WO2010149141A2 - Verfahren zum herstellen und/oder reparieren einer schaufel für eine strömungsmaschine - Google Patents

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aluminum alloy
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Götz Lebküchner
Jörg FRISCHBIER
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method for producing and / or repairing a blade for a turbomachine and to a corresponding blade.
  • Blades for turbomachines are known in various designs and are usually manufactured in one piece from a metal or a metal alloy.
  • the o blade each have an airfoil and a blade root, wherein over the
  • Shovel foot can be made a connection to a rotor or a housing of the associated turbomachine.
  • different materials are used.
  • stainless steel is used to make blade used as compressor blades for thermal gas turbines5.
  • blades which are designed as turbine blades for thermal gas turbines, from high-temperature-capable metal alloys, such as, for example, nickel or cobalt-based alloys.
  • the blade root or a blade cover strip of the blade has a fine-grained structure which leads to increased ductility in comparison with the blade blade region of the blade.
  • a blade made of titanium it is possible, with the aid of such a blade, to use a blade made of titanium.
  • Aluminum alloy the mass of a rotor provided with one or more of these blades and thus the entire turbomachine can be lowered.
  • a disadvantage of the known blades is the fact that the ductility of the known titanium-aluminum alloys is relatively low despite complex heat treatments. Therefore, a one-sided or local mechanical overload can relatively easily lead to scoring or even premature fracture of the blade in blades of such alloys. By occurring during operation in a turbomachine oxidation of the blades, the ductility of the titanium-aluminum alloy o is additionally reduced.
  • Object of the present invention is to provide a blade for a turbomachine, which offers a low weight with improved load capacity. 5
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and a blade having the features of claim 10.
  • Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the blade and vice versa. 0
  • a blade body made of a titanium-aluminum alloy is initially provided, which has an undersize with respect to an outer contour of the blade.
  • a metallic coating material is applied to the blade main body, wherein a coating material is used which has a higher ductility than the titanium-aluminum alloy of the blade main body at an average operating temperature of the blade.
  • the blade is thus manufactured in hybrid construction by combining the blade base body consisting of the titanium-aluminum alloy with the coating material which has improved physical properties with regard to its ductility.
  • a blade with a small Weight can be provided, which, however, due to the increased ductility of its outer layer has improved mechanical, thermal and chemical resistance.
  • the method can be used both in the manufacture of new parts and for the repair or improvement of existing blades. Due to the low weight of the blade, the moving masses of a rotor provided with such a blade are correspondingly reduced, resulting in a significant increase in the service life of the blade, of the rotor and of a turbomachine provided with such a rotor.
  • Another advantage is that an additional corrosion protection of the blade body is achieved by the coating material. In principle, it may be provided that a single or a plurality of different coating materials are applied to the main blade body in order to allow a particularly precise adaptation of the respective blade requirements.
  • a blade base body made of a TiAl cast alloy and / or a TiAl-wrought alloy, in particular a ⁇ -TiAl alloy is used.
  • the blade body can be particularly variable adapted to different requirement profiles, always with a low specific weight and a high specific strength are given.
  • the blade body is also suitable for use at temperatures which are above the operating limit of conventional high-temperature suitable superalloys.
  • ⁇ -TiAl alloys offer the advantage that they are particularly temperature-stable and have a density which is about half as large as conventional Ni or Co superalloys.
  • a high-temperature-capable metallic material in particular nickel and / or a Ni-based alloy and / or a CO-based alloy, is used as the coating material.
  • the high-temperature metallic material can be either a pure element, preferably nickel, or a suitable alloy, such as For example, a Ni and / or Co-based alloys include. In principle, however, other suitable high-temperature materials may be provided.
  • a particularly good adaptability of the blade to different applications is achieved in a further embodiment in that the coating material is applied in one layer and / or multilayer and / or graded on the blade main body.
  • the corrosion resistance of the blade can be specifically increased.
  • the coating material is applied to the blade body in the region of a blade root of the blade.
  • the blade is advantageously reinforced in a region with particularly high selective mechanical stress, which due to the significantly improved with the aid of the coating material local ductility a fracture of the blade and an undesirable corrosion are particularly reliably prevented.
  • the frictional wear on the blade root is thereby considerably reduced, whereby the service life of the blade and thus of the entire associated turbomachine is increased. This allows for improved ease of maintenance and correspondingly reduced maintenance costs.
