WO2018024759A1 - Verfahren zur herstellung einer kanalstruktur und komponente - Google Patents

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WO2018024759A1
WO2018024759A1 PCT/EP2017/069496 EP2017069496W WO2018024759A1 WO 2018024759 A1 WO2018024759 A1 WO 2018024759A1 EP 2017069496 W EP2017069496 W EP 2017069496W WO 2018024759 A1 WO2018024759 A1 WO 2018024759A1
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Bernd Burbaum
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a duct structure for a turbomachine or for a component used for the operation of a turbomachine.
  • the method may be a method of providing a base body having a channel structure or cooling structure.
  • the component or the component is preferably provided for use in a turbomachine, preferably a gas turbine.
  • the component is preferably made of a superalloy, in particular a nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the superalloy may be precipitation hardened or precipitation hardenable.
  • the component is preferably used in a hot gas path or hot gas region of a turbomachine, such as a gas turbine.
  • the component is a blade of a gas turbine or a corresponding blade core or a semi-finished product for the turbine blade.
  • the method is preferably at least partially an additive manufacturing process and / or a combined process of additive and conventional technologies, for example thermal spray processes.
  • a thermal spraying process is known, for example, from EP 2 391 744 B1.
  • Generative or additive manufacturing processes include, for example, jet melting and / or jet welding processes.
  • the beam melting methods include, in particular, selective laser melting (SLM) or electron beam melting (EBM).
  • SLM selective laser melting
  • EBM electron beam melting
  • the beam welding methods mentioned belong for example, the electron beam welding or laser deposition welding (LMD: English for laser metal deposition), in particular the laser powder deposition welding.
  • a method for build-up welding is known, for example, from EP 2 756 909 A1.
  • additive manufacturing have proved to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree-designed components, for example labyrinth-like structures, cooling structures and / or lightweight structures,
  • additive manufacturing is characterized by a particularly short chain of process steps advantageous because a manufacturing or manufacturing step of a component can take place directly on the basis of design data and / or a corresponding CAD file.
  • the additive manufacturing is particularly advantageous for the development or production of prototypes, which can not or can not be efficiently produced, for example, for cost reasons by means of conventional subtractive or metal-cutting processes or casting technology.
  • a problem which occurs in the production of hot-gas turbine parts is the difficulty of designing the corresponding components, in particular turbine blades, correspondingly resistant to temperature and / or oxidation.
  • a base material of the blades is usually made of a superalloy hardened by the ⁇ and / or ⁇ 'phase of the respective material, which has the corresponding hot crack resistance and / or creep resistance for the mechanical and thermally highly stressed part.
  • thermal barrier coatings TBC: English for "thermal barrier coating” usually contain ceramics, which are particularly temperature resistant, and protect, for example, the blade core during operation of the component from excessive thermal loads.
  • active solders or high-temperature solders are often used, which are typically processed at temperatures between 800 ° C and 1050 ° C. Through the use of active solders a direct soldering of ceramics without additional metallization is possible.
  • the solders mentioned are usually metallic solders which, because of their alloy composition, are capable of wetting ceramic materials and thus bonding them, for example, to a metallic material. During the process, a thin, continuous reaction layer usually forms on the surface of the ceramic, which allows the necessary adhesion and / or use.
  • the high-temperature brazing is usually carried out under argon and / or in vacuo.
  • the inventive method relates to the design of a thermal insulation or Protective layer with an inherent channel structure, so that a suitably coated component can be exposed during operation particularly high temperatures, without affecting the life of the component significantly or cause damage.
  • One aspect of the present invention relates to a method for producing a duct structure for a turbomachine, in particular a gas turbine, or a component used in the hot gas path thereof.
  • the method comprises the additive production of webs of a first material, for example by means of cladding, on a base body, wherein the webs are constructed at a mounting angle on the base body.
  • the mounting angle preferably designates an angle which is measured relative to a surface of the base body.
  • said angle refers to that angle which includes a main extension direction of said webs with the surface of the main body or a corresponding surface vector.
  • the installation angle is preferably more than 0 and less than 90 °, particularly preferably between 30 ° and 60 °, in particular 45 °.
  • the additive production is preferably carried out by laser cladding. Due to the angled or angled orientation or the material application for the webs, a space is preferably formed between the surface of the basic structure and the webs, which can be used to guide a cooling fluid during operation of the component, in particular for cooling.
