WO2005052211A1 - Method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and component comprising a coating of this type - Google Patents

Method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and component comprising a coating of this type Download PDF

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WO2005052211A1
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metal
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Anton Albrecht
Gerhard Wydra
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • 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
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    • C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating. Furthermore, the invention relates to a component with such a coating.
  • components When components, in particular components of gas turbines, are operated at high temperatures, their free surfaces are exposed to strongly corrosive and oxidizing conditions.
  • such components can consist, for example, of a nickel-based or cobalt-based superalloy.
  • the components are provided with coatings that are made from metal powders.
  • a method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant slip layer is known from DE 198 07 636 C1.
  • a slip material is produced by mixing a binder solution with an initial powder containing aluminum or chromium and an addition powder containing at least one element made of aluminum, platinum, palladium or silicon, the addition powder containing no aluminum in the case of an exit powder containing only aluminum includes.
  • the slip material thus produced is then applied to a component and then cured.
  • a heat treatment following the hardening serves to diffuse the slip layer into the component.
  • a binder, an addition powder and a starting powder are accordingly mixed and this mixture is applied to the component.
  • the starting powder is, for example, pure aluminum in the process disclosed therein, and the addition powder is, for example, pure platinum.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and a component with such a coating.
  • the method comprises at least the following steps: a) providing a component made of a component material, b) providing a slip material which contains at least one metal powder in addition to a binder, the metal powder comprising at least 25% by weight of a metal from the platinum group and b1) is formed from coated powder cores, the powder cores being formed from at least one metal from the platinum group, and the sheaths of the powder cores being formed from a material which is the same as the component material, or b2) is formed from a metal powder alloy, which, in addition to the at least one metal of the platinum group, contains at least one material that is the same as the component material, c) applying the slip material at least in regions to the component to form a slip layer, d) curing or drying the slip layer, e) heat treating the slip material with the slip material zumind Part of the component coated to diffuse the slip layer into the component.
  • the powder cores of the metal powder are formed from platinum and / or palladium, the sheaths of the powder cores being formed from the component material of the component to be coated.
  • the powder cores made of platinum and / or palladium are coated with nickel or a nickel alloy.
  • the coating of the metal of the platinum group suppresses the oxide formation thereof and thus has a positive influence on the formation of the coating.
  • the metal powder is preferably mixed with an aluminum powder and the binder to form a Pt-Al slip material, which is then processed in the sense of steps c) to e) above.
  • the component according to the invention is characterized by the features of claim 14.
  • Fig. 1 shows a blade 10 of a gas turbine, which includes an airfoil 11 and a blade root 12.
  • the blade 10 is provided with a coating 13 on all sides, the coating 13 being applied to the blade 10 in the sense of the method according to the invention.
  • the blade 1 1 can also be coated in sections.
  • the blade 10 according to FIG. 1 is preferably made of a nickel-based alloy, the nickel-based alloy accordingly forms the component material for the component to be coated, namely for the blade 10.
  • the invention is not limited to the coating of components . which are made of a nickel-based alloy. Components of a cobalt-based alloy, iron alloy or even titanium alloy can also be coated with the invention.
  • the blade 10 according to FIG. 1 is coated in the sense of the invention using a so-called slip process.
  • a slip material is provided.
  • the slip material comprises a binder or a binder solution and at least one metal powder, the metal powder consisting of at least 25% by weight of at least one metal from the platinum group.
  • the binder can be an organic binder or the binder solution can be a chromium-phosphate solution.
  • other binders can also be used.
  • a metal powder is formed from coated powder cores.
  • the powder cores are formed from at least one metal from the platinum group.
  • the powder cores consist either of high-purity platinum, high-purity palladium or of a platinum-palladium mixture. These powder cores are also coated according to the invention.
  • the material of the casing essentially corresponds to the component material of the component to be coated, in the exemplary embodiment shown the component material of the blade 10 to be coated. If the blade 10 to be coated is made of a nickel-based alloy, the powder cores of the metal powder are either nickel or a nickel alloy jacketed.
  • a component which is made from a cobalt-based alloy
  • the powder cores are covered either by cobalt or a cobalt alloy.
  • the powder cores made of platinum and / or palladium are encased in iron or an iron alloy.
