WO2009030438A2 - Triebwerksbauteil für eine gasturbine - Google Patents

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WO2009030438A2
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amorphous carbon
carbon layer
containing amorphous
modified hydrogen
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Ulf Reinmöller
Christian Siry
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Lufthansa Technik Ag
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Definitions

  • the invention relates to an engine component for arrangement in the gas flow of a gas turbine.
  • Engine components of gas turbines such as jet engines for aircraft have a defined shape, which is adapted to the particular application in the gas flow of the turbine.
  • the shaping of the turbine blades in the compressor and turbine stage of a jet engine is crucial for achieving a high engine efficiency.
  • the invention has for its object to provide a drive train component of the type mentioned, which has an improved pollution resistance combined with a good wear resistance.
  • the object is achieved according to the invention in that at least part of the surface of the engine component exposed to the gas stream during operation has a modified hydrogen-containing amorphous carbon layer or coating which is applied by means of a vacuum coating technique.
  • An engine component for arrangement in the gas flow of a gas turbine designates any component that is exposed to a gas flow in the intended installed state during operation with at least part of its surface. This may be the gas flow in the compressor part, in the combustion chamber or in the turbine part after the combustion chamber of such a gas turbine.
  • At least part of the surface of such an engine component has a modified hydrogen-containing amorphous carbon layer, which is applied by means of a vacuum coating technique.
  • modified hydrogen-containing amorphous carbon layer is used within the scope of the present patent application as defined in VDI Guideline 2840, November 2005.
  • Such carbon layers are applied by a vacuum coating technique, preferably at room temperature coating temperatures of about 300 ° C.
  • the amorphous carbon layers are subdivided according to the aforementioned VDI guideline into seven types of layers, which are identified by the abbreviation a-C (a: amorphous, C: carbon).
  • the group of amorphous carbon films can also be called diamond like carbon (DLC).
  • DLC diamond like carbon
  • a-C hydrogen-containing
  • H hydrogen-containing
  • the invention has recognized that by means of such a surface modification, the erosion tendency of the surface of engine components can be reduced and, at the same time, a lower tendency to fouling due to the so-called non-stick effect of such a modified carbon layer is achieved.
  • the hydrogen-containing amorphous carbon layer is particularly preferably modified with a nonmetal, for example silicon, oxygen, nitrogen, fluorine, boron or mixtures of these nonmetals.
  • a nonmetal for example silicon, oxygen, nitrogen, fluorine, boron or mixtures of these nonmetals.
  • a nonmetal for example silicon, oxygen, nitrogen, fluorine, boron or mixtures of these nonmetals.
  • the most preferred carbon layer is referred to in VDI Guideline 2840 in Table 1 with layer number 2.7.
  • the hardness of an engine component coated according to the invention is preferably at least 5 GPa, more preferably at least 7 GPa, more preferably at least 10 GPa.
  • Typical hardness ranges for an a-C: H: Si: O layer could be, for example, between 7 and 9 GPa, for an a-C: H: Si layer between 10 and 15 GPa.
  • Typical upper limits for hardness are 30, 25, 20 and 15 GPa.
  • the hardness is preferably measured as HV 30 according to DIN EN ISO 14577-1.
  • the modified carbon layer has less than
  • the erosion resistance can be determined by means of a rotating wear test.
  • the abrasion of material is measured by a surface grinding, rotating ball or roller.
  • the wear volume can be calculated from contact pressure, geometries of the ball or roller as well as the wear track.
  • the relevant standard is ASTM G 99.
  • the modified hydrogen-containing amorphous carbon layer has a preferred wear of less than 40 (m 3 / Nm) • 10 -15 .
  • wear volumes of less than 30 (m 3 / Nm) are preferred. • 10 ⁇ 15 or less than 20 (m 3 / Nm) -10 "15 .
  • An engine component coated according to the invention preferably has a low surface energy.
  • Preferred upper limits for the surface energy are 50, 45, 40, 35, 32, 28 and 24 mN / m.
  • Typical surface energy ranges of the invention are, for example, 30 to 35 mN / m for an a-C: H: Si coating and 22 to 26 mN / m for an a-C: H: Si: O coating.
  • the temperature stability of a coating according to the invention may preferably be in the range from 400 to 500.degree.
  • the modified hydrogen-containing amorphous carbon layer can be applied directly to the substrate material of the engine component or else be the uppermost layer of several layers.
  • the carbon layer according to the invention is applied by means of a vacuum coating technique, in which the coating material is first converted into the gas phase and then deposited on the substrate.