  • the coating material with a thickness of at least 0.2 mm, in particular of at least 0.5 mm is applied to the blade main body.
  • the thick layer applied in this way gives the blade a ductility which enables a particularly high tolerance compensation and moreover ensures a particularly high and lasting protection of the blade against mechanical damage and undesired corrosion.
  • the coating material with respect to the outer contour of the blade at least partially applied with an oversize on the blade body.
  • the outer contour of the blade is produced after application of the coating material to the blade base body by means of a separation process, in particular by means of a chip process and / or an electrochemical removal process.
  • a separation process in particular by means of a chip process and / or an electrochemical removal process.
  • electrochemical removal methods can be provided.
  • a blade for a turbomachine wherein a low weight with improved mechanical load capacity of the blade is achieved according to the invention in that the blade comprises a blade body made of a titanium-aluminum alloy, which has an undersize with respect to an outer contour of the blade and coated at least in the region of the undersize with a metallic coating material, wherein the coating material has a higher ductility than the titanium-aluminum alloy of the blade main body at an average operating temperature of the blade.
  • the blade is thus manufactured in a hybrid construction, in that the blade base body consisting of the titanium-aluminum alloy is combined with the coating material, which with respect to its
  • Ductility has improved physical properties than the titanium-aluminum alloy has. Due to the low specific gravity of the titanium-aluminum alloy, the blade on the one hand has a low weight and on the other hand due to the increased ductility of its outer layer improved mechanical, thermal and chemical resistance. In this way, with one-sided or local overloads 5 of the blade, the formation of cracks or premature fractures can be reliably prevented. In addition, the coating offers significantly improved corrosion protection for the blade body. In addition, during operation of a rotor provided with the blade, a corresponding reduction of the moving masses, whereby the life of the blade or the rotor provided with the blade is significantly increased kant.
  • the blade is made by a method according to one of the previous embodiments.
  • the resulting features and their advantages can be found in the corresponding descriptions.
  • the blade is designed as a blade and / or as a guide blade and / or as a compressor blade and / or as a turbine blade for a thermal gas turbine.
  • the blade can be used particularly flexibly in a wide variety of turbomachines or turbomachinery areas.
  • Another aspect of the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular an integrally bladed blisk and / or an integrally bladed bling for a thermal gas turbine, with a rotor base body on which at least one blade is arranged.
  • the at least one blade is produced and / or repaired by means of a method according to one of the preceding embodiments and / or is designed according to one of the preceding exemplary embodiments.
  • a further aspect of the invention relates to a turbomachine, in particular a thermal gas turbine, with at least one rotor, in particular with an integrally bladed blisk and / or an integrally bladed bling, wherein according to the invention 5 it is provided that the rotor by means of a method according to one of the preceding Embodiments manufactured and / or repaired and / or trained blade comprises and / or that the rotor is formed according to the preceding embodiment.
  • the resulting benefits can be found in the corresponding descriptions.
  • FIGURE shows a schematic and fragmentary schematic representation of a turbine blade formed as a blade for a thermal gas turbine.
  • the blade 10 comprises a blade base body 11 made of a titanium-aluminum alloy, which comprises a region formed as an airfoil 12 and as a blade root 14.
  • the blade main body 11 has a clear undersize 16 in the region of its blade root 145.
  • a metallic coating material 18 is applied to the blade main body 11, the coating material 18 having a higher ductility over the entire operating temperature range of the blade in an associated turbomachine than the titanium-aluminum alloy of the blade main body 11.
  • the coating material 18 offers improved corrosion protection for the blade base body 11.
  • the blade base 11 consists of a ⁇ -TiAl alloy
  • the coating material 18 consists of a high-temperature Ni-base alloy.
  • the coating material 18 consists of elemental nickel or comprises elemental nickel.
  • the ductility of ⁇ -TiAl alloys is significantly lower compared to Ni-base alloys.
  • ⁇ -TiAl alloys have high specific strength, high temperature stability, and significantly lower specific gravity, thereby realizing corresponding weight advantages.
  • the coating material 18 is applied to the blade base body 11 with a thickness of more than 0.2 mm, so that a so-called thick layer results. It can also be provided that the coating material 18 is first applied with an excess with respect to the desired outer contour of the blade 10 to the region of the undersize 165. Subsequently, excess coating material 18 can be removed by means of a separation process, for example by milling, grinding, broaching or electrochemical removal. By the applied thick film, the blade root 14 has a correspondingly high ductility, which allows tolerance compensation.
