von einer Legierung gebildet ist, die folgende Gewichtsanteile aufweist: Chrom 10 % bis 40 %

Gallium 1 % bis 20 % Aluminium 0 % 20 % Silizium 0 % bis 10 % ein reaktives Element aus der Gruppe umfassend Yttrium, Scan- dium und die Elemente der Seltenen Erden

0 % bis 2 %

Hafnium 0 bis 5 %

Mangan 0 bis 10 %

NNiioobb 00 % bis 4 %

Platin 0 bis 10 %

Rhenium 0 bis 20 %

Tantal 0 bis 10 %

Titan 0 bis 5 %

WWoollffrraamm 00 % bis 12 %

Zirkonium 0 bis 2 %

Grundlage zumindest ein Element aus der Gruppe umfassend Ei¬ sen, Kobalt und Nickel.

Es versteht sich, daß in der Legierung mit der Anwesenheit üblicher, herstellungsbedingter Verunreinigungen in üblichen Anteilen zu rechnen ist. Als Beispiel für derartige Verunrei¬ nigungen seien ohne Anspruch auf Vollständigkeit genannt Phosphor und Schwefel.

Die erfindungsgemäße Zulegierung von Gallium zu einer Legie¬ rung kann eine gewünschte Oxidationsbeständigkeit sicherstel¬ len, wobei das Gallium vollständig oder teilweise das bisher stets erforderliche Aluminium oder Silizium substituiert. Hierdurch ergibt sich eine Legierung, die bei einem Gewichts¬ anteil von Aluminium von deutlich unter 15 % eine Oxidations¬ beständigkeit haben kann, die der Oxidationsbeständigkeit ei¬ ner bekannten Legierung mit einem Gewichtsanteil von Alumi¬ nium von mehr als 15 % entspricht, wobei die Duktilität (das Gegenteil von "Sprödheit") der Gallium enthaltenden Legierung jedoch deutlich besser ist. Wie Aluminium und Silizium vermag Gallium einen schützenden Film aus fest haftendem Oxid auf einer Oberfläche der Legie¬ rung zu bilden, wenn diese Oberfläche Sauerstoff ausgesetzt wird, gegebenenfalls unter erhöhter Temperatur. Vorteilhaft ist dabei die nahe chemische Verwandtschaft des Galliums zu Aluminium und Silizium. Gallium bildet ein sehr stabiles Oxid (Ga2θ3) mit einer Bildungsenthalpie von - 1815 kJ/Mol. Für Aluminiumoxid (AI2O3) und Siliziumdioxid (Siθ2) liegt diese Bildungsenthalpie bei - 1675 bzw. - 860 kJ/Mol. Zudem ist der Schmelzpunkt des Galliumoxids mit 1725 °C sehr hoch und ver¬ gleichbar mit dem Schmelzpunkt des Aluminiumoxids bei 2045 °C und des Siliciumoxids bei 1713 °C.

Gallium bildet mit Nickel intermetallische Verbindungen, ins- besondere eine intermetallische Verbindung NiGa, die in allen in Betracht kommenden Eigenschaften entsprechenden interme¬ tallischen Verbindungen aus Nickel und Aluminium ähnelt; ge¬ gebenenfalls kann es auch zur Bildung intermetallischer Ver¬ bindungen aus Nickel, Gallium und Aluminium, beispielsweise NiGaAl, kommen. Für chemische Systeme, die Kobalt und Gallium sowie eventuell Aluminium enthalten, sind ähnliche Verhält¬ nisse zu erwarten wegen der großen chemischen Ähnlichkeit von Kobalt und Nickel; auch für Systeme mit Eisen und Gallium so¬ wie eventuell Aluminium ist mit vergleichbaren Verhältnissen zu rechnen. In jedem Fall kann das in reiner Form sehr flüch¬ tige Gallium als intermetallische Verbindung in die Legierung eingelagert werden und so auch bei erhöhten Temperaturen zur Bildung eines stabilen Oxids an der Oberfläche der Legierung zur Verfügung stehen.

Der Gewichtsanteil von Chrom in der erfindungsgemäßen Legie¬ rung liegt zwischen 10 % und 40 %.

Der Gewichtsanteil des Aluminiums in der Legierung, die die Oberfläche des erfindungsgemäßen Erzeugnisses bildet, beträgt vorzugsweise bis 10 %. Damit ist insbesondere sichergestellt, daß es zu keiner unerwünschten Versprödung der Legierung durch das Aluminium kommen kann.