  • a metal powder for the slip material the powder cores of which are formed from platinum and / or palladium, the powder cores being coated with a material. are coated, the composition of which essentially corresponds to the composition of the component material of the component to be coated.
  • the metal powder is formed from a metal powder alloy which, in addition to the at least one metal from the platinum group, contains at least one material that is the same as the component material.
  • the main difference from the first alternative is that the coated powder cores only alloy when heated later, while the metal powder alloy is already alloyed.
  • a slip material which, in addition to the binder, comprises aluminum on the one hand and the coated powder cores described above, in particular nickel-coated platinum cores, or a corresponding metal powder alloy.
  • an aluminum-platinum-nickel slip material is provided which enables a particularly preferred formation of an aluminum-platinum coating on the surface of the component to be coated, in the exemplary embodiment shown of the blade 10 to be coated.
  • the slip material in addition to the binder and the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy, can of course also have an MCrAIY and / or NiAl and / or NiCrAI metal powder. It is therefore within the meaning of the present invention to provide a slip material which comprises at least the binder or the binder solution and additionally at least the metal powder from the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy. In addition, aluminum powder or another metal powder can be contained in the slip material.
  • the slip material thus provided is applied to the component to be coated, in the exemplary embodiment shown to Scoop 10, applied.
  • the application is carried out by brushing, spraying, dipping or another suitable method.
  • the slip layer After applying the slip material to form a slip layer on the component, the slip layer is hardened or dried.
  • the hardening of the slip layer is carried out in a temperature range from room temperature to 450 ° C., preferably in a temperature range from 350 ° C. to 450 ° C.
  • the slip layer After the slip layer has hardened or dried, it is heat-treated to diffuse the slip layer into the component.
  • the heat treatment is preferably carried out in a temperature range of 750 ° C to 1250 ° C for about two hours.
  • the heat treatment can be carried out under a protective gas atmosphere, for example in argon. However, the heat treatment can alternatively also be carried out in a vacuum or in a normal atmosphere.
  • the use of a coated platinum and / or palladium core as the metal powder prevents the platinum and / or palladium from being oxidized during the heat treatment or due to the binder. This enables a significantly better coating of the component to be achieved.
  • the grain size of the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy is in a range between 0.01 ⁇ m and 5 ⁇ m, preferably in a range from 0.2 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the particle shape of the coated powder cores is preferably spherical in order to ensure a uniform coating of the same. However, a disk-like or plate-like shape is also possible.
  • the thickness of the coating of the powder cores in such a way that the percentage of the material of the powder cores is in a range between 25% by weight and 85% by weight and accordingly the proportion of the material of the Sheathing is between 75 wt .-% and 15 wt .-%.
  • the thickness of the nickel coating is chosen such that the nickel content is between 15 and 35 wt .-% and the platinum content between 85 and 65 wt .-%.
  • a metal powder alloy powder with an appropriate composition can alternatively be used, ie with 65% by weight to 85% by weight of platinum and 35% by weight to 15% by weight of nickel.
  • a separate alitation of the component can take place.
  • an aluminum source is provided and aluminum is diffused into the component to be coated.

Abstract

The invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating, in addition to a component comprising a coating of this type. According to the invention, a component is prepared from a component material and a slurry. In addition to a binding agent, the slurry contains at least one metal powder, said powder consisting of at least 25 wt. % of at least one metal in the platinum group and is either formed from encased powder cores, (the latter consisting of at least one metal in the platinum group and said casing of the powder core consisting of a material that has the same base as the component material), or from a metal powder alloy, which contains at least one material that has the same base as the component material, in addition to at least one metal of the platinum group. The slurry is applied at least to sections of the component, forming a slurry coating. Said coating is then hardened or dried. The component that is coated at least in sections with the slurry and is then subjected to a thermal treatment so that said coating diffuses into the component.

Description

Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Beschichtung sowie Bauteil mit einer solchen Beschichtung Process for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and component with such a coating
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Beschichtung. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer solchen Beschichtung.The invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating. Furthermore, the invention relates to a component with such a coating.