  • the vacuum deposition technique is selected from the group consisting of physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced physical vapor deposition (PA-PVD), and plasma supported chemical vapor deposition (PA-CVD) or a combination of said.
  • the coating according to the invention is preferably produced using a combination of PVD and PA-CVD.
  • the layer thickness of the modified hydrogen-containing a-morphic carbon layer is preferably between 2 and 10 ⁇ m, more preferably 3 and 7 ⁇ m. It may, for example, amount to about 5 .mu.m.
  • the engine component according to the invention is particularly preferably a turbine blade, since it is particularly exposed to soiling and wear and, moreover, a change in the contour or the airfoil can significantly contribute to the deterioration of the efficiency in the course of the operation of a jet engine. It is preferably a turbine blade in the compressor or compressor part of the engine.
  • the invention furthermore relates to a jet engine for use in aircraft, which has one or more engine components according to the invention.
  • Another object of the invention is a method for coating an engine component, wherein by means of a vacuum coating method, a modified hydrogen-containing amorphous carbon layer is applied.
  • the engine component is intended to be arranged in the gas flow of a gas turbine.
  • the inventive method can be used in the context of the new production of such engine components.
  • Another aspect of the invention is new parts outside of the actual manufacturing process be subsequently provided by the inventive method with a corresponding coating and refine it.
  • Another object of the invention is a method for repair of an engine component, which is provided for arrangement in the gas flow of a gas turbine.
  • the method comprises the following steps:
  • Engine components such as turbine blades are reground regularly after reaching a wear limit.
  • Such reprocessing can be the mechanical and / or chemical removal of contamination residues and the compensation of material erosion caused by erosion by appropriate processing (eg machining
  • a modified hydrogen-containing amorphous carbon layer according to the invention is applied.
  • Such a remanufactured engine component may u.U. have a longer service life than the non-inventively coated new part.
  • engine blades it may further be envisaged to eliminate the erosion not only by simple grinding, but also to give the engine blades an optimized shape. By simply compensating for unevenness on the surface of the engine blades, deviations from their ideal shape occur and the optimum flow around the airfoil is disturbed. It may therefore be advantageous to change the contour of the airfoil even in areas that are not affected by erosion, in order to ensure a better flow around the engine blade.
  • the working up of the engine component can be automated within the scope of the invention, for example by means of suitable handling robots.
  • Fig. 1 shows an exemplary arrangement of two engine blades according to the invention a compressor stage.
  • two engine blades 1, 1 'according to the invention of a compressor stage 2 are mounted on an impeller 3, which is only indicated in the drawing.
  • the impeller 3 is usually fully occupied with engine blades.
  • the flow direction of the gas flow over the illustrated compressor stage 2 is indicated by the arrow 4.
  • the engine blades 1, 1 ' are provided in the limited by the dashed border areas 5, 5' with a modified hydrogen-containing amorphous carbon layer. These areas 5, 5 'include exactly the places where foreign substances are removed by uncoated engine blades. A corresponding contamination is indicated by the hatchings 6, 6 f . Due to the coating 5, 5 'according to the invention, these contaminations 6, 6' no longer occur.
  • an engine blade of an impeller In the embodiment described here is an engine blade of an impeller.
  • the invention is also applicable, for example, to engine blades of vanes or the like.
  • the components can be used, for example, in high-pressure compressors or low-pressure compressors (HPC or LPC).
  • the hub can be coated.
  • Corresponding engine components can be arranged in the primary and secondary circuits.
  • the stator vanes (vains) can be so-called fixed vains or variable vains (rotatably mounted stator blades). These can be so-called single or cluster vains.
  • Be coated can also components of the fan and, for example, the low-pressure turbine (LPT).
  • LPT low-pressure turbine

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Triebwerksbauteil zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil seiner dem Gastrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche eine modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoff Schicht aufweist, die mit einer Vakuumbeschichtungstechnik aufgetragen ist.

Description

Triebwerksbauteil für eine Gasturbine
Die Erfindung betrifft ein Triebwerksbauteil zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine. Triebwerksbauteile von Gasturbinen wie bspw. Strahltriebwerken für Flugzeuge weisen eine definierte Formgebung auf, die an den jeweiligen Verwendungszweck im Gasstrom der Turbine angepasst ist. Insbesondere die Formgebung der Turbinenschaufeln in der Verdichter- sowie Turbinenstufe eines Strahltriebwerks ist entscheidend zum Erreichen eines hohen Triebwerkswirkungs- grades.