  • the coating material 18 is applied to the blade root 14 with the aid of a cold-genetic compacting method (cold spray), so that thermal or mechanical overloading of the blade main body 11 is reliably prevented. It can also be provided that the coating material 18 is applied in multiple layers and / or graded on the blade body 11. It can also be provided that a plurality of different coating materials 18 are used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren einer Schaufel (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine, bei welchem zunächst ein Schaufelgrundkörper (11) aus einer Titan-Aluminium-Legierung bereitgestellt wird, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel (10) ein Untermaß (16) aufweist, wonach zumindest im Bereich des Untermaßes (16) ein metallisches Beschichtungsmaterial (18) auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird, wobei ein Beschichtungsmaterial (18) verwendet wird, welches bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur der Schaufel (10) eine höhere Duktilität als die Titan-Aluminium-Legierung des Schaufelgrundkörpers (11) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaufel (10) für eine Strömungsmaschine, wobei die Schaufel (10) einen Schaufelgrundkörper (11) aus einer Titan-Aluminium-Legierung umfasst, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel (10) ein Untermaß (16) aufweist und zumindest im Bereich des Untermaßes (16) mit einem metallischen Beschichtungsmaterial (18) beschichtet ist, wobei das Beschichtungsmaterial (18) bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur der Schaufel (10) eine höhere Duktilität als die Titan-Aluminium-Legierung des Schaufelgrundkörpers (11) aufweist.

Description

Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren einer Schaufel für eine Strömungsmaschine
Beschreibung
5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren einer Schaufel für eine Strömungsmaschine sowie eine entsprechende Schaufel.
Schaufeln für Strömungsmaschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt und werden üblicherweise einstückig aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Die o Schaufel weisen jeweils ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuß auf, wobei über den
Schaufelfuß eine Anbindung an einen Rotor oder ein Gehäuse der zugeordneten Strömungsmaschine erfolgen kann. Je nach Verwendungszweck und Einsatzort kommen dabei unterschiedliche Materialien zum Einsatz. Beispielsweise wird rostfreier Stahl zur Herstellung von Schaufehl verwendet, die als Verdichterschaufeln für thermische Gasturbinen5 verwendet sollen. Ebenso ist es bekannt, Schaufeln, welche als Turbinenschaufeln für thermische Gasturbinen ausgebildet sind, aus hochtemperaturfähigen Metalllegierungen wie beispielsweise Nickel- oder Kobalt-Basislegierungen herzustellen.
Im modernen Flugzeugbau wird ein möglichst geringes Gewicht und damit eine geringe o bewegte Masse angestrebt. Daher sind keramische oder intermetallische Werkstoffe interessant, die einerseits eine hohe Temperaturstabilität und andererseits ein geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Aus der EP 0513 407 Bl ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufel aus einer Legierung auf der Basis eines dotierstoffhaltigen Titan-Aluminides bekannt. Bei der Herstellung dieser Schaufel wird dabei ein Gusskörper5 aus einer TiAl-Legierung derart partiell wärmebehandelt, dass die Schaufel im Bereich ihres Schaufelblatts eine grobkörnige Gefügestruktur aufweist, die zu einer hohen Zug- und Zeitstandfestigkeit führt. Der Schaufelfuß bzw. ein Schaufeldeckband der Schaufel weist demgegenüber eine feinkörnige Struktur auf, welche im Vergleich zum Schaufelblattbereich der Schaufel zu einer erhöhten Duktilität führt. Im Vergleich zu Schaufeln aus Ni- o ekel- oder Kobalt-Basislegierungen kann mit Hilfe einer derartigen Schaufel aus einer Ti- tan- Aluminium-Legierung die Masse eines mit einer oder mehreren dieser Schaufeln versehenen Rotors und damit der gesamten Strömungsmaschine gesenkt werden.
Als nachteilig an den bekannten Schaufeln ist jedoch der Umstand anzusehen, dass die 5 Duktilität der bekannten Titan- Aluminium-Legierungen trotz aufwändiger Wärmebehandlungen relativ gering ist. Eine einseitige oder lokale mechanische Überlastung kann daher bei Schaufeln aus derartigen Legierungen relativ leicht zum Anriss oder sogar zum vorzeitigen Bruch der Schaufel führen. Durch während des Betriebs in einer Strömungsmaschine auftretende Oxidationen der Schaufeln wird die Duktilität der Titan- Aluminium-Legierung o zusätzlich herabgesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaufel für eine Strömungsmaschine bereitzustellen, welche ein geringes Gewicht bei verbesserter Belastbarkeit bietet. 5 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Schaufel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaufel und umgekehrt anzusehen sind. 0
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren einer Schaufel für eine Strömungsmaschine wird zunächst ein Schaufelgrundkörper aus einer Titan- Aluminium-Legierung bereitgestellt, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel ein Untermaß aufweist. Anschließend wird zumindest im Bereich des Untermaßes ein me- 5 tallisches Beschichtungsmaterial auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht, wobei ein Be- schichtungsmaterial verwendet wird, welches bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur der Schaufel eine höhere Duktilität als die Titan-Aluminium-Legierung des Schaufelgrundkörpers aufweist. Die Schaufel wird somit in Hybridbauweise hergestellt, indem der aus der Titan- Aluminium-Legierung bestehende Schaufelgrundkörper mit dem Beschich- o tungsmaterial kombiniert wird, welches hinsichtlich seiner Duktilität verbesserte physikalische Eigenschaften aufweist. Hierdurch kann einerseits eine Schaufel mit einem geringen Gewicht bereitgestellt werden, welche jedoch aufgrund der erhöhten Duktilität ihrer Außenschicht eine verbesserte mechanische, thermische und chemische Belastbarkeit aufweist. Das Verfahren ist dabei sowohl bei der Neuteilefertigung als auch für die Reparatur oder Verbesserung bestehender Schaufeln verwendbar. Aufgrund des geringen Gewichts der Schaufel verringern sich entsprechend die bewegten Massen eines mit einer derartigen Schaufel versehenen Rotors, wodurch sich eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer der Schaufel, des Rotors sowie einer mit einem derartigen Rotor versehenen Strömungsmaschine. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch das Beschichtungsmaterial ein zusätzlicher Korrosionsschutz des Schaufelgrundkörpers erzielt wird. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass ein einziges oder mehrere unterschiedliche Beschichtungsmaterialen auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht werden, um eine besonders präzise Anpassung die jeweiligen Schaufelanforderungen zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Schaufelgrund- körper aus einer TiAl-Gusslegierung und/oder einer TiAl-Knetlegierung, insbesondere einer γ-TiAl-Legierung verwendet wird. Hierdurch kann der Schaufelgrundkörper besonders variabel an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden, wobei immer ein geringes spezifisches Gewicht sowie eine hohe spezifische Festigkeit gegeben sind. Darüber hinaus eignet sich der Schaufelgrundkörper auch für den Einsatz bei Temperaturen, die o- berhalb der Einsatzgrenze von üblichen hochtemperaturgeeigneten Superlegierungen liegen. Insbesondere γ-TiAl-Legierungen bieten dabei den Vorteil, dass sie besonders temperaturstabil sind und eine Dichte besitzen, die etwa halb so groß ist wie bei herkömmlichen Ni- oder Co-Superlegierungen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Beschichtungsmaterial ein hochtemperaturfähiges metallisches Material, insbesondere Nickel und/oder eine Ni-Basislegierung und/oder eine CO-Basislegierung, verwendet wird. Auf diese Weise kann die Duktilität der Schaufel vorteilhaft über einen besonders großen Temperaturbereich zuverlässig verbessert werden, wodurch sich eine entsprechend hohe mechanische und thermische Belastbarkeit ergibt. Das hochtemperaturfähige metallische Material kann entweder ein Reinelement, vorzugsweise Nickel, oder eine geeignete Legierung wie bei- spielsweise eine Ni- und/oder Co-Basislegierungen umfassen. Grundsätzlich können jedoch auch andere geeignete hochtemperaturfähige Materialien vorgesehen sein.