Beim Betrieb von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Gasturbinen, bei hohen Temperaturen sind deren freie Oberflächen stark korrodierenden und oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen können derartige Bauteile zum Beispiel aus einer Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis bestehen. Zum Schutz vor Korrosion, Oxidation oder auch Erosion werden die Bauteile mit Beschichtungen versehen, die aus Metallpulvern hergestellt werden.When components, in particular components of gas turbines, are operated at high temperatures, their free surfaces are exposed to strongly corrosive and oxidizing conditions. When used in gas turbines, such components can consist, for example, of a nickel-based or cobalt-based superalloy. To protect against corrosion, oxidation or erosion, the components are provided with coatings that are made from metal powders.
Aus der DE 198 07 636 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Schlickerschicht bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird ein Schlickerwerkstoff durch Mischen von einer Bindemittel- Lösung mit einem Aluminium oder Chrom enthaltenden Ausgangspulver und einem wenigstens ein Element aus Aluminium, Platin, Palladium oder Silizium enthaltenden Zugabepulver hergestellt, wobei das Zugabepulver bei einem ausschließlich Aluminium enthaltenden Ausgangspulver kein Aluminium umfasst. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird anschließend der so hergestellte Schlickerwerkstoff auf ein Bauteil aufgetragen und anschließend ausgehärtet. Eine sich an das Aushärten anschließende Wärmebehandlung dient dem Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil.A method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant slip layer is known from DE 198 07 636 C1. In the method described there, a slip material is produced by mixing a binder solution with an initial powder containing aluminum or chromium and an addition powder containing at least one element made of aluminum, platinum, palladium or silicon, the addition powder containing no aluminum in the case of an exit powder containing only aluminum includes. Using the process described there, the slip material thus produced is then applied to a component and then cured. A heat treatment following the hardening serves to diffuse the slip layer into the component.
Bei dem in der DE 198 07 636 C1 beschriebenen Verfahren werden demnach ein Bindemittel, ein Zugabepulver und ein Ausgangspulver gemischt und diese Mischung wird auf das Bauteil aufgetragen. Bei dem Ausgangspülver handelt es sich bei dem dort offenbarten Verfahren zum Beispiel um reines Aluminium, bei dem Zugabepulver zum Beispiel um reines Platin. Bei der Ausbildung der korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Beschichtung ist dies nicht unproblematisch, da das Platin bei der Wärmebehandlung zur Oxidation und damit zur Bildung von Platinoxid neigt, was die Ausbildung der Beschichtung beeinträchtigt. Auch das Bindemittel kann eine Bildung von Platinoxid bewirken.In the method described in DE 198 07 636 C1, a binder, an addition powder and a starting powder are accordingly mixed and this mixture is applied to the component. The starting powder is, for example, pure aluminum in the process disclosed therein, and the addition powder is, for example, pure platinum. When developing the corrosion-resistant and oxidation-resistant coating, this is not without problems, since the platinum the heat treatment tends to oxidize and thus form platinum oxide, which affects the formation of the coating. The binder can also cause the formation of platinum oxide.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Beschichtung sowie ein Bauteil mit einer solchen Beschichtung zu schaffen.Proceeding from this, the present invention is based on the problem of creating a novel method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and a component with such a coating.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren im Sinne des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils aus einem Bauteilwerkstoff, b) Bereitstellen eines Schlickerwerkstoffs, der neben einem Bindemittel mindestens ein Metallpulver enthält, wobei das Metallpulver zu mindestens 25 Gew.-% aus einem Metall der Platin-Gruppe besteht, und b1) aus ummantelten Pulverkernen gebildet wird, wobei die Pulverkerne aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe gebildet werden, und wobei die Ummantelungen der Pulverkerne aus einem mit dem Bauteilwerkstoff basisgleichen Material gebildet werden, oder b2) aus einer Metallpulverlegierung gebildet wird, die neben dem mindestens einem Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält, c) Auftragen des Schlickerwerkstoffs zumindest bereichsweise auf das Bauteil unter Ausbildung einer Schlickerschicht, d) Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht, e) Wärmebehandeln des mit dem Schlickerwerkstoff zumindest bereichsweise beschichteten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil.This problem is solved by a