WO2011009430A1 - Verfahren zur beschichtung einer turbinenschaufel - Google Patents

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WO2011009430A1
WO2011009430A1 PCT/DE2010/000792 DE2010000792W WO2011009430A1 WO 2011009430 A1 WO2011009430 A1 WO 2011009430A1 DE 2010000792 W DE2010000792 W DE 2010000792W WO 2011009430 A1 WO2011009430 A1 WO 2011009430A1
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intermediate layer
component surface
armor
coating
nickel
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PCT/DE2010/000792
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French (fr)
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WO2011009430A9 (de
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Karl-Hermann Richter
Ulrich Knott
Piotr Kowalczyk
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Mtu Aero Engines Gmbh
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Priority to US13/386,074 priority patent/US8393528B2/en
Priority to EP10740509.4A priority patent/EP2456957B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005—Repairing methods or devices

Definitions

  • the present invention relates to a method of providing a metallic component surface with a coating and a turbine blade provided with such a coating.
  • Turbomachinery blades for low-pressure turbines often consist of nickel-base alloys or superalloys such as IN 713, MAR 227 and B 1900.
  • their shroud side Z-shaped contact surfaces are usually cobalt-chromium alloys (Co-Cr alloys or Stellite® ) armored.
  • the height of the armor is in the finished state usually 2 mm.
  • TIG titanium aluminide
  • micro plasma or laser beam welding is typically used.
  • the turbine blades are made of Titanium aluminide (TiAl)
  • they can not be provided with Stellit® armor, as brittle phases may occur due to mixing of titanium aluminide with Stellit® resulting in cracks in the armor and in the armor
  • Base material titanium aluminide of the shroud may arise.
  • Object of the present invention is to provide a method for providing a metallic component surface, in particular a contact surface of a turbine blade made of a TiAl alloy, with a coating which eliminates the aforementioned disadvantages and allows a hard armor, and to provide a turbine blade with such armor ,
  • a metallic component surface in particular a shroud surface of a turbine blade of a TiAl alloy
  • a coating of a metallic material in particular a Co-Cr alloy
  • first the component surface is undersized and a body of the metallic material manufactured. Then the body is fixed to the component surface and grouted by means of high-temperature soldering.
  • An advantage of the material-sparing coating method according to the invention is that the component surfaces can be provided with a stable coating or armor without fear of crack formation in the armor or in the base material of the component. Thicknesses which can not be achieved by alternative coating methods such as galvanic coating, PVD (Physical Vapor Deposition) or plasma spraying can be achieved by forming the armor as a separate body, so that layer thicknesses of more than 2 mm are possible when using the method according to the invention.
  • the body has at least two dimensions that already correspond to two target dimensions of the armor to be achieved before soldering. It is conceivable, for example, already to manufacture the body with a target height and target width of the armor, so that a finishing exclusively on lateral, the depth of the armor limiting
  • the body is indirectly joined to the component surface via an intermediate layer of a different type of material, in particular Inconel® 718 or nickel.
  • the intermediate layer makes it possible to increase the adhesion of the body to the component, since in this way a uniform solder wetting of the body and the component surface can be achieved.
  • the intermediate layer can be designed as a foil or sheet and applied first to the body. Then the body is joined via the intermediate layer with the component surface.
  • the intermediate layer is preferably joined to the body at a soldering temperature which is higher than a soldering temperature for joining the intermediate layer to the component surface.
  • An exemplary brazing temperature for applying the intermediate layer to the body is by using a nickel-based solder as AMS 4777 1050 0 C and an exemplary
  • Soldering temperature for joining the intermediate layer with the component surface is using a nickel alloy with a high precious metal content such as gold, silver or palladium (Au, Ag, Pd) equal to or less than 900 ° C.
  • a temperature in the range of about 900 ° C is particularly advantageous when using the material Titanaluminids, as this in principle does not tolerate higher soldering temperatures.
  • the body becomes first
  • Nickel-plated on the circumference and then joined with the component surface acts quasi as an intermediate layer for adhesion improvement.
  • Base material titanium aluminide for the component briefly a soldering temperature of about 1050 ° C can be set without fear of damaging the base material.
  • solder AMS 4777 is possible, which is characterized by a uniform wetting of, for example, StellitO bodies and TiAl components.