Während des Betriebs einer Gasturbine führen mit dem Luftstrom angesaugte Fremdkörper wie z. B. Sand oder Eis zur Erosion an den Triebwerksbauteilen, die die vorgesehene Form und/oder Oberflächenbeschaffenheit verändern und damit den Wirkungsgrad verschlechtern kann. Ferner kann es durch mit dem Luftstrom eingetragene Verunreinigungen und/oder Verbrennungsrückstände zur Ablagerungen auf der Oberfläche von Triebwerksbauteilen wie bspw. Turbinenschaufeln kommen, die ebenfalls den Gasstrom an diesen Bauteilen verändern und damit den Wirkungsgrad verschlechtern. Die maximale Betriebsdauer einer Gasturbine wird durch solche Erosionen und/oder Verschmutzungen verringert.
Aus offenkundiger Vorbenutzung ist es bekannt, Strahltriebwerke durch einen unter Hochdruck eingetragenen Wasser- strahl zu reinigen. Ferner sind verschiedene Beschichtungen von metallischen Turbinenschaufeln bekannt, die in erster Linie deren Temperaturbeständigkeit erhöhen sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebswerkbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine verbesserte Verschmutzungsresistenz kombiniert mit einer guten Verschleißfestigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Teil der dem Gastrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche des Triebwerksbauteils eine modifizierte wasser- stoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht bzw. -beschichtung aufweist, die mittels einer Vakuumbeschichtungstechnik auf- getragen ist.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
Ein Triebwerksbauteil zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine bezeichnet jegliches Bauteil, das im vorgesehenen Einbauzustand während des Betriebs mit wenigstens einem Teil seiner Oberfläche einem Gasstrom ausgesetzt ist. Es kann sich hierbei um den Gasstrom im Verdichterteil, in der Brennkammer oder im Turbinenteil nach der Brennkammer einer solchen Gasturbine handeln.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche eines solchen Triebwerksbauteils (vorzugs- weise ein dem Gasstrom im Betrieb ausgesetzter Teil der O- berfläche) eine modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht aufweist, die mittels einer Vakuumbeschichtungstechnik aufgetragen ist. Der Begriff „modifi- zierte wasserstoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht" wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung so verwendet, wie er definiert ist in der VDI-Richtlinie 2840, Ausgabe November 2005. Solche Kohlenstoffschichten werden mit einer Vakuumbeschichtungstechnik aufgetragen. Dies geschieht bevorzugt bei Beschichtungstemperaturen von Raumtemperatur von etwa 3000C.
Die amorphen Kohlenstoffschichten werden gemäß der genann- ten VDI-Richtlinie in sieben Schichttypen eingeteilt, die mit der Abkürzung a-C gekennzeichnet werden (a: amorph, C: Kohlenstoff) . Die Gruppe der amorphen Kohlenstoffschichten kann auch mit der englischen Bezeichnung Diamond like Carbon (DLC) bezeichnet werden. Von den sieben unterschiedenen amorphen Kohlenstoffschichttypen sind vier wasserstoffhal- tig (a-C: H) und damit Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung hat erkannt, dass sich mittels einer solchen Oberflächenmodifizierung die Erosionsneigung der Oberfläche von Triebwerksbauteilen verringern lässt und gleichzeitig eine geringere Verschmutzungsneigung aufgrund des sogenannten Antihafteffekts einer solchen modifizierten Kohlenstoffschicht erreicht wird.
Im Rahmen der Erfindung ist die wasserstoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht besonders bevorzugt mit einem Nichtmetall modifiziert, bspw. Silizium, Sauerstoff, Stickstoff, Fluor, Bor oder Mischungen dieser Nichtmetalle. Besonders bevorzugt weist die modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht a-C:H:Si und/oder a-C:H:Si:O auf. Sie ist demnach entweder mit Silizium oder mit einer Kombination von Silizium und Sauerstoff modifiziert. Eine solche be- sonders bevorzugte KohlenstoffSchicht wird in der VDI- Richtlinie 2840 in Tabelle 1 mit der Schichtnummer 2.7 bezeichnet .