method within the meaning of claim 1. According to the invention, the method comprises at least the following steps: a) providing a component made of a component material, b) providing a slip material which contains at least one metal powder in addition to a binder, the metal powder comprising at least 25% by weight of a metal from the platinum group and b1) is formed from coated powder cores, the powder cores being formed from at least one metal from the platinum group, and the sheaths of the powder cores being formed from a material which is the same as the component material, or b2) is formed from a metal powder alloy, which, in addition to the at least one metal of the platinum group, contains at least one material that is the same as the component material, c) applying the slip material at least in regions to the component to form a slip layer, d) curing or drying the slip layer, e) heat treating the slip material with the slip material zumind Part of the component coated to diffuse the slip layer into the component.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Pulverkerne des Metallpulvers aus Platin und/oder Palladium gebildet, wobei die Ummantelungen der Pulverkeme aus dem Bauteilwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils gebildet werden. Bei einer zu beschichtenden Turbinenschaufel, die aus einer Nickelbasislegie- rung besteht, werden die Pulverkerne aus Platin und/oder Palladium mit Nickel oder einer Nickellegierung ummantelt. Die Ummantelung des Metalls der Platin-Gruppe unterdrückt die Oxidbildung desselben und hat damit einen positiven Einfluss auf die Ausbildung der Beschichtung.According to an advantageous development of the invention, the powder cores of the metal powder are formed from platinum and / or palladium, the sheaths of the powder cores being formed from the component material of the component to be coated. In the case of a turbine blade to be coated, which is made of a nickel-based alloy tion, the powder cores made of platinum and / or palladium are coated with nickel or a nickel alloy. The coating of the metal of the platinum group suppresses the oxide formation thereof and thus has a positive influence on the formation of the coating.
Vorzugsweise wird das Metallpulver mit einem Aluminiumpulver und dem Bindemittel zu einem Pt-Al-Schlickerwerkstoff vermischt, der dann im Sinne der obigen Schritte c) bis e) verarbeitet wird.The metal powder is preferably mixed with an aluminum powder and the binder to form a Pt-Al slip material, which is then processed in the sense of steps c) to e) above.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 gekennzeichnet.The component according to the invention is characterized by the features of claim 14.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Preferred developments of the invention result from the dependent subclaims and the following description.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted to this. The drawing shows:
Fig. 1: eine erfindungsgemäße Schaufel einer Gasturbine mit einer erfindungsgemäß hergestellten Beschichtung.1: a blade of a gas turbine according to the invention with a coating produced according to the invention.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme unter Bezugnahme auf Fig. 1 in größerem Detail erläutert. Fig. 1 zeigt eine Schaufel 10 einer Gasturbine, die ein Schaufelblatt 1 1 sowie einen Schaufelfuß 12 umfasst. Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schaufel 10 allseitig mit einer Beschichtung 13 versehen, wobei die Beschichtung 13 im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Schaufel 10 aufgebracht wird. Die Schaufel 1 1 kann auch abschnittsweise beschichtet sein.The present invention is explained in more detail below with reference to FIG. 1. Fig. 1 shows a blade 10 of a gas turbine, which includes an airfoil 11 and a blade root 12. In the present exemplary embodiment, the blade 10 is provided with a coating 13 on all sides, the coating 13 being applied to the blade 10 in the sense of the method according to the invention. The blade 1 1 can also be coated in sections.
Die Schaufel 10 gemäß Fig. 1 ist vorzugsweise aus einer Nickelbasislegierung hergestellt, die Nickelbasislegierung bildet demnach den Bauteilwerkstoff für das zu beschichtende Bauteil, nämlich für die Schaufel 10. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Beschichtung von Bauteilen beschränkt ist, die aus einer Nickelbasislegierung hergestellt sind. Mit der Erfindung lassen sich auch Bauteile aus einer Kobaltbasislegierung, Eisenlegierung oder auch Titanlegierung beschichten.The blade 10 according to FIG. 1 is preferably made of a nickel-based alloy, the nickel-based alloy accordingly forms the component material for the component to be coated, namely for the blade 10. At this point it should be pointed out that the invention is not limited to the coating of components . which are made of a nickel-based alloy. Components of a cobalt-based alloy, iron alloy or even titanium alloy can also be coated with the invention.