  • a turbine blade according to the invention has an armor, which after the
  • the armor is resilient and may have a height or thickness of several millimeters. Damage to the
  • Turbine material or the armor itself or a weakening of the turbine material or the armor by cracks when applying the armor is excluded by the application of the material-sparing method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of a shroud of a blade of a turbomachine
  • FIG. 2 shows a cross section through an armor region of the shroud, which is provided with a first armor according to the invention
  • Figure 3 shows a cross section through an armor region of the shroud, which is provided with a second armor according to the invention
  • Figure 4 shows a cross section through an armor region of the shroud, which is provided with a third armor according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of a blade-tip-side shroud 2 of a blade of a turbomachine, in particular of a gas turbine.
  • the shroud 2 consists of a high-strength and high temperature resistant titanium aluminide alloy (TiAl alloy). It has a substantially plate-like shape with two spaced apart ones
  • the Z-shaped side surfaces 10, 12 each define a side gap to a shroud of an adjacent blade and each have a planar contact surface 14, 16 for mutual support with the adjacent vibration isolation blade on.
  • the contact surfaces 14, 16 are each provided with an armor 18, 20.
  • the armor 18 or 20 has an approximately cuboidal body 22.
  • the body or chip 22 is preferably made of a Co-Cr alloy, for example Stellit® 694, and has a rectangular cross-section with a plane base surface 24 facing the contact surface 14 or 16 of the shroud 2.
  • the body 22 is made separately from the shroud 2, for example cast or sintered. He has a height that corresponds to a target height of the armor 18.
  • the width of the base surface 24 preferably corresponds to a width of the contact surface 14.
  • the body 22 After the body 22 has been fabricated, it is fixed on its contact surface 14 via its base 24 and then soldered to it with the formation of a large-area solder layer 26.
  • the soldering is carried out inductively, for example in a high vacuum oven or under inert gas at a temperature in the range of about 1050 ° C using the nickel-based solder AMS 4777, which is characterized by a uniform wetting of the Stellit® contact surface 24 and the TiAl component surface 14.
  • the armor 18 After soldering the body 22 to the shroud 2, the armor 18 is mechanically machined to final gauge. Since the body 22 already has a width corresponding to the contact surface 14 and, moreover, the total height of the body 22 corresponds to the desired height of the armor 18, machining to final gauge, for example by grinding, is only necessary insofar as the body 22 is in terms of its Depth to a depth of the contact surface 14 is set. Of course, however, the body 22 with excesses to
  • the body 22 can also be connected to the contact surface 14 or 16 of the shroud 2 via an intermediate layer 28.
  • the intermediate layer 28 is disposed between the contact surface 14 and the base 24 and serves to improve the adhesion conditions of the body 22 on the shroud 2. It consists primarily of a nickel-based alloy or superalloy such as INCONEL® 718 and is as a thin sheet or a foil with a constant material thickness.
  • INCONEL® 718 a nickel-based alloy or superalloy
  • Intermediate layer 28 each have one of the contact surface 14 corresponding geometry, so that a maximum connection area between the contact surface 14 and the intermediate layer 28 and between the intermediate layer 28 and the base 24 is provided.
  • the contact surface 14 is made according to undersize.
  • the body 22 is manufactured separately from the shroud 2 and the intermediate layer 28 is provided.
  • the height of the body 22 corresponds to the desired height of the armor 18 reduced by the thickness of the intermediate layer 28.
  • the width of the base 24 preferably corresponds to the width of the contact surface 14.
  • the intermediate layer 28 also has a width, which corresponds to the contact surface width. Then, the intermediate layer 28 is soldered to the base 24, so that a large-area solder layer 30 is formed. This takes place at about 1050 ° C.
  • a preferred lot is a
  • Nickel-based solder such as AMS 4777, as it evenly wets both TiAl materials and Stellite®.
  • the body 22 is fixed indirectly via the intermediate layer 28 on the contact surface 14. Subsequently, the intermediate layer 28 is soldered to the contact surface 14 to form a large-area solder layer 32. This is done at a temperature less than the temperature for brazing the intermediate layer 28 to the body 22. Preferably, a temperature in the range of less than or equal to 900 ° C is selected.