Die Härte eines erfindungsgemäß beschichteten Triebwerksbauteils liegt vorzugsweise bei mindestens 5 GPa, weiter vorzugsweise mit mindestens 7 GPa, weiter vorzugsweise mindestens 10GPa. Typische Härtebereiche für eine a-C:H:Si:O- Schicht könnten bspw. zwischen 7 und 9 GPa liegen, für eine a-C:H: Si-Schicht zwischen 10 und 15 GPa. Typische Obergrenzen für die Härte sind 30, 25, 20 und 15 GPa. Die Härte wird bevorzugt als HV 30 nach DIN EN ISO 14577-1 gemessen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die modifizierte Kohlenstoffschicht einen Verschleiß von weniger als
40 (m3 /Nm) • 10~15, vorzugsweise von weniger 30 (m3 /Nm) • 10~15, weiter vorzugsweise von weniger 20 (m3 /Nm) • 10~15 auf.
Die Erosionsbeständigkeit lässt sich anhand eines rotierenden Verschleißtestes feststellen. Bei dieser Messung wird der Abrieb von Material durch eine an der Oberfläche reibende, rotierende Kugel oder Walze gemessen. Aus Anpress- druck, Geometrien der Kugel bzw. Walze sowie der Verschleißspur lässt sich das Verschleißvolumen berechnen. Die hierfür relevante Norm ist die ASTM G 99. Erfindungsgemäß weist die modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht einen bevorzugten Verschleiß von weniger als 40 (m3/Nm) • 10"15 auf. Weiterhin bevorzugt sind Verschleißvolumina von weniger als 30 (m3 /Nm) • 10~15 bzw. von weniger als 20 (m3/Nm) -10"15. Ein erfindungsgemäß beschichtetes Triebwerksbauteil weist bevorzugt eine geringe Oberflächenenergie auf. Durch diese geringe Oberflächenenergie haften Verunreinigungen nicht oder in geringem Umfang an der Oberfläche an. Dadurch blei- ben optimale Strömungsbedingungen in der Gasturbine über eine längere Betriebsdauer erhalten, es kommt zu einem entsprechend langsameren Abfall der Exhaust Gas Temperature (EGT) . Da somit ein hoher Wirkungsgrad über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt, kann bei Strahltriebwerken die Triebwerkslaufzeit (Time on Wing, TOW) verlängert werden.
Bevorzugte Obergrenzen für die Oberflächenenergie sind 50, 45, 40, 35, 32, 28 und 24 mN/m. Typische erfindungsgemäße Bereiche der Oberflächenenergie sind bspw. 30 bis 35 mN/m für eine a-C: H: Si-Beschichtung und 22 bis 26 mN/m für eine a-C : H : Si : O-Beschichtung .
Die Temperaturstabilität einer erfindungsgemäßen Beschich- tung kann bevorzugt im Bereich 400 bis 500°C liegen.
Im Rahmen der Erfindung kann die modifizierte wasserstoff- haltige amorphe KohlenstoffSchicht unmittelbar auf das Substratmaterial des Triebwerksbauteils aufgetragen werden o- der aber die oberste von mehreren Schichten sein.
Die erfindungsgemäße KohlenstoffSchicht wird mittels einer Vakuumbeschichtungstechnik aufgetragen, bei der das Be- schichtungsmaterial zunächst in die Gasphase überführt und dann auf dem Substrat abgeschieden wird. Bevorzugt ist die Vakuumbeschichtungstechnik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) , chemische Gasphasenabscheidung (CVD) , plasmaunterstützte physikalische Gasphasenabscheidung (PA-PVD) , und plasmaun- terstützte chemische Gasphasenabscheidung (PA-CVD) oder einer Kombination der genannten.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Beschichtung herge- stellt mit einer Kombination aus PVD und PA-CVD.
Die Schichtdicke der modifizierten wasserstoffhaltigen a- morphen KohlenstoffSchicht liegt bevorzugt zwischen 2 und lOμm, weiter vorzugsweise 3 und 7μm. Sie kann bspw. etwa 5μm betragen.
Das erfindungsgemäße Triebwerksbauteil ist besonders bevorzugt eine Turbinenschaufel, da die im besonderen Maße Verschmutzung und Verschleiß ausgesetzt ist und zudem eine Än- derung der Kontur bzw. des Strömungsprofils maßgeblich zur Verschlechterung des Wirkungsgrades im Laufe des Betriebs eines Strahltriebwerks beitragen kann. Bevorzugt handelt es sich um eine Turbinenschaufel im Verdichter oder Kompressorteil des Triebwerks.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Strahltriebwerk für den Einsatz in Luftfahrzeugen, das eine oder mehrere erfindungsgemäße Triebwerksbauteile aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Beschichten eines Triebwerkbauteils, bei dem mittels eines Vakuum-beschichtungsverfahrens eine modifizierte wasser- stoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht aufgebracht wird. Das Triebwerksbauteil ist zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen der Neuherstellung solcher Triebwerksbauteile angewendet werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, Neuteile außerhalb des eigentlichen Herstellungsprozesses nachträglich durch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer entsprechenden Beschichtung zu versehen und damit zu veredeln.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 12 bis 19 beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung besonders verschmutzungs- resistenter und damit auch weniger verschleißanfälliger Turbinenbauteile .