Die Schaufel 10 gemäß Fig. 1 wird im Sinne der Erfindung mithilfe eines sogenannten Schlickerverfahrens beschichtet. Hierzu wird ein Schlickerwerkstoff bereitgestellt. Der Schlickerwerkstoff umfasst im Sinne der Erfindung ein Bindemittel bzw. eine Bindemittel-Lösung sowie mindestens ein Metallpulver, wobei das Metallpulver aus zu mindestens 25 Gew.-% aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe besteht. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Bindemittel um ein organisches Bindemittel bzw. bei der Bindemittel-Lösung um eine Chrom- Phosphat-Lösung handeln kann. Es sind jedoch auch andere Bindemittel verwendbar.The blade 10 according to FIG. 1 is coated in the sense of the invention using a so-called slip process. For this purpose, a slip material is provided. For the purposes of the invention, the slip material comprises a binder or a binder solution and at least one metal powder, the metal powder consisting of at least 25% by weight of at least one metal from the platinum group. At this point it should be pointed out that the binder can be an organic binder or the binder solution can be a chromium-phosphate solution. However, other binders can also be used.
Es liegt nun im Sinne einer ersten Alternative der hier vorliegenden Erfindung, dass ein Metallpulver aus ummantelten Pulverkemen gebildet wird. Die Pulverkerne werden aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe gebildet. Die Pulverkerne bestehen entweder aus hochreinem Platin, hochreinem Palladium oder aus einem Platin- Palladium-Gemisch. Diese Pulverkerne sind des weiteren erfindungsgemäß ummantelt. Das Material der Ummantelung entspricht dabei im Wesentlichen dem Bauteilwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils, im gezeigten Ausführungsbeispiel dem Bauteil werkstoff der zu beschichtenden Schaufel 10. Ist die zu beschichtenden Schaufel 10 aus einer Nickelbasislegierung hergestellt, so sind die Pulverkerne des Metallpulvers entweder von Nickel oder einer Nickellegierung ummantelt. Ist hingegen ein Bauteil zu beschichten, das aus einer Kobaltbasislegierung hergestellt ist, so sind die Pulverkerne entweder von Kobalt oder einer Kobaltlegierung ummantelt. Bei einem aus einem Eisenwerkstoff hergestellten, zu beschichtenden Bauteil sind die Pulverkerne aus Platin und/oder Palladium von Eisen oder einer Eisenlegierung ummantelt.It is in the sense of a first alternative of the present invention that a metal powder is formed from coated powder cores. The powder cores are formed from at least one metal from the platinum group. The powder cores consist either of high-purity platinum, high-purity palladium or of a platinum-palladium mixture. These powder cores are also coated according to the invention. The material of the casing essentially corresponds to the component material of the component to be coated, in the exemplary embodiment shown the component material of the blade 10 to be coated. If the blade 10 to be coated is made of a nickel-based alloy, the powder cores of the metal powder are either nickel or a nickel alloy jacketed. If, on the other hand, a component is to be coated which is made from a cobalt-based alloy, then the powder cores are covered either by cobalt or a cobalt alloy. In the case of a component to be coated and made of an iron material, the powder cores made of platinum and / or palladium are encased in iron or an iron alloy.
Es liegt demnach im Sinne der ersten Alternative der hier vorliegenden Erfindung für den Schlickerwerkstoff ein Metallpulver zu verwenden, dessen Pulverkerne aus Platin und/oder Palladium gebildet werden, wobei die Pulverkerne mit einem Material um- mantelt sind, dessen Zusammensetzung im Wesentlichen der Zusammensetzung des Bauteilwerkstoffs des zu beschichtenden Bauteils entspricht.It is therefore within the meaning of the first alternative of the present invention to use a metal powder for the slip material, the powder cores of which are formed from platinum and / or palladium, the powder cores being coated with a material. are coated, the composition of which essentially corresponds to the composition of the component material of the component to be coated.