  • a preferred solder is nickel-based and has a high noble metal content of, for example, gold, silver or palladium. Examples are Gapasil® 9, Palcusil® 10 and Palnisi® 10.
  • the armor 18 After soldering the body 22 resp. the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22 and the intermediate layer 28 with the shroud 2, the armor 18 is mechanically manufactured to final dimensions. Since already the body 22
  • Intermediate layer 28 have a width corresponding to the contact surface 14 and beyond the total height of the body 22 corresponds to the intermediate layer 28 of the desired height of the armor 18, a machining of the armor 18 to gauge only on one dimension, here the depth necessary.
  • the body 22 and the intermediate layer 28 with oversizes to compensate for component and
  • Assembly tolerances be trained, so that a processing to final dimension in principle also respect.
  • the height and / or the width of the armor 22 is necessary.
  • the body 22 can also be coated on the circumference with a nickel layer 34, in which case the nickel layer arranged on the base surface 24 serves as an intermediate layer for improving the adhesion conditions.
  • the geometry of the body base 24 corresponds to the geometry of the contact surface 14 or 16. Its height corresponds to the desired height of the armor 18th
  • the contact surface 14 is respectively made according to undersize.
  • the body 22 is separated from the shroud 2 manufactured and nickel-plated on the circumference. Since a subsequent processing of the armor 18 due to the nickel plating is not possible to their desired dimensions, the body 22 before the nickel plating, the target dimensions of the armor 18, ie, the body 22 has a height before the nickel plating, the target Height of the armor corresponds to 18 and its base 24 corresponds both in terms of their width and their depth of the width or depth of the
  • the body 22 with its nickel-plated base surface 24 is fixed to the contact surface 14 and soldered thereto at a temperature of about 900 ° C. via a solder layer 36.

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Panzerung einer metallischen Bauteilfläche (14, 16), insbesondere eine Deckbandfläche einer Turbinenschaufel aus einer TiAl-Legierung, mit zumindest einem metallischen Werkstoff (18, 20), insbesondere einer Co-Cr-Legierung, wobei die Panzerung getrennt von der Bauteilfläche hergestellt wird und anschließend in einem Hochtemperaturlötverfahren an dieser gefügt wird, sowie eine Turbinenschaufel mit einer derartigen Panzerung, vornehmlich in einem Deckbandbereich (2).

Description

Beschreibung VERFAHREN ZUR BESCHICHTUNG EINER TURBINENSCHAUFEL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen einer metallischen Bauteilfläche mit einer Beschichtung und eine Turbinenschaufel, die mit einer derartigen Beschichtung versehen ist.
Turbinenschaufeln für Niederdruckturbinen bestehen häufig aus Nickelbasislegierungen bzw. Superlegierungen wie zum Beispiel IN 713, MAR 227 und B 1900. Zur Reduzierung des Abriebs sind ihre deckbandseitigen Z-förmigen Kontaktflächen gewöhnlich mit Cobalt-Chrom- Legierungen (Co-Cr-Legierungen bzw. Stellite®) gepanzert. Die Höhe der Panzerung beträgt im endbearbeiteten Zustand meistens 2 mm. Als Verfahren zur Herstellung der Panzerung wird typischerweise ein WIG-, Mikroplasma- oder Laserstrahlschweißen eingesetzt. Bestehen die Turbinenschaufeln jedoch aus dem Werkstoff Titanaluminid (TiAl), so können diese nicht mit einer Stellit®-Panzerung versehen werden, da infolge einer Durchmischung des Titanaluminids mit dem Stellit® spröde Phasen und daraus resultierend Risse in der Panzerung und im
Grundwerkstoff Titanaluminid des Deckbandes entstehen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Versehen einer metallischen Bauteilfläche, insbesondere eine Kontaktfläche einer Turbinenschaufel aus einer TiAl- Legierung, mit einer Beschichtung, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine belastbare Panzerung ermöglicht, sowie eine Turbinenschaufel mit einer derartigen Panzerung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch eine Turbinenschaufel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Versehen einer metallischen Bauteilfläche, insbesondere eine Deckbandfläche einer Turbinenschaufel aus einer TiAl-Legierung, mit einer Beschichtung aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einer Co-Cr-Legierung, wird zuerst die Bauteilfläche auf Untermaß und ein Körper aus dem metallischen Werkstoff gefertigt. Dann wird der Körper an der Bauteilfläche fixiert und mittels Hochtemperaturlötens mit dieser gefugt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen materialschonenden Beschichtungsverfahren besteht darin, dass die Bauteilflächen mit einer stabilen Beschichtung bzw. Panzerung versehen werden können, ohne dass eine Rissbildung in der Panzerung oder im Grundwerkstoff des Bauteils zu befürchten ist. Dabei sind durch die Bildung der Panzerung als separater Körper Dicken erzielbar, die mit alternativen Beschichtungsverfahren wie galvanische Beschichtung, PVD (Physical Vapour Deposition) oder Plasmaspritzen nicht erreichbar sind, so dass bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Schichtdicken von mehr als 2 mm möglich sind.