Aus einer analogen Überlegung heraus, wie soeben ausgeführt, ist der Gewichtsanteil des Siliziums in der Legierung des er¬ findungsgemäßen Erzeugnisses vorzugsweise begrenzt auf einen Wert bis 2 %.

Ebenfalls bevorzugt ist es, daß die Legierung des Erzeugnis- ses einen Gewichtsanteil eines reaktiven Elements aus der

Gruppe umfassend Yttrium, Scandium und die Metalle der Selte¬ nen Erden enthält. Die Wirkung solcher reaktiver Elemente ist aus der Praxis mit MCrAlY-Legierungen gut bekannt und wird in vergleichbarer Weise auch für die Legierung im vorliegenden Zusammenhang erwartet. Das reaktive Element ist vorzugsweise Yttrium, und sein Gewichtsanteil beträgt bis 2 %.

Ebenfalls bevorzugt ist es, daß die Grundlage Kobalt und/oder Nickel, jedoch kein Eisen enthält. Auch dies ist bekannt aus der einschlägigen Praxis mit den MCrAlY-Legierungen.

Weiterhin bevorzugt enthält die Legierung des Erzeugnisses einen Gewichtsanteil von Aluminium, so daß das Gallium neben dem Aluminium zur Wirkung kommt. Der Gewichtsanteil von Alu- minium beträgt vorzugsweise bis 10 %, da das Gallium die Wir¬ kung des Aluminiums zumindest teilweise unterstützt und er¬ gänzt. In diesem Sinne ist der Gewichtsanteil von Aluminium weiterhin bevorzugt größer als der Gewichtsanteil von Gal¬ lium, wobei außerdem bevorzugt die Summe der Gewichtsanteile von Aluminium bzw. Gallium bis 20 % beträgt.

Generell ist es bevorzugt, daß der Gewichtsanteil von Gallium in der Legierung bis 15 % beträgt.

Außerdem bevorzugt ist eine Weiterbildung des Erzeugnisses, bei der die Legierung einen Gewichtsanteil^■von Rhenium auf- weist. Der Gewichtsanteil von Rhenium beträgt dabei insbeson¬ dere bis zu 20 %, vorzugsweise bis zu 15 %.

Eine andere Weiterbildung des Erzeugnisses zeichnet sich da- durch aus, daß es eine Oberfläche hat, die von einem zumin¬ dest teilweise aus Galliumoxid bestehenden Film bedeckt ist.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Erzeugnisses zeichnet sich aus durch eine Legierung mit einer Grundlage von Nickel und Gewichtsanteile folgender Elemente: Kobalt 5 % bis 20 %, Chrom 20 % bis 30 %, Aluminium 5 % bis 12 %, Gal¬ lium 3 % bis 8 %, Yttrium 0,2 % bis 1 % sowie Rhenium 0 % bis 5 %. Die Anwesenheit herstellungsbedingter Verunreinigungen in üblichen Gewichtsanteilen ist selbstverständlich in Be- tracht zu ziehen, auch kommen Gewichtsanteile weiterer Ele¬ mente und Zusätze in Frage.

Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung für die soeben be¬ schriebene Legierung zeichnet sich aus durch folgende Ge- wichtsanteile: Kobalt 8 % bis 16 %, Chrom 21 % bis 27 %, Alu¬ minium 6 % bis 10 %, Gallium 4 % bis 6 %, Yttrium 0,4 % bis 0,8 % sowie Rhenium 2 % bis 4 %.

Jedwede der beschriebenen Legierungen kann zusätzlich weitere Elemente aufweisen, insbesondere: Hafnium 0 % bis 5 %, Wolf¬ ram 0 % bis 12 %, Mangan 0 % bis 10 %, Tantal 0 % bis 5 %, Titan 0 % bis 5 %, Niob 0 % bis 4 % sowie Zirkonium 0 % bis