Nach einer zweiten Alternative der hier vorliegenden Erfindung wird das Metallpulver aus einer Metallpulverlegierung gebildet, die neben dem mindestens einem Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält. Der wesentliche Unterschied zur ersten Alternative liegt darin, dass die ummantelten Pulverkerne erst beim späteren Erhitzen legieren, während die Metallpulverlegierung bereits legiert ist.According to a second alternative of the present invention, the metal powder is formed from a metal powder alloy which, in addition to the at least one metal from the platinum group, contains at least one material that is the same as the component material. The main difference from the first alternative is that the coated powder cores only alloy when heated later, while the metal powder alloy is already alloyed.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des hier vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schlickerwerkstoff bereitgestellt, der neben dem Bindemittel einerseits Aluminium und andererseits die oben beschriebenen, ummantelten Pulverkerne, insbesondere nickelummantelte Platinkerne, oder eine entsprechende Metallpulverlegierung umfasst. Auf diese Art und Weise wird ein Aluminium-Platin- Nickel-Schlickerwerkstoff bereitgestellt, der eine besonders bevorzugte Ausbildung einer Aluminium-Platin-Beschichtung auf der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, im gezeigten Ausführungsbeispiel der zu beschichteten Schaufel 10, ermöglicht.According to a preferred embodiment of the present method according to the invention, a slip material is provided which, in addition to the binder, comprises aluminum on the one hand and the coated powder cores described above, in particular nickel-coated platinum cores, or a corresponding metal powder alloy. In this way, an aluminum-platinum-nickel slip material is provided which enables a particularly preferred formation of an aluminum-platinum coating on the surface of the component to be coated, in the exemplary embodiment shown of the blade 10 to be coated.
An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass der Schlickerwerkstoff selbstverständlich neben dem Bindemittel und den ummantelten Pulverkernen oder der entsprechenden Metallpulverlegierung auch ein MCrAIY- und/oder NiAl- und/oder NiCrAI-Metallpulver aufweisen kann. Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, einen Schlickerwerkstoff bereitzustellen, der zumindest das Bindemittel bzw. die Bindemittellösung und zusätzlich mindestens das Metallpulver aus den ummantelten Pulverkernen oder der entsprechenden Metallpulverlegierung umfasst. Zusätzlich kann Aluminium-Pulver oder ein sonstiges Metallpulver im Schlickerwerkstoff enthalten sein.At this point, for the sake of completeness, it should be pointed out that, in addition to the binder and the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy, the slip material can of course also have an MCrAIY and / or NiAl and / or NiCrAI metal powder. It is therefore within the meaning of the present invention to provide a slip material which comprises at least the binder or the binder solution and additionally at least the metal powder from the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy. In addition, aluminum powder or another metal powder can be contained in the slip material.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird der so bereitgestellte Schlickerwerkstoff auf das zu beschichtende Bauteil, im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die Schaufel 10, aufgetragen. Das Auftragen erfolgt durch Pinseln, Spritzen, Tauchen oder ein anderes geeignetes Verfahren.For the purposes of the present invention, the slip material thus provided is applied to the component to be coated, in the exemplary embodiment shown to Scoop 10, applied. The application is carried out by brushing, spraying, dipping or another suitable method.
Nach dem Auftragen des Schlickerwerkstoffs unter Ausbildung einer Schlickerschicht auf dem Bauteil erfolgt das Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht Das Aushärten der Schlickerschicht wird in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 450 °C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 350 °C bis 450 °C, durchgeführt.After applying the slip material to form a slip layer on the component, the slip layer is hardened or dried. The hardening of the slip layer is carried out in a temperature range from room temperature to 450 ° C., preferably in a temperature range from 350 ° C. to 450 ° C.
Nach dem Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht erfolgt eine Wärmebehandlung derselben zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 750 °C bis 1250 °C für in etwa zwei Stunden. Die Wärmebehandlung kann unter einer Schutzgasatmosphäre, zum Beispiel in Argon, durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann jedoch alternativ auch im Vakuum oder in einer Normalatmosphäre erfolgen.After the slip layer has hardened or dried, it is heat-treated to diffuse the slip layer into the component. The heat treatment is preferably carried out in a temperature range of 750 ° C to 1250 ° C for about two hours. The heat treatment can be carried out under a protective gas atmosphere, for example in argon. However, the heat treatment can alternatively also be carried out in a vacuum or in a normal atmosphere.