  • the method further comprises the deposition of a second material on the webs, such that a defined by the webs, in particular geometric shadow area between the webs and the main body or its surface remains respectively free of the second material.
  • the shadow area is preferably a deposition shadow.
  • the method further comprises a heat treatment of the structure defined by the coated webs, so that the channel structure is formed on the base body.
  • the heat treatment achieves effective bonding of the first material to the second material (or vice versa).
  • the second material is a different material from the first material.
  • the second material is a material for a thermal insulation or heat-protection layer for the component.
  • the second material is the same material as the first material.
  • the first material can furthermore be the same material from which the main body has already been produced.
  • the second material By depositing the second material on the webs, it is advantageously possible to generate a continuous or continuous channel structure on the base body.
  • the shadow areas mentioned form the corresponding cavities for the channel structure, in particular the cooling structure. This allows a cooling medium during operation the component, under particularly high thermal stress of, for example, 1500 ° C or more to lead through the body or a component having this, in order to effectively cool this with a cooling medium.
  • the component in particular during operation, can be cooled so efficiently that the component can be exposed to even higher than usual, known from the prior art, conventional temperatures.
  • the channel structure obtained by the present invention by means of a grid-like or hollow structure, the compensation of thermal, mechanical or thermo-mechanical stresses that may occur during operation of the component or component.
  • the base body is a prefabricated component and / or a semi-finished product for the turbomachine, in particular gas turbine.
  • the main body may be a vane core of a turbine blade or a coated base body of the turbine blade.
  • the heat treatment is carried out at temperatures between 800 ° C and 1050 ° C.
  • the heat treatment may include or form a high-temperature soldering process.
  • a stable connection or connection between the first and the second material is achieved by the heat treatment.
  • the first material is a high-temperature solder and / or an active solder.
  • the first material comprises a metallic material, in particular a superalloy, such as a precipitation-hardened nickel- or cobalt-based superalloy.
  • the first material is preferably identical to the material of the main body. This is necessary on the one hand to contaminate the
  • the second material is a material for a thermal insulation or heat protection layer for the main body.
  • the second material is or comprises a ceramic material.
  • the second material may furthermore be a composite material, for example a ceramic fiber composite material.
  • the second material is a material for an oxidation protection layer for the main body.
  • the second material is deposited by thermal spraying. According to this embodiment, the second material can be appropriately compact and dense and provided with a sufficient structural quality.
  • the first material is produced or built up by laser buildup welding, in particular laser powder buildup welding. This embodiment offers the
  • the construction angle is a first angle and is between 30 ° and 60 0 relative to a surface of the base body. According to this embodiment can with advantage On the one hand, a high mechanical stability of the channel structure is made possible and at the same time the highest possible volume flow of cooling fluid can be achieved during the cooling of the component during operation.
  • the second material is deposited at a second angle.
  • the second angle is preferably an angle other than the first angle, for example, an angle relative to a surface normal of the surface of the base structure - opposing or mirrored.
  • This embodiment advantageously permits a suitable and / or stable geometry of the channel structure for a cooling effect, without the second material being deposited, for example, in the abovementioned shadow areas.
  • the second angle is between 90 ° and 150 ° relative to the surface of the base body.
  • further webs are deposited on the already coated webs in order to form the channel structure. According to this embodiment, a multi-layered channel structure can advantageously be formed.
  • the further webs are constructed additively, for example under a further mounting angle, which is mirrored relative to the mounting angle of the already coated webs.
  • the channel structure can be provided with a multiplicity of channel structure layers and accordingly an efficient cooling for the component or at the surface of the basic structure can be achieved.
  • the additive production and the deposition before the heat treatment are repeated in the context of the described method for producing a multiplicity of channel structure layers. Due to the complex design tion of the channel structure, in particular, the cooling efficiency for the component can be advantageously improved.
  • the surface of the base body at least largely flat.
  • the method is a method for the additive production of a component comprising the channel structure.
  • Another aspect of the present application relates to a component or a component as described above, which is produced or producible by means of the described method.
  • the channel structure is designed for cooling the component during operation, with a geometry of the channel structure being adapted to the surface of the base body in accordance with an expected or measured temperature load.
  • the webs are produced and / or arranged side by side in such a way that a surface of the basic structure, on which the webs are produced, is or remains free of the second material.
  • the component is a component used in the hot gas path of a gas turbine.