Um den Aufwand für eine Endbearbeitung der Panzerung gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Körper zumindest zwei Dimensionen aufweist, die bereits vor dem Verlöten zwei Soll- Dimensionen der zu erzielenden Panzerung entsprechen. Vorstellbar ist es zum Beispiel, den Körper bereits mit einer Soll-Höhe und Soll-Breite der Panzerung zu fertigen, so dass eine Endbearbeitung ausschließlich an seitlichen, die Tiefe der Panzerung begrenzenden
Seitenflächen erfolgt.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Körper mittelbar über eine Zwischenschicht aus einem andersartigen Werkstoff, insbesondere Inconel® 718 oder Nickel, an der Bauteilfläche gefügt. Durch die Zwischenschicht lässt sich die Haftung des Körpers an dem Bauteil erhöhen, da hierdurch eine gleichmäßige Lotbenetzung des Körpers und der Bauteilfläche erreichbar ist.
Die Zwischenschicht kann als Folie oder Blech ausgeführt sein und zuerst auf den Körper aufgetragen werden. Dann wird der Körper über die Zwischenschicht mit der Bauteilfläche gefügt.
Vorzugsweise wird die Zwischenschicht bei einer Löttemperatur mit dem Körper gefügt, die höher ist als eine Löttemperatur zum Fügen der Zwischenschicht mit der Bauteilfläche. Eine beispielhafte Löttemperatur zum Auftragen der Zwischenschicht auf den Körper beträgt bei Verwendung eines Nickelbasislotes wie AMS 4777 ca. 10500C und eine beispielhafte
Löttemperatur zum Fügen der Zwischenschicht mit der Bauteilfläche beträgt unter Verwendung eines Nickellotes mit einem hohen Edelmetallanteil wie Gold, Silber oder Palladium (Au, Ag, Pd) gleich bzw. weniger als 900°C. Eine Temperatur im Bereich von ca. 900°C ist insbesondere bei der Verwendung des Werkstoff Titanaluminids vorteilhaft, da dieser prinzipiell keine höheren Löttemperaturen verträgt.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird der Körper zuerst
umfangsseitig vernickelt und dann mit der Bauteilfläche gefügt. Somit wirkt die Nickelschicht quasi als Zwischenschicht zur Haftverbesserung.
Bei einer Verfahrensvariante ohne eine Zwischenschicht wird induktiv, beispielsweise in einem Hochvakuumofen oder unter Schutzgas, gelötet. Hierdurch kann bei Verwendung des
Grundwerkstoffes Titanaluminid für das Bauteil kurzzeitig eine Löttemperatur von ca. 1050°C eingestellt werden, ohne eine Beschädigung des Grundwerkstoffs zu befürchten. Beispielsweise ist somit der Einsatz des Lotes AMS 4777 möglich, welches sich durch eine gleichmäßige Benetzung von zum Beispiel StellitO-Körpern und TiAl-Bauteilen auszeichnet.
Eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel weist eine Panzerung auf, die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen wurde. Die Panzerung ist belastbar und kann eine Höhe bzw. Dicke von mehreren Millimetern aufweisen. Eine Beschädigung des
Turbinenwerkstoffs oder der Panzerung an sich bzw. eine Schwächung des Turbinenwerkstoffs oder der Panzerung durch Risse beim Auftragen der Panzerung ist durch die Anwendung des erfindungsgemäßen materialschonenden Verfahrens ausgeschlossen.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein Deckband einer Laufschaufel einer Strömungsmaschine,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen Panzerungsbereich des Deckbandes, das mit einer ersten erfindungsgemäßen Panzerung versehen ist, Figur 3 einen Querschnitt durch einen Panzerungsbereich des Deckbandes, das mit einer zweiten erfindungsgemäßen Panzerung versehen ist, und
Figur 4 einen Querschnitt durch einen Panzerungsbereich des Deckbandes, das mit einer dritten erfindungsgemäßen Panzerung versehen ist.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein blattspitzenseitiges Deckband 2 einer Laufschaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine. Das Deckband 2 besteht aus einer hochfesten und hochtemperaturbeständigen Titanaluminid-Legierung (TiAl-Legierung). Es hat im Wesentlichen eine plattenartige Gestalt mit zwei voneinander beabstandeten sich in
Rotationsrichtung erstreckenden außenliegenden Dichtlippen bzw. Dichtstegen 6, 8 zur
Minimierung von Strömungsverlusten und mit zwei Z-förmigen Seitenflächen 10, 12. Die Z- förmigen Seitenflächen 10, 12 definieren jeweils einen Seitenspalt zu einem Deckband einer benachbarten Laufschaufel und weisen jeweils eine plane Kontaktfläche 14, 16 zur gegenseitigen Abstützung mit der benachbarten Laufschaufel zur Schwingungsdämpfung auf. Zur Reduzierung eines mechanischen Abriebs sind die Kontaktflächen 14, 16 jeweils mit einer Panzerung 18, 20 versehen.
Gemäß Figur 2, die ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, weist die Panzerung 18 bzw. 20 einen etwa quaderartiger Körper 22 auf. Der Körper bzw. Chip 22 besteht vorzugsweise aus einer Co-Cr-Legierung, beispielsweise Stellit® 694, und hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer der Kontaktfläche 14 bzw. 16 des Deckbandes 2 zugewandten planen Grundfläche 24.
Zum Versehen der Kontaktfläche 14 mit der Panzerung 18 wird die Kontaktfläche 14
entsprechend auf Untermaß gefertigt. Der Körper 22 wird getrennt von dem Deckband 2 hergestellt, beispielsweise gegossen oder gesintert. Er hat eine Höhe, die einer Soll-Höhe der Panzerung 18 entspricht. Die Breite der Grundfläche 24 entspricht vorzugsweise einer Breite der Kontaktfläche 14.
Nach dem Fertigen des Körpers 22 wird dieser über seine Grundfläche 24 an der Kontaktfläche 14 fixiert und anschließend unter Bildung einer großflächigen Lotschicht 26 mit dieser verlötet. Die Verlötung erfolgt induktiv beispielsweise in einem Hochvakuumofen oder unter Schutzgas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1050°C unter Verwendung des Nickelbasislotes AMS 4777, welches sich durch eine gleichmäßige Benetzung der Stellit®-Kontaktfläche 24 und der TiAl-Bauteilfläche 14 auszeichnet.
Nach dem Verlöten des Körpers 22 mit dem Deckband 2 wird die Panzerung 18 mechanisch auf Endmaß gefertigt. Da bereits der Körper 22 eine der Kontaktfläche 14 entsprechende Breite aufweist und darüber hinaus die Gesamthöhe des Körpers 22 der Soll-Höhe der Panzerung 18 entspricht, ist eine Bearbeitung auf Endmaß, beispielsweise durch Schleifen, lediglich insofern notwendig, als das der Körper 22 hinsichtlich seiner Tiefe auf eine Tiefe der Kontaktfläche 14 einzustellen ist. Selbstverständlich kann jedoch auch der Körper 22 mit Übermaßen zum
Ausgleich von Bauteil- und Montagetoleranzen ausgebildeten sein, so dass eine Bearbeitung auf Endmaß grundsätzlich auch bzgl. der Höhe und/oder der Breite der Panzerung 18 notwendig ist. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, den Körper 22 bereits mit den Soll-Maßen der Panzerung in jeder Dimension zu versehen, so dass eine Endbearbeitung zur Einstellung der Soll-Maße gänzlich entfallen kann.