Die Legierung in dem Erzeugnis ist bevorzugtermaßen eine

Schutzschicht auf einem metallischen Substrat, insbesondere auf einem Substrat aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis- Superlegierung. Das Substrat ist dabei insbesondere ein Bau¬ teil zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases, insbeson- dere in einer Gasturbine. Auf der Schutzschicht des Erzeugnisses ist weiterhin vorzugs¬ weise eine gasdurchlässige keramische Schicht aufgetragen, wobei diese keramische Schicht insbesondere ein stengelkri¬ stallines Gefüge hat. Eine solche keramische Schicht ist ins- besondere als Wärmedämmschicht für ein Erzeugnis in Form ei¬ ner Komponente für eine Gasturbine vorgesehen, wobei das Er¬ zeugnis während seines Betriebs einer Temperatur ausgesetzt ist, die 1000 °C wesentlich überschreitet und je nach Anwen¬ dung bis knapp an den Schmelzpunkt des Substrates heranrei- chen kann. Die keramische Schicht besteht vorzugsweise aus einem teilstabilierten Zirkonoxid, d.h. aus einem Werkstoff, welcher außer Zirkonoxid als Hauptbestandteil ein anderes Oxid, beispielsweise Lanthanoxid, Ceroxid, Calciumoxid, Yt¬ triumoxid oder Magnesiumoxid aufweist. Durch die Beimischung des anderen Oxids wird die kristalline Struktur des Zirkon¬ oxids stabilisiert und verhindert, daß es in dem Zirkonoxid unter thermischer Belastung zu einem Phasenübergang kommt, bei welchem sich die kristalline Struktur des Zirkonoxids we¬ sentlich verändert. Außerdem vorzugsweise haftet die kerami- sehe Schicht auf einem auf der Oberfläche haftenden und Gal¬ liumoxid enthaltenden Film, welcher gebildet wird durch Oxi¬ dation der Legierung vor oder nach dem Auftragen der kerami¬ schen Schicht.

Für das Substrat, auf dem die Legierung aufgetragen sein soll, wird eine Zusammensetzung mit einer Grundlage von Nik¬ kei und zusätzlichen Elementen in folgenden Gewichtsanteilen bevorzugt: 0,06 % bis 0,14 % Kohlenstoff, 10 % bis 20 % Chrom, 6 % bis 11 % Kobalt, 1 % bis 3 % Molybdän, 1 % bis 6 , Wolfram, 1 % bis 6 % Tantal, 0 % bis 2 % Niob, 1 % bis 6 % Aluminium, 1 % biε 6 % Titan, 0 % bis 0,3 % Bor und 0 % bis 0,2 % Zirkonium.

Es folgt eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei- spiels der Erfindung: Auf ein Substrat in Form einer thermisch, mechanisch und kor¬ rosiv hoch belasteten Komponente einer Gasturbine, insbeson¬ dere einer Turbinenschaufel für eine Gasturbine, welche be¬ trieblich einem heißen Rauchgas mit einer Temperatur von 1300 °C oder mehr ausgesetzt ist, wird eine Legierung als Schutzschicht aufgetragen, wobei das Auftragen durch Vakuum- Plasmaspritzen mit üblichen Nachbehandlungen erfolgt. Die Le¬ gierung hat eine Grundlage von Nickel und weist darüber hin¬ aus folgende Gewichtsanteile auf: 10 % Kobalt, 23 % Chrom, 8 % Aluminium, 5 % Gallium, 3 % Rhenium und 0,6 % Yttrium. Das Substrat besteht aus einer Nickelbasis-Superlegierung herkömmlichen Typs,- solche Superlegierungen sind unter den Bezeichnungen IN 738 sowie PWA 1483 bekannt.

Neben dem Vakuum-Plasmaspritzen sind andere Möglichkeiten zum Aufbringen der Schutzschicht die verschiedenen und an sich bekannten Verfahren der physikalischen Dampfabscheidung (PVD) bzw. der chemischen Dampfabscheidung (CVD) . Zum Aufbringen einer keramischen Schicht auf die Schutzschicht kommt insbesondere ein PVD-Verfahren zum Einsatz.

Es wird erwartet, daß sich die Schutzschicht während des Be¬ triebs, wenn sie mit einem Rauchgas belastet wird, welches Sauerstoff enthält, mit einem Film überzieht, welcher zumin- dest teilweise aus Galliumoxid besteht. Es wird außerdem er¬ wartet, daß die Schutzschicht bei deutlich erhöhter Lebens¬ dauer eine gegenüber einer Schutzschicht, die kein Gallium, dafür aber einen entsprechend erhöhten Gewichtsanteil aus Aluminium aufweist, deutlich verbesserte Duktilität hat. Auf diese Weise ist die Gallium enthaltende Schutzschicht deut¬ lich weniger anfällig gegenüber Rißbildung, was einen zusätz¬ lichen sehr positiven Effekt auf ihre Lebensdauer hat.