  • the channel structure has a plurality of channel structure layers which are arranged one above the other (in layers).
  • the component is a turbine blade or a corresponding blade core, wherein the channel structure is a cooling structure for cooling the component.
  • the channel structure is a cooling structure for cooling the component.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a component 10.
  • FIG. 2 indicates a method step of a method according to the invention on the basis of a schematic sectional view.
  • FIG. 3 indicates, analogously to the illustration of FIG. 2
  • FIG. 4 indicates a further method step of the method according to the invention.
  • FIG. 5 indicates, in a schematic flow diagram, method steps of the described method.
  • identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, for better representation and / or better understanding exaggerated be shown thick or large.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a component 10.
  • the component may be a component for a turbomachine.
  • the component 10 is shown by way of example as a turbine blade or segment of a turbine blade.
  • the component 10 accordingly has a Shovel 11 on.
  • the blade root 11 the component can be conveniently mounted for operation in a turbomachine.
  • Conventional turbine blades usually have a thermal insulation or heat protection layer (not explicitly indicated in FIG. 1) and / or an oxidation protection layer.
  • Ceramic materials and / or composite materials are used as materials for thermal insulation and / or oxidation protection - layer.
  • FIGS. 2 to 4 in simplified form indicate method steps of a method according to the invention for producing a channel structure or hollow structure (compare reference numerals 100 and 200 in FIGS. 3 and 4).
  • the channel structure 200 comprises a plurality of cooling channels (see reference numeral 4) for cooling the component 10.
  • the said cooling channels may for example be arranged side by side and / or one above the other and preferably run parallel to a surface of a base body.
  • FIG. 5 shows the essential method steps according to the invention on the basis of a schematic flow chart.
  • FIG. 2 shows a main body 1.
  • the main body preferably designates a semifinished product, or a main body for the component, in particular a main body for the turbine blade.
  • This may be a prefabricated part for the turbine blade, for example an uncoated blade core (compare a) in FIG. 5).
  • the base body 1 has a surface 5.
  • the surface 5 is preferably at least substantially flat. In the present case, this usually applies both to a suction side and to a pressure side of a turbine blade.
  • the main body 1 according to the present invention fahrens preferably provided with webs 2, for example by means of an additive manufacturing process.
  • webs 2 or similar filigree structures are built up additively on the surface 5, preferably by means of build-up welding, in particular laser deposition welding.
  • the material of said webs may be designated 2 with a first material. This first material is preferably identical or similar to the material of the base body 1.
  • the base body 1 is preferably made of a hardened nickel- or cobalt-based superalloy according to its operating requirements.
  • the material of the webs 2 are preferably metallic webs, so that a material bond between the
  • the first material 2 may be a high temperature solder and / or an active solder.
  • the first material is selected such that contamination of the material of the main body 1 is prevented or restricted.
  • the webs 2 are constructed and / or deposited according to the invention at a superstructure angle on the surface 5.
  • the superstructure angle denotes an angle relative to the surface or to a surface normal ON of the surface 5 of the main body 1.
  • the superstructure angle is, in particular, greater than 0 ° and less than 90 ° relative to the surface 5. This ensures that the webs 2 define a space or shadow area 4 between the basic structure 1 and just the webs 2, which is designed to guide a fluid, in particular a cooling fluid and can be used according to the cooling of the component or the component 10 or its basic structure 1.
  • the angle may be, for example, between 30 ° and 60 °, more preferably 45 °.
  • a coating tool more preferably a welding tool 15 is used, in particular a production head for laser cladding and / or a powder nozzle for a material application.
  • the welding tool is preferably used for the coating relative to the surface 5 or the main body 1 constantly performed at the same angle.
  • a thickness of the webs is preferably dimensioned such that the webs 2 dimensionally stable and resilient to the basic structure 1 (cohesive) can be connected.
  • a main extension direction of the webs is aligned relative to the surface 5, in particular under the assembly angle (cf. FIG. 3).
  • all webs are constructed at the same angle on the base body 1.
  • the webs are constructed side by side in such a way that the projection of the webs 2 on the surface 5 preferably covers the entire surface 5.
  • shadow areas are called, which are defined in each case by a web 2 between this web and the basic structure 1.
  • the dimension of the webs along their main extension direction can amount to a few millimeters or can be adjusted according to the desired cooling effect and taking into account a corresponding volume flow of the cooling fluid.