Gemäß Figur 3, die ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Panzerung 18 bzw. 20 zeigt, kann der Körper 22 auch über eine Zwischenschicht 28 mit der Kontaktfläche 14 bzw. 16 des Deckbands 2 verbunden sein. Die Zwischenschicht 28 ist zwischen der Kontaktfläche 14 und der Grundfläche 24 angeordnet und dient zur Verbesserung der Haftbedingungen des Körpers 22 an dem Deckband 2. Sie besteht vornehmlich aus einer Nickelbasislegierung bzw. Superlegierung wie INCONEL® 718 und ist als ein dünnen Blech oder einer Folie mit einer konstanten Materialstärke ausgeführt. Die Grundfläche 24 des Körpers 22 und die
Zwischenschicht 28 haben jeweils eine der Kontaktfläche 14 entsprechende Geometrie, so dass ein maximaler Verbindungsbereich zwischen der Kontaktfläche 14 und der Zwischenschicht 28 sowie zwischen der Zwischenschicht 28 und der Grundfläche 24 geschaffen ist.
Zum Versehen der Kontaktfläche 14 mit der Panzerung 22 wird die Kontaktfläche 14 entsprechend auf Untermaß gefertigt. Der Körper 22 wird getrennt von dem Deckband 2 hergestellt und die Zwischenschicht 28 wird bereitgestellt. Die Höhe des Körpers 22 entspricht der Soll-Höhe der Panzerung 18 reduziert um die Dicke der Zwischenschicht 28. Die Breite der Grundfläche 24 entspricht vorzugsweise der Breite der Kontaktfläche 14. Die Zwischenschicht 28 hat vornehmlich ebenfalls eine Breite, die der Kontaktflächenbreite entspricht. Dann wird die Zwischenschicht 28 mit der Grundfläche 24 verlötet, so dass eine großflächige Lotschicht 30 gebildet wird. Dies erfolgt bei circa 1050°C. Ein bevorzugtes Lot ist ein
Nickelbasislot wie AMS 4777, da dies sowohl TiAl- Werkstoffe als auch Stellite® gleichmäßig benetzt.
Nach dem Auftragen der Zwischenschicht 28 auf die Grundfläche 24 wird der Körper 22 mittelbar über die Zwischenschicht 28 an der Kontaktfläche 14 fixiert. Anschließend wird die Zwischenschicht 28 mit der Kontaktfläche 14 unter Bildung einer großflächigen Lotschicht 32 verlötet. Dies erfolgt bei einer Temperatur, die kleiner ist als die Temperatur zum Verlöten der Zwischenschicht 28 mit dem Körper 22. Vorzugsweise wird eine Temperatur im Bereich von kleiner oder gleich 900°C gewählt. Ein bevorzugtes Lot ist nickelbasiert und weist einen hohen Edelmetallanteil von beispielsweise Gold, Silber oder Palladium auf. Beispiele sind Gapasil® 9, Palcusil® 10 und Palnisi® 10.
Nach dem Verlöten des Körpers 22 bzw! der Zwischenschicht 28 mit dem Deckband 2 wird die Panzerung 18 mechanisch auf Endmaß gefertigt. Da bereits der Körper 22 und die
Zwischenschicht 28 eine der Kontaktfläche 14 entsprechende Breite aufweisen und darüber hinaus die Gesamthöhe des Körpers 22 mit der Zwischenschicht28 der Soll-Höhe der Panzerung 18 entspricht, ist eine Bearbeitung der Panzerung 18 auf Endmaß lediglich bezüglicher einer Dimension, hier die Tiefe, notwendig. Selbstverständlich können jedoch auch der Körper 22 sowie die Zwischenschicht 28 mit Übermaßen zum Ausgleich von Bauteil- und
Montagetoleranzen ausgebildeten sein, so dass eine Bearbeitung auf Endmaß grundsätzlich auch bzgl. der Höhe und/oder der Breite der Panzerung 22 notwendig ist.
Gemäß dem in Figur 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der Panzerung 18 bzw. 20 kann der Körper 22 auch umfangsseitig mit einer Nickelschicht 34 beschichtet sein, wobei dann die auf der Grundfläche 24 angeordnete Nickelschicht quasi als Zwischenschicht zur Verbesserung der Haftbedingungen dient. Die Geometrie der Körpergrundfläche 24 entspricht der Geometrie der Kontaktfläche 14 bzw. 16. Seine Höhe entspricht der Soll-Höhe der Panzerung 18.