Durch den Zusatz von Gallium wird eine gegenüber den Legie- rungen des Standes der Technik deutlich erhöhte Lebensdauer für die Legierung erwartet. Ist die thermische Belastung des Erzeugnisses während seines Betriebes sehr hoch, kann die von der Legierung gebildete Oberfläche mit einer keramischen Schicht, vorzugsweise einer keramischen Schicht mit Stengel- kristallinem Gefüge und bestehend aus teilstabilisiertem Zir¬ konoxid, überzogen werden. Die Schicht wird dabei insbeson¬ dere angebunden an einen Galliumoxid enthaltenden, durch Oxi¬ dation der Legierung gebildeten Film, welcher auf der Ober¬ fläche haftet.

Claims

Patentansprüche

1. Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases mit einer von dem Gas zu beaufschlagenden Oberfläche, welche von einer Legierung gebildet ist, die folgende Gewichtsanteile aufweist:

Chrom 10 bis 40

Gallium 1 o bis 20

Aluminium 0 % bis 20

Silizium 0 o bis 10 ein reaktives Element aus der Gruppe umfassend Yttrium, Scandium und die Elemente der Seltenen Erden

0 % bis 2 %

Hafnium 0 % bis 5

Mangan 0 % bis 10

Niob 0 % bis 4

Platin 0 % bis 10

Rhenium 0 o bis 20

Tantal 0 % bis 10

Titan 0 % bis 5

Wolfram 0 g„ o bis 12

Zirkonium 0 % bis 2

Grundlage zumindest ein Element aus der Gruppe umfassend Eisen, Kobalt und Nickel.

2.Erzeugnis nach Anspruch 1, bei dem der Gewichtsanteil des Aluminiums bis 10 % beträgt.

3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Gewichtsan- teil des Siliziums bis 2 % beträgt.

4. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem daε reaktive Element Yttrium ist und sein Gewichtsanteil bis 2% beträgt.

5. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Legierung als Grundlage nur Kobalt und/oder Nickel enthält.

6. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Legierung Aluminium enthält.

7. Erzeugnis nach Anspruch 6, bei dem der Gewichtsanteil des Aluminiums größer ist als der Gewichtsanteil des Galliums.

8. Erzeugnis nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Summe der Gewichtsanteile von Aluminium bzw. Gallium bis 20 % beträgt.

9. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Gewichtsanteil des Galliums bis bis 15 % beträgt.

10. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Gewichtsanteil des Rheniums bis zu 15 % beträgt.

11. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Oberfläche von einem zumindest teilweise aus Galliumoxid bestehenden Film bedeckt ist.

12. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche,bei dem die

Grundlage der Legierung Nickel ist und die Legierung folgende Gewichtsanteile aufweist:

Kobalt 5 g,

'S bis 20

Chrom 20 % bis 30

Aluminium 5 g,

"o bis 12

Gallium 3 g, ^*o bis 8

Yttrium 0,2 % bis 1

Rhenium 0 % bis 5

13. Erzeugnis nach Anspruch 12, bei dem die Legierung folgende Gewichtsanteile aufweist:

Kobalt 8 "O bis 16

Chrom 21 % bis 27

Aluminium 6 % bis 10

Gallium 4 % bis 6

Rhenium 2 g, o bis 4 s*

Yttrium 0,4 % bis 0,8

14. Erzeugnis nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Legierung als Schutzschicht auf einem metallischen Substrat, insbesondere auf einem Substrat aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Superlegierung, aufgetragen ist.

15. Erzeugnis nach Anspruch 14, bei dem eine gasdurchlässige keramische Schicht, die insbesondere ein stengelkristallines Gefüge hat, auf die Oberfläche aufgetragen ist.

16. Erzeugnis nach Anspruch 15, bei dem die keramische Schicht aus einem teilstabilisierten Zirkonoxid besteht.

17. Erzeugnis nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die kera¬ mische Schicht auf einem Galliumoxid enthaltenden, auf der Oberfläche haftenden Film haftet.

18. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das Substrat eine Grundlage von Nickel hat und folgende Gewichts¬ anteile aufweist: 0,06 % bis 0,14 % Kohlenstoff

10 g, bis 20 g, o Chrom

6 % bis 11 % Kobalt

1 % bis 3 % Molybdän

1 % bis 6 % Wolfram

1 % bis 6 g. Tantal

0 % bis 2 g, ^*o Niob

1 g, o bis 6 g, Aluminium

1 % bis 6 g, o Titan

0 % bis 0,3 % Bor

0 % bis 0,2 g„ o Zirkonium.