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Instandsetzung eines Triebwerkbauteils, das zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine vorgesehen ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
a) zur Verfügung stellen eines Triebwerksbauteils, das Verschleißerscheinungen aufweist ;
b) Aufarbeiten des Triebwerksbauteils zur Behebung oder Minderung der Verschleißerscheinungen;
c) Aufbringen einer modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen KohlenstoffSchicht nach einem der Ansprüche
11 bis 18 auf wenigstens einen Teil der dem Gastrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche des Triebwerksbauteils .
Triebwerksbauteile wie bspw. Turbinenschaufeln werden nach Erreichen einer Verschleißgrenze regelmäßig wieder aufgearbeitet. Eine solche Wiederaufarbeitung kann das mechanische und/oder chemische Entfernen von Kontaminationsrückständen und das Ausgleichen von durch Erosion entstandenem Materi- alabtrag durch entsprechende Bearbeitung (z. B. spanende
Bearbeitung) oder durch einen erneuten Materialauftrag wie bspw. Aufschweißen von Schaufelmaterial umfassen. All dies versteht die Erfindung unter dem Begriff Aufarbeiten des Triebwerksbauteils zur Behebung oder Minderung der Verschleißerscheinungen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach diesem Aufarbeiten eine erfindungsgemäße modifizierte wasserstoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht aufgebracht wird. Ein solches wiederaufgearbeitetes Triebwerksbauteil kann dann u.U. eine höhere Betriebsdauer aufweisen als das nicht erfindungsgemäß beschichtete Neuteil.
Bei Triebwerksschaufeln kann weiterhin vorgesehen sein, die Erosion nicht nur durch einfaches Beischleifen zu beseiti- gen, sondern der Triebwerksschaufeln eine optimierte Form zu geben. Durch ein einfaches Ausgleichen von Unebenheiten auf der Oberfläche der Triebwerksschaufeln kommt es zu Abweichungen von ihrer idealen Form und die optimale Umströ- mung des Flügelprofils wird gestört. Es kann daher von Vor- teil sein, die Kontur des Flügelprofils auch in Bereichen, die nicht von Erosion betroffen sind, zu ändern, umso eine bessere Umströmung der Triebwerkschaufel zu gewährleisten. Das Aufarbeiten des Triebwerksbauteils kann im Rahmen der Erfindung automatisiert erfolgen, bspw. mittels geeigneter Handhabungsroboter.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 Eine exemplarische Anordnung zweier erfindungsgemäßen Triebwerksschaufeln einer Kompressorstufe. In Fig. 1 sind zwei erfindungsgemäße Triebwerksschaufein 1, 1' einer Kompressorstufe 2 auf einem, in der Zeichnung nur angedeutetem Laufrad 3 angebracht. Das Laufrad 3 ist in der Regel vollständig mit Triebwerksschaufeln besetzt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit beschränkt sich die Darstellung aber auf zwei exemplarische Triebwerksschaufeln 1, 1' . Die Strömungsrichtung des Gasstroms über die dargestellte Kompressorstufe 2 ist durch den Pfeil 4 angedeutet.
Die Triebwerksschaufeln 1, 1' sind in den durch die gestrichelte Umrandung begrenzten Bereichen 5, 5' mit eine modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen KohlenstoffSchicht versehen. Diese Bereiche 5, 5' umfassen genau die Stellen, an denen sich bei unbeschichteten Triebwerkschaufeln Fremd- Stoffe abtragen. Eine entsprechende Kontamination ist durch die Schraffüren 6, 6f angedeutet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Beschichtung 5, 5' treten diese Kontaminationen 6, 6' nicht mehr auf.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Triebwerksschaufel eines Laufrads. Die Erfindung ist gleichfalls anwendbar beispielsweise auf Triebwerksschaufeln von Leiträdern oder dergleichen. Die Bauteile können beispielsweise im Hochdruckverdichter oder Nie- derdruckverdichter (HPC oder LPC) Verwendung finden. Statt der eigentlichen Triebwerksschaufel (blade) kann auch beispielsweise die Nabe beschichtet werden. Entsprechende Triebwerksbauteile können im Primär- und Sekundärkreis angeordnet sein. Bei den Statorschaufeln (vains) kann es sich um sogenannte fixed vains oder variable vains (drehbar gelagerte Statorschaufeln) sein. Es kann sich um sogenannte Einzel- oder Cluster-vains handeln. Beschichtet werde können ferner Bauteile des Fans sowie beispielsweise der Niederdruckturbine (LPT) .