Eine besonders gute Anpassbarkeit der Schaufel an unterschiedliche Anwendungszwecke wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass das Beschichtungsmaterial einlagig und/oder mehrlagig und/oder gradiert auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht wird. Hierdurch kann neben der Einstellung definierter mechanischer Eigenschaften auch die Korrosionsbeständigkeit der Schaufel gezielt erhöht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Beschichtungsmaterial im Bereich eines Schaufelsfußes der Schaufel auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht wird. Hierdurch wird die Schaufel vorteilhaft in einem Bereich mit besonders hoher punktueller mechanischer Belastung verstärkt, wodurch aufgrund der mit Hilfe des Beschichtungsmaterials erheblich verbesserten lokalen Duktilität ein Bruch der Schaufel sowie eine unerwünschte Korrosion besonders zuverlässig verhindert werden. Zusätzlich wird hierdurch der Reibverschleiß am Schaufelfuß (Anti-Fretting) erheblich verringert, wodurch die Lebensdauer der Schaufel und damit der gesamten zugeordneten Strömungsmaschine gesteigert wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Wartungsfreundlichkeit und entsprechend verringerte Wartungskosten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmaterial mit einer Dicke von mindestens 0,2 mm, insbesondere von mindestens 0,5 mm, auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht wird. Durch die hierdurch aufgetragene Dickschicht erhält die Schaufel eine Duktilität, die einen besonders hohen Toleranzausgleich ermöglicht und darüber hinaus einen besonders hohen und dauerhaften Schutz der Schaufel vor mechanischer Beschädigung und unerwünschter Korrosion gewährleistet.
Indem das Beschichtungsmaterial mittels eines Spritzverfahrens, insbesondere mittels eines kaltgenetischen Kompaktierverfahrens, und/oder mittels eines galvanischen Beschich- tungsverfahrens auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht wird, wird eine Beschädigung des Schaufelgrundkörpers bei der Herstellung und/oder Reparatur aufgrund mechanischer, thermischer oder chemischer Einflüsse beim Aufbringen des Beschichtungsmaterials be- sonders zuverlässig verhindert. Darüber hinaus können auf diese Weise auch besonders einfache Reparaturen bereits gefertigter Schaufeln mit den zuvor genannten Vorteilen durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Be- schichtungsmaterial bezüglich der Außenkontur der Schaufel zumindest bereichsweise mit einem Übermaß auf den Schaufelgrundkörper aufgebracht wird. Hierdurch kann insbesondere im Fall einer Beschichtung des Schaufelfußes auf einfache Weise eine Übermaßpassung erzeugt werden.
In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Außenkontur der Schaufel nach dem Auftragen des Beschichtungsmaterials auf den Schaufelgrundkörper mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels eines Spanverfahrens und/oder ein es elektrochemischen Abtragverfahrens, erzeugt wird. Hierdurch können Maßabweichungen der Ist- Außenkontur von einer Soll-Außenkontur der Schaufel präzise und schonend beseitigt werden, wodurch eine besonders hohe Maßhaltigkeit gewährleistet wird. Das hierzu verwendete Trennverfahren dient somit zur Fein- bzw. Fertigbearbeitung der Schaufel und kann beispielsweise Fräsen, Schleifen, Räumen oder andere spanabhebende Verfahren umfassen. Ebenfalls können elektrochemische Abtragverfahren vorgesehen sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Strömungsmaschine, wobei ein geringes Gewicht bei verbesserter mechanischer Belastbarkeit der Schaufel erfindungsgemäß dadurch erzielt wird, dass die Schaufel ein Schaufelgrundkörper aus einer Titan-Aluminium-Legierung umfasst, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel ein Untermaß aufweist und zumindest im Bereich des Untermaßes mit einem metallischen Be- schichtungsmaterial beschichtet ist, wobei das Beschichtungsmaterial bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur der Schaufel eine höhere Duktilität als die Titan- Aluminium-Legierung des Schaufelgrundkörpers aufweist. Die Schaufel ist somit in Hybridbauweise gefertigt, indem der aus der Titan- Aluminium-Legierung bestehende Schau- felgrundkörper mit dem Beschichtungsmaterial kombiniert ist, welches bezüglich seiner
Duktilität verbesserte physikalische Eigenschaften als die Titan- Aluminium-Legierung auf- weist. Aufgrund der geringen spezifischen Dichte der Titan- Aluminium-Legierung besitzt die Schaufel hierdurch einerseits ein geringes Gewicht und weist andererseits aufgrund der erhöhten Duktilität ihrer Außenschicht eine verbesserte mechanische, thermische und chemische Belastbarkeit auf. Auf diese Weise kann bei einseitiger bzw. lokaler Überlastungen 5 der Schaufel die Entstehung von Rissen oder vorzeitigen Brüchen zuverlässig verhindert werden. Zusätzlich bietet die Beschichtung einen erheblich verbesserten Korrosionsschutz für den Schaufelgrundkörper. Zusätzlich ergibt sich während des Betriebs eines mit der Schaufel versehenen Rotors eine entsprechende Verringerung der bewegten Massen, wodurch die Lebensdauer der Schaufel bzw. des mit der Schaufel versehenen Rotors signifi-0 kant erhöht wird.