Durch die Verwendung eines ummantelten Platin- und/oder Palladiumkerns als Metallpulver wird vermieden, dass das Platin und/oder Palladium bei der Wärmebehandlung oder bedingt durch das Bindemittel oxidiert. Hierdurch ist eine deutlich bessere Beschichtung des Bauteils realisierbar.The use of a coated platinum and / or palladium core as the metal powder prevents the platinum and / or palladium from being oxidized during the heat treatment or due to the binder. This enables a significantly better coating of the component to be achieved.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung liegt die Korngröße der ummantelten Pulverkerne oder der entsprechenden Metallpulverlegierung in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 5 μm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 μm bis 0,5 μm. Die Partikelform der ummantelten Pulverkerne ist vorzugsweise kugelig, um eine gleichmäßige Ummantelung derselben zu gewährleisten. Es ist jedoch auch eine scheibenförmige oder plattenförmige Formgebung möglich.For the purposes of the present invention, the grain size of the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy is in a range between 0.01 μm and 5 μm, preferably in a range from 0.2 μm to 0.5 μm. The particle shape of the coated powder cores is preferably spherical in order to ensure a uniform coating of the same. However, a disk-like or plate-like shape is also possible.
Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Dicke der Ummantelung der Pulverkerne so zu bestimmen, dass der prozentuale Anteil des Materials der Pulverkerne in einem Bereich zwischen 25 Gew.-% und 85 Gew.-% und demnach der Anteil des Materials der Ummantelungen zwischen 75 Gew.-% und 15 Gew.-% liegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei welchem nickelummanteltes Platin als Metallpulver verwendet wird, ist die Dicke der Nickelummantelung derart gewählt, dass der Nickelanteil zwischen 15 und 35 Gew.- und der Platinanteil zwischen 85 und 65 Gew.-% liegt. Wie bereits erwähnt kann alternativ ein Metallpulverlegierungs- pulver mit entsprechender Zusammensetzung verwendet werden, also mit 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% Platin und 35 Gew.-% bis 15 Gew.-% Nickel.It is further within the scope of the present invention to determine the thickness of the coating of the powder cores in such a way that the percentage of the material of the powder cores is in a range between 25% by weight and 85% by weight and accordingly the proportion of the material of the Sheathing is between 75 wt .-% and 15 wt .-%. In the preferred embodiment, in which nickel-clad platinum as Metal powder is used, the thickness of the nickel coating is chosen such that the nickel content is between 15 and 35 wt .-% and the platinum content between 85 and 65 wt .-%. As already mentioned, a metal powder alloy powder with an appropriate composition can alternatively be used, ie with 65% by weight to 85% by weight of platinum and 35% by weight to 15% by weight of nickel.
Im Anschiuss an die Wärmebehandlung des mit dem Schlickerwerkstoff beschichten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil kann noch eine separate Alitierung des Bauteils erfolgen. Hierzu wird eine Aluminiumquelle bereitgestellt und Aluminium wird in das zu beschichtende Bauteil eindiffundiert. Subsequent to the heat treatment of the component coated with the slip material in order to diffuse the slip layer into the component, a separate alitation of the component can take place. For this purpose, an aluminum source is provided and aluminum is diffused into the component to be coated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbestandigen Beschichtung für ein Bauteil, insbesondere für ein Bauteil einer Gasturbine, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Bauteils aus einem Bauteilwerkstoff, b) Bereitstellen eines Schlickerwerkstoffs, der neben einem Bindemittel mindestens ein Metallpulver enthält, wobei das Metallpulver aus zu mindestens 25 Gew.- aus mindestens einem Metall der Platin- Gruppe besteht, und b1) aus ummantelten Pulverkernen gebildet wird, wobei die Pulverkerne aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe gebildet werden, und wobei die Ummantelungen der Pulverkeme aus einem mit dem Bauteilwerkstoff basisgleichen Material gebildet werden, oder b2) aus einer Metallpulverlegierung gebildet wird, die neben dem mindestens einem Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält, c) Auftragen des Schlickerwerkstoffs zumindest bereichsweise auf das Bauteil unter Ausbildung einer Schlickerschicht, d) Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht, e) Wärmebehandeln des mit dem Schlickerwerkstoff zumindest bereichsweise beschichteten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil.1. A method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating for a component, in particular for a component of a gas turbine, with the following steps: a) providing a component made of a component material, b) providing a slip material which contains at least one metal powder in addition to a binder, wherein the metal powder consists of at least 25% by weight of at least one metal from the platinum group, and b1) is formed from coated powder cores, the powder cores being formed from at least one metal from the platinum group, and wherein the coatings of the powder cores from one are formed with the component material of the same base material, or b2) is formed from a metal powder alloy which, in addition to the at least one metal of the platinum group, contains at least one material with the same base material as the component material, c) applying the slip material to the component at least in regions with formation he slip layer, d) hardening or drying of the slip layer, e) heat treatment of the component coated with the slip material at least in regions to diffuse the slip layer into the component.