Zum Versehen jeweils der Kontaktfläche 14 mit der Panzerung 18 wird die Kontaktfläche 14 jeweils entsprechend auf Untermaß gefertigt. Der Körper 22 wird getrennt von den Deckband 2 hergestellt und umfangsseitig vernickelt. Da aufgrund der Vernickelung eine nachträgliche Bearbeitung der Panzerung 18 auf ihre Soll-Maße nicht möglich ist, weist der Körper 22 bereits vor der Vernickelung die Soll-Maße der Panzerung 18 auf, d.h. der Körper 22 hat vor der Vernickelung eine Höhe, die der Soll-Höhe der Panzerung 18 entspricht und seine Grundfläche 24 entspricht sowohl bzgl. ihrer Breite als auch ihrer Tiefe der Breite bzw. Tiefe der
Kontaktfläche 14. Nach dem Vernickeln wird der Körper 22 mit seiner vernickelten Grundfläche 24 an der Kontaktfläche 14 fixiert und bei einer Temperatur von etwa 900°C mit dieser über eine Lotschicht 36 verlötet.
Offenbart ist Verfahren zur Panzerung einer metallischen Bauteilfläche, insbesondere eine Deckbandfläche einer Turbinenschaufel aus einer TiAl-Legierung, mit zumindest einem metallischen Werkstoff, insbesondere einer Co-Cr-Legierung, wobei die Panzerung getrennt von der Bauteilfläche hergestellt wird und anschließend in einem Hochtemperaturlötverfahren an dieser gefügt wird, sowie eine Turbinenschaufel mit einer derartigen Panzerung, vornehmlich in einem Deckbandbereich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Versehen einer metallischen Bauteilfläche (14, 16), insbesondere eine Deckbandfläche einer Turbinenschaufel aus einer TiAl-Legierung, mit einer Beschichtung (18, 20) aus zumindest einem metallischen Werkstoff, insbesondere einer Co-Cr-Legierung, mit den Schritten:
- Fertigen der Bauteilfläche (14, 16) auf Untermaß,
Fertigen eines Körpers (22) bestehend aus dem metallischen Werkstoff,
- Fixieren des Körpers (22) an der Bauteilfläche (14, 16), und
- Fügen des Körpers (22) an der Bauteilfläche (14, 16) mittels Hochtemperaturlötens.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Körper (22) vor dem Fügen zumindest zwei
Dimensionen aufweist, die zwei Soll-Dimensionen der Beschichtung (18, 20) entsprechen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Körper (22) nach dem Verlöten bzgl. seiner Breite und/oder Tiefe auf Endmaß bearbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Körper (22) mittelbar über eine
Zwischenschicht (28; 34) aus einem andersartigen Werkstoff, insbesondere Inconel® 718 oder Nickel, an der Bauteilfläche (14, 16) gefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zwischenschicht (28) als Folie oder Blech zuerst auf den Körper (22) aufgetragen wird und dann die Zwischenschicht (28) mit der Bauteilfläche (14, 16) gefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Zwischenschicht (28) bei einer Löttemperatur mit dem Körper (22) gefügt wird, die höher ist als eine Löttemperatur zum Fügen der
Zwischenschicht (28) mit der Bauteilfläche (14, 16).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Löttemperatur zum Auftragen der Zwischenschicht (28) ca. 1050°C beträgt und die Löttemperatur zum Fügen der Zwischenschicht (28) mit der Bauteilfläche kleiner oder gleich 900°C ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei Lote auf Nickelbasis und mit einem hohen Edelmetallanteil, beispielsweise Gold, Silber und Palladium, verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Körper (22) vor dem Fügen mit der Bauteilfläche (14, 16) umfangsseitig vernickelt wird.
10. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 3, wobei kurzzeitig eine Löttemperatur von größer als 900°C, vorzugsweise ca. 1050°C, eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei vorzugsweise ein induktives Lötverfahren in einem Hochvakuumofen oder unter Schutzgas eingesetzt wird.
12. Turbinenschaufel mit einer Beschichtung (18, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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