Claims

Patentansprüche
1. Triebwerksbauteil zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil seiner dem Gastrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche eine modifizierte wasserstoffhaltige a- morphe KohlenstoffSchicht aufweist, die mit einer Vakuumbeschichtungstechnik aufgetragen ist.
2. Triebwerksbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die wasserstoffhaltige amorphe KohlenstoffSchicht mit wenigstens einem Nichtmetall modifiziert ist.
3. Triebwerksbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasserstoff- haltige amorphe KohlenstoffSchicht a-C:H:Si und/oder a-C:H:Si:O aufweist.
4. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht eine Härte von mindestens 5 GPa, vorzugsweise von mindestens 7 GPa, weiter vorzugsweise von mindestens 10 GPa aufweist.
5. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte was- serstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht einen Verschleiß von weniger als 40 (m3 /Nm) • 10~15, vorzugsweise von weniger 30 (m3/Nm) • 10"15, weiter vorzugsweise von weniger 20 (m3 /Nm) • 10~15 aufweist.
6. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht eine O- berflächenenergie von höchstens 32 mN/m, vorzugsweise von höchstens 28 mN/m, weiter vorzugsweise von höchstens 24 mN/m aufweist.
7. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumbeschich- tungstechnik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) , plasmaunterstützte physikalische Gasphasenabscheidung (PA- PVD) , und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PA-CVD) oder einer Kombination der genannten.
8. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht 2μm bis lOμm, vorzugsweise 3μm bis 7μm, weiter vorzugsweise etwa 5μm beträgt.
9. Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es als Turbinenschau- fei ausgebildet ist.
10. Strahltriebwerk für den Einsatz in Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens ein Triebwerksbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist .
11. Verfahren zum Beschichten eines Triebwerksbauteils, das zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Vakuumbeschichtungsverfahrens eine modifizierten wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoff- schicht auf wenigstens ein Teil der dem Gastrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche des Triebswerksbauteils aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoff- schicht mit wenigstens einem Nichtmetall modifiziert ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht a-C:H:Si und/oder a- C:H:Si:O aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasser- stoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht eine Härte von mindestens 600 HV30, vorzugsweise von mindes- tens 750 HV30, weiter vorzugsweise von mindestens 900 HV30 aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasser- stoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht einen Ver- schleiß von weniger als 40 (m3 /Nm) • 10~15, vorzugsweise von weniger 30 (m3 /Nm) • 10"15, weiter vorzugsweise von weniger 20 (m3 /Nm) • 10~15 aufweist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte wasser- stoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht eine Oberflächenenergie von höchstens 28 mN/m, vorzugsweise von höchstens 24 mN/m, weiter vorzugsweise von höchstens 20 mN/m aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da- durch gekennzeichnet, dass die Vakuumsbeschich- tungstechnik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) , plasmaunterstützte physikalische Gasphasenabscheidung (PA- PVD) , und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PA-CVD) oder einer Kombination der genannten.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der mo- difizierten wasserstoffhaltigen amorphen Kohlen¬ stoffschicht 2μm bis 10μm, vorzugsweise 3μm bis 7μm, weiter vorzugsweise etwa 5μm beträgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksbauteil als Turbinenschaufel ausgebildet ist.
20. Verfahren zur Instandsetzung eines Triebwerksbauteils, das zur Anordnung im Gasstrom einer Gasturbine vorgesehen ist, mit den Schritten:
a) zur Verfügung stellen eines Triebwerksbauteils, das Verschleißerscheinungen aufweist;
b) Aufarbeiten des Triebwerksbauteils zur Behebung oder Minderung der Verschleißerscheinungen;
c) Aufbringen einer modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht nach einem der Ansprüche 11 bis 18 auf wenigstens einen
Teil der dem Gasstrom im Betrieb ausgesetzten Oberfläche des Triebwerksbauteils.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksbauteil als Turbinenschaυfel ausgebildet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufarbeiten der Turbinenschaufel die Her- Stellung einer definierten Schaufelkontur umfasst.
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