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverkerne des Metallpulvers aus Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) gebildet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the powder cores of the metal powder are formed from platinum (Pt) and / or palladium (Pd).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Nickelbasislegierung ausgebildeten Bauteilwerkstoff die Ummantelungen der Pulverkerne aus Nickel (Ni) oder einer Nickellegierung gebildet werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a component material designed as a nickel-based alloy, the sheaths of the powder cores are formed from nickel (Ni) or a nickel alloy.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Kobaltbasislegierung ausgebildeten Bauteilwerkstoff die Ummantelungen der Pulverkerne aus Kobalt (Co) oder einer Kobaltlegierung gebildet werden.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a component material designed as a cobalt-based alloy, the sheaths of the powder cores are formed from cobalt (Co) or a cobalt alloy.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Eisenwerkstoff ausgebildeten Bauteilwerkstoff die Ummantelungen der Pulverkerne aus Eisen (Fe) oder einer Eisenlegierung gebildet werden.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a component material designed as an iron material, the sheaths of the powder cores are formed from iron (Fe) or an iron alloy.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Ummantelungen des als ummantelte Pulverkerne ausgebildeten Metallpulvers derart gewählt wird, dass der Anteil des Materials der Pulverkerne am Metallpulver bei 25 Gew.-% bis 85 Gew.-% und der Anteil des Materials der Ummantelungen bei 75 Gew.- bis 15 Gew.-% liegt.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the thickness of the coatings of the metal powder formed as coated powder cores is selected such that the proportion of the material of the powder cores in the metal powder at 25 wt .-% to 85 wt. -% and the proportion of the material of the jackets is 75 to 15 wt .-%.
7. Verfahren nach Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver als nickelummanteltes Platin ausgebildet ist, wobei die Dicke der Nickelummantelungen derart gewählt ist, dass der Platinanteil bei 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% und der Nickelanteil bei 35 Gew.-% bis 15 Gew.-% liegt.7. The method according to claim 6, characterized in that the metal powder is designed as nickel-coated platinum, the thickness of the nickel coatings being selected such that the proportion of platinum is 65% by weight to 85% by weight and the proportion of nickel is 35% by weight. -% to 15 wt .-% is.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus einer Metallpulverlegierung gebildet wird, die neben Platin mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält8. The method according to claim 1, characterized in that the metal powder is formed from a metal powder alloy which, in addition to platinum, contains at least one material which is the same as the component material
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver als Metallpulverlegierung mit 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% Platin und 35 Gew.-% bis 15 Gew.-% Nickel ausgebildet ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the metal powder is formed as a metal powder alloy with 65 wt .-% to 85 wt .-% platinum and 35 wt .-% to 15 wt .-% nickel.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlickerwerkstoff neben dem Bindemittel und dem Metallpulver weiterhin Aluminium (AI) und/oder Silizium (Si) enthält. 10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the slip material in addition to the binder and the metal powder further contains aluminum (Al) and / or silicon (Si).
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlickerwerkstoff neben dem Bindemittel und dem Metallpulver weiterhin ein MCrAlY-Metallpulver enthält.1 1. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the slip material in addition to the binder and the metal powder further contains an MCrAlY metal powder.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver eine Korngrößenverteilung von 0,01 μm bis 5 μm, vorzugsweise von 0,2 μm bis 0,5 μm, aufweist.12. The method according to one or more of claims 1 to 1 1, characterized in that the metal powder has a grain size distribution of 0.01 microns to 5 microns, preferably from 0.2 microns to 0.5 microns.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschiuss an Schritt e) ein Alitieren des Bauteils durchgeführt wird.13. The method according to one or more of claims 1 to 1 1, characterized in that an alitation of the component is carried out in connection with step e).
14. Bauteil, insbesondere Turbinenschaufel einer Gasturbine, mit einer korrosionsbeständigen und oxidationsbest ndigen Beschichtung, wobei die Beschichtung durch ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 auf das Bauteil aufgebracht ist. 14. Component, in particular turbine blade of a gas turbine, with a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating, the coating being applied to the component by a method according to one or more of claims 1 to 13.
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