hi einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaufel mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den entsprechenden Beschrei- 5 bungen zu entnehmen.
m weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schaufel als Laufschaufel und/oder als Leitschaufel und/oder als Verdichterschaufel und/oder als Turbinenschaufel für eine thermische Gasturbine ausgebildet ist. Hierdurch kann die Schaufel besonders flexibel in un- o terschiedlichsten Strömungsmaschinen bzw. Strömungsmaschinenbereichen eingesetzt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine integral beschaufelte Blisk und/oder ein integral beschaufelter Bling für eine5 thermische Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper, an welchem wenigstens eine Schaufel angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die wenigstens eine Schaufel mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt und/oder repariert ist und/oder gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile im Hinblick auf geringes Gewicht, o verbesserte Belastbarkeit und erhöhte Lebensdauer des Rotors sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere eine thermische Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder einem integral beschaufelten Bling, wobei erfindungsgemäß 5 vorgesehen ist, dass der Rotor eine mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellte und/oder reparierte und/oder ausgebildete Schaufel umfasst und/oder dass der Rotor gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen. 0
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend im Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch5 in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die einzige Figur zeigt dabei eine schematische und ausschnittsweise Prinzipdarstellung einer als Turbinenschaufel ausgebildeten Schaufel für eine thermische Gasturbine.
o Die einzige Figur zeigt eine schematische und ausschnittsweise Prinzipdarstellung einer als
Turbinenschaufel ausgebildeten Schaufel 10 für eine thermische Gasturbine. Die Schaufel 10 umfasst dabei einen aus einer Titan- Aluminium-Legierung gefertigten Schaufelgrundkörper 11, welcher einen als Schaufelblatt 12 und einen als Schaufelfuß 14 ausgebildeten Bereich umfasst. Der Schaufelgrundkörper 11 weist im Bereich seines Schaufelfußes 145 ein deutliches Untermaß 16 auf. Im Bereich des Untermaßes 16 ist ein metallisches Be- schichtungsmaterial 18 auf den Schaufelgrundkörper 11 aufgebracht, wobei das Beschich- tungsmaterial 18 über den gesamten Betriebstemperaturbereich der Schaufel in einer zugeordneten Strömungsmaschine eine höhere Duktilität aufweist, als die Titan- Aluminium- Legierung des Schaufelgrundkörpers 11. Hierdurch wird eine einseitige oder lokale Über- o lastung des Schaufelfußes 14 zuverlässig verhindert, wodurch eine Rissbildungen oder ein
Bruch der Schaufel 10 unter den Betriebbedingungen in der Strömungsmaschine ausge- schlössen sind. Weiterhin bietet das Beschichtungsmaterial 18 einen verbesserten Korrosionsschutz für den Schaufelgrundkörper 11. Der Schaufelgrundkörper 11 besteht dabei vorliegend aus einer γ-TiAl-Legierung, während das Beschichtungsmaterial 18 aus einer hoch- temperaturfähigen Ni-Basislegierung besteht. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorge- 5 sehen sein, dass das Beschichtungsmaterial 18 aus elementarem Nickel besteht bzw. elementares Nickel umfasst. Die Duktilität von γ-TiAl-Legierungen ist im Vergleich zu Ni- Basislegierungen wesentlich geringer. Demgegenüber besitzen γ-Ti AI-Legierungen jedoch eine hohe spezifische Festigkeit, eine hohe Temperaturstabilität und eine wesentlich geringere spezifische Dichte, wodurch entsprechende Gewichtsvorteile realisiert werden. 0
Das Beschichtungsmaterial 18 ist mit einer Dicke von über 0,2 mm auf den Schaufelgrundkörper 11 aufgebracht, so dass sich eine so genannte Dickschicht ergibt. Dabei kann auch vorgesehen ein, dass das Beschichtungsmaterial 18 zunächst mit einem Übermaß bezüglich der gewünschten Außenkontur der Schaufel 10 auf den Bereich des Untermaßes 165 aufgebracht wird. Anschließend kann überschüssiges Beschichtungsmaterial 18 mit Hilfe eines Trennverfahrens, beispielsweise durch Fräsen, Schleifen, Räumen oder elektrochemisches Abtragen, entfernt werden. Durch die aufgetragene Dickschicht weist der Schaufelfuß 14 eine entsprechend hohe Duktilität auf, die einen Toleranzausgleich ermöglicht.
o Das Beschichtungsmaterial 18 ist vorliegend mit Hilfe eines kaltgenetischen Kompaktier- verfahrens (Cold-Spray) auf den Schaufelfuß 14 aufgebracht, so dass eine thermische oder mechanische Überlastung des Schaufelgrundkörpers 11 zuverlässig verhindert wird. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Beschichtungsmaterial 18 mehrlagig und/oder gradiert auf den Schaufelgrundkörper 11 aufgebracht wird. Ebenso kann vorgesehen sein, 5 dass mehrere unterschiedliche Beschichtungsmaterialien 18 verwendet werden.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von o Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom
Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren einer Schaufel (10) für eine Strö-
5 mungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine, bei welchem zunächst ein Schaufelgrundkörper (11) aus einer Titan- Aluminium-Legierung bereitgestellt wird, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel (10) ein Untermaß (16) aufweist, wonach zumindest im Bereich des Untermaßes (16) ein metallisches Be- schichtungsmaterial (18) auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird, wobei o ein Beschichtungsmaterial (18) verwendet wird, welches bei einer durchschnittlichen
Betriebstemperatur der Schaufel (10) eine höhere Duktilität als die Titan- Aluminium- Legierung des Schaufelgrundkörpers (11) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaufelgrundkörper5 (10) aus einer TiAl-Gusslegierung und/oder einer TiAl-Knetlegierung, insbesondere einer γ-TiAl-Legierung, verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (18) ein hochtemperaturfähiges metallisches Material, insbeson- o dere Nickel und/oder eine Ni-Basislegierung und/oder eine Co-Basislegierung, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (18) einlagig und/oder mehrlagig und/oder gradiert auf den 5 Schaufelgrundkörper aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (18) im Bereich eines Schaufelfußes (14) der Schaufel (10) auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird. 0
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Be- schichtungsmaterial (18) mit einer Dicke von mindestens 0,2 mm, insbesondere von mindestens 0,5 mm, auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Be- schichtungsmaterial (18) mittels eines Spritzverfahrens, insbesondere mittels eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens, und/oder mittels eines galvanischen Be- schichtungsverfahrens auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Be- schichtungsmaterial (18) bezüglich der Außenkontur der Schaufel (10) zumindest bereichsweise mit einem Übermaß auf den Schaufelgrundkörper (11) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Schaufel (10) nach dem Auftragen des Beschichtungsmaterials (18) auf den Schaufelgrundkörper (11) mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels eines Spanverfahrens und/oder eines elektrochemischen Abtragverfahrens, erzeugt wird.
10. Schaufel (10) für eine Strömungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Schau- fei ( 10) einen Schaufelgrundkörper (11) aus einer Titan- Aluminium-Legierung um- fasst, welcher gegenüber einer Außenkontur der Schaufel (10) ein Untermaß (16) aufweist und zumindest im Bereich des Untermaßes (16) mit einem metallischen Be- schichtungsmaterial (18) beschichtet ist, wobei das Beschichtungsmaterial (18) bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur der Schaufel (10) eine höhere Duktilität als die Titan- Aluminium-Legierung des Schaufelgrundkörpers (11) aufweist.
11. Schaufel (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
12. Schaufel (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Laufschaufel und/oder als Leitschaufel und/oder als Verdichterschaufel und/oder als Turbinenschaufel für eine thermische Gasturbine ausgebildet ist.
13. Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere integral beschaufelte Blisk und/oder Bling für eine thermische Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper, an welchem wenigstens eine Schaufel (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel (10) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt und/oder repariert ist und/oder gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildet ist.
14. Strömungsmaschine, insbesondere thermische Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder mit einem integral beschaufelten Bling, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine mittels eines Ver- fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellte Schaufel (10) und/oder eine gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildete Schaufel (10) umfasst und/oder gemäß Anspruch 13 ausgebildet ist.
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