  • FIG. 3 shows a further method step of the method according to the invention, wherein a second material is deposited on the webs 2, preferably by means of a thermal spraying method (compare b) in FIG. 5).
  • the second material can be produced, for example, by means of a plasma spraying process and / or by means of electron beam radiation. sated physical vapor deposition are deposited.
  • the second material may be a ceramic material or a ceramic fiber composite material.
  • the second material is the material selected for the thermal insulation or protective layer or the oxidation protection layer.
  • a processing or deposition device is indicated in Figure 3 by the reference numeral 20.
  • the second material is deposited on the webs via the aforementioned machining tool 20, specifically at a second angle ⁇ .
  • the second angle .beta. Can be different from the setup angle or else likewise 30 to 60.degree. Relative to one another
  • the second angle ⁇ is preferably between 120 ° and 150 °.
  • the second angle ⁇ can also amount to 90 ° surface 5 or correspondingly 0 ° (parallel) to a surface normal ON of the surface 5.
  • a shadow area 4 would also arise below the webs, which can be used to cool the component.
  • Base body 1 deposited.
  • second material 3 on the surface 5 may also be provided, for example at areas which do not necessarily have to be cooled during operation of the component 10.
  • a first channel structure layer 100 has been created or at least its structure has been built up.
  • FIG. 4 shows a further method step according to the invention.
  • a further channel structure layer 100 is preferably deposited in an analogous or similar manner.
  • the further webs 2 for the further channel structure layer 100 are preferably built up additively at the angle a 'relative to the surfaces 5 of the main body 1.
  • the additional mounting angle a ' preferably corresponds at least in terms of the mounting angle.
  • the angle a ' may be different from the angle.
  • the further setup angle a ' would also be correspondingly between 30 ° and 60 °, for example.
  • the mounting angles are each measured such that they are the main extension direction of the respective webs relative to a next surface vector of surface 5.
  • FIG. 4 particularly shows two cooling channels or channel structure layers 100 arranged one above the other, which form the channel structure 200 according to the invention. It is provided in the context of the present invention that any number of these double layers - depending on the desired cooling effect - can be stacked, depending on how it is useful for cooling the component.
  • channel structure layers 100 or the double layers shown in FIG. 4 are preferably provided.
  • channel structure 200 can be varied as desired.
  • individual regions may be filled continuously with the first and / or second material, so that individual regions are free of cavities or channels. This may be particularly useful to increase the stability at individual points of the channel structure.
  • openings may be provided both parallel to the surface 5 and along a corresponding normal direction (compare ON), for example, from a channel structure layer 100 to the overlying channel structure layer 100 to individually design a flow of a cooling fluid for the component.
  • a labyrinth-like cooling or channel system can be formed by the means presented on any desired body of turbine parts charged with hot gases.
  • the present method further comprises a heat treatment of the structure correspondingly defined or formed by the coated webs 2 and the base body 1.
  • the heat treatment is preferably performed such that the channel structure 200 is not only constructed but finished prepared and appropriately connected to the surface 5 of the base body 1.
  • Said heat treatment (see c) in Figure 5) is preferably carried out at temperatures between 800 ° C and 1050 ° C.
  • the heat treatment may be a heat treatment suitable for high temperature soldering.
  • the bonding of the webs 2 (active solder) to the second material used for the thermal barrier coating is achieved and / or improved by the heat treatment or the described high-temperature soldering process.
  • the second material may designate an MCrAlY layer or a corresponding alloy as oxidation protection for the component.
  • the NT stands for one of the elements cobalt or nickel.
  • Alloys are widely used as coating materials to protect the blades of turbine blades, especially those of the first and second stages and other parts exposed to hot gas, from oxidation and / or corrosion.
  • MCrAlY layers can be used as adhesion promoters for joining a thermal barrier coating, for example to a main body of a turbine blade.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- lung einer Kanalstruktur (200) für eine Strömungsmaschine, umfassend das additive Herstellen von Stegen (2) aus einem ersten Material auf einem Grundkörper (1), wobei die Stege (2) unter einem Aufbauwinkel (α) auf dem Grundkörper (1) auf- gebaut werden, das Abscheiden eines zweiten Materials (3) auf den Stegen (2), derart dass ein durch die Stege (2) definier- ter Schattenbereich (4) zwischen den Stegen (2) und dem Grundkörper (1) jeweils frei von dem zweiten Material (3) bleibt, und eine Wärmebehandlung einer durch die beschichte- ten Stege (2) definierten Struktur, so dass die Kanalstruktur (200) auf dem Grundkörper (1) gebildet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur und Komponente Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur für eine Strömungsmaschine oder für ein für den Betrieb einer Strömungsmaschine eingesetztes Bauteil. Das Verfahren kann ein Verfahren zum Versehen eines Grundkörpers mit einer Kanalstruktur oder Kühlstruktur sein.
Das Bauteil bzw. die Komponente ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasier- ten Superlegierung. Die Superlegierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.
Vorzugsweise findet das Bauteil Anwendung in einem Heißgaspfad oder Heißgasbereich einer Strömungsmaschine, wie einer Gasturbine.
Besonders bevorzugt ist das Bauteil eine Schaufel einer Gasturbine oder ein entsprechender Schaufelkern beziehungsweise ein Halbzeug für die Turbinenschaufel .
Bei dem Verfahren handelt es sich vorzugsweise zumindest teilweise um ein additives Herstellungsverfahren und/oder um ein kombiniertes Verfahren aus additiven und konventionellen Technologien, beispielsweise thermischen Spritzverfahren.
Ein thermisches Spritzverfahren ist beispielsweise bekannt aus EP 2 391 744 Bl .
Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen bei- spielsweise Strahlschmelz- und/oder Strahlschweißverfahren. Zu den Strahlschmelz -Verfahren gehören insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM) oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Zu den genannten Strahlschweißverfahren gehören beispielsweise das Elektronenstrahlschweißen oder das Laserauftragschweißen (LMD: englisch für Laser Metal Deposition) , insbesondere das Laserpulverauftragschweißen. Ein Verfahren zum Auftragschweißen ist beispielsweise bekannt aus EP 2 756 909 AI.
Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbaustrukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung insbesondere durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Ferti- gungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis von Konstruktionsdaten und/oder einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann .
Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können. Ein Problem, welches bei der Fertigung von mit Heißgasen beaufschlagten Turbinenteilen auftritt, ist die Schwierigkeit, die entsprechenden Komponenten, insbesondere Turbinenschaufeln, entsprechend temperatur- und/oder oxidationsbe- ständig auszubilden. Ein Grundmaterial der Schaufeln ist üb- licherweise aus einer durch die γ- und/oder γ' -Phase des entsprechenden Materials gehärteten Superlegierungen, welche die entsprechende Heißrissbeständigkeit und/oder Kriechbeständigkeit für das mechanische und thermisch hochbelastete Teil aufweist .
Um die entsprechende Komponente weiterhin zumindest in der Oberfläche vor Erosion oder Zerstörung zu schützen, sind häufig Wärmedämm- und/oder Oxidationsschutzschichten nötig. Die genannten Wärmedämmschichten (TBC: englisch für „thermal barrier coating") enthalten meistens Keramiken, welche insbesondere temperaturbeständig sind, und beispielsweise den Schaufelkern im Betrieb der Komponente vor allzu hohen ther- mischen Belastungen schützen.
Um metallische und keramische Werkstoffe zu verbinden, werden häufig Aktivlote oder Hochtemperaturlote verwendet, welche typischerweise bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C verarbeitet werden. Durch die Verwendung von Aktivloten ist ein direktes Löten von Keramik ohne zusätzliche Metallisierung möglich. Bei den genannten Loten handelt es sich üblicherweise um metallische Lote, die aufgrund ihrer Legierungszusammensetzung in der Lage sind, keramische Werkstoffe zu benetzen und damit beispielsweise an einen metallischen Werkstoff anzubinden. Während des Prozesses bildet sich an der Oberfläche der Keramik meistens eine dünne, durchgehende Reaktionsschicht aus, die die notwendige Haftung und/oder Benützung ermöglicht. Das Hochtemperaturlöten erfolgt in der Regel unter Argon und/oder im Vakuum.
Durch ökonomische oder klimatische Aspekt und Rohstoffknapp- heit besteht aus technologischer Sicht nahezu ständig ein Bedarf, die Energieeffizienz von Verbrennung- oder Strömungsma- schinen im Allgemeinen zu verbessern.
Zur Effizienzsteigerung ist es bekanntlich erforderlich, die Verbrennungstemperaturen zu erhöhen und folglich eine Kühlung der im Falle von Gasturbinen thermisch hochbelasteten Kompo- nenten zu verbessern.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welches die genannten Probleme löst bzw. den genannten Erfordernissen Rechnung trägt. Insbesondere wird ein neuartiges und/oder verbessertes Verfahren zur Herstellung und/oder zur Instandhaltung von thermisch hochbelasteten Maschinenteilen angegeben. Insbesondere betrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Ausgestaltung einer Wärmedämm- bzw. -Schutzschicht mit einer inhärenten Kanalstruktur, so dass ein entsprechend beschichtetes Bauteil im Betrieb besonders hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne die Lebensdauer der Komponente entscheidend zu beeinträchtigen oder Schäden zu verursachen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, oder ein im Heißgaspfad derselben angewendetes Bauteil.
Das Verfahren umfasst das additive Herstellen von Stegen aus einem ersten Material, Beispielsweise mittels Auftragschweißen, auf einem Grundkörper, wobei die Stege unter einem Aufbauwinkel auf dem Grundkörper aufgebaut werden.
Der Aufbauwinkel bezeichnet vorzugsweise einen Winkel, welcher relativ zu einer Oberfläche des Grundkörpers gemessen wird. Vorzugsweise bezeichnet der genannte Winkel denjenigen Winkel, welcher eine Haupterstreckungsrichtung der genannten Stege mit der Oberfläche des Grundkörpers oder einem entsprechenden Oberflächenvektor einschließt.
Der Aufbauwinkel beträgt vorzugsweise mehr als 0 und weniger als 90°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60°, insbeson- dere 45° .
Das additive Herstellen erfolgt vorzugsweise durch Laserauftragschweißen . Durch die schräge oder gewinkelte Orientierung bzw. den Materialauftrag für die Stege wird vorzugsweise ein Raum zwischen der Oberfläche der Grundstruktur und den Stegen gebildet, welcher zur Führung eines Kühlfluids im Betrieb der Komponente, insbesondere zur Kühlung, genutzt werden kann.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Abscheiden eines zweiten Materials auf den Stegen, derart, dass ein durch die Stege definierter, insbesondere geometrischer Schattenbereich zwischen den Stegen und dem Grundkörper oder seiner Oberfläche jeweils frei von dem zweiten Material bleibt. Bei dem Schattenbereich handelt es sich vorzugsweise um einen Abscheidungsschatten .
Das Verfahren umfasst weiterhin eine Wärmebehandlung der durch die beschichteten Stege definierten Struktur, so dass die Kanalstruktur auf dem Grundkörper gebildet wird. Mit anderen Worten wird durch die Wärmebehandlung eine effektive Anbindung des ersten Materials an das zweite Material (oder umgekehrt) erzielt. Durch die Fertigstellung oder Bildung der Kanalstruktur kann beispielsweise das Bauteil her- oder fer- tiggestellt sein oder werden.
In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein von dem ersten Material verschiedenes Material. Vorzugsweise ist das zweite Material ein Material für eine Wärmedämm, oder Wärme- Schutzschicht für die Komponente.
In einer Ausgestaltung ist das zweite Material das gleiche Material wie das erste Material . Das erste Material kann weiterhin das gleiche Material sein, aus welchem schon der Grundkörper hergestellt ist.
Durch das Abscheiden des zweiten Materials auf den Stegen kann vorteilhafterweise eine durchgängige oder kontinuierli - che Kanalstruktur auf dem Grundkörper generiert werden. Insbesondere bilden die genannten Schattenbereiche die entsprechenden Hohlräume für die Kanalstruktur, insbesondere Kühlstruktur. Dadurch wird ermöglicht, ein Kühlmedium im Betrieb der Komponente, unter besonders hoher thermischer Belastung von beispielsweise 1500 °C oder mehr, durch den Grundkörper oder ein diesen aufweisendes Bauteil zu führen, um diesen effektiv mit einem Kühlmedium zu kühlen.
Durch das vorgestellte Konzept kann die Komponente, insbesondere während des Betriebs, derart effizient gekühlt werden, dass die Komponente noch höheren als bisher aus dem Stand der Technik bekannten, üblichen Temperaturen ausgesetzt werden kann.
Weiterhin erlaubt die durch die vorliegende Erfindung erhaltene Kanalstruktur durch eine gitterartige oder hohle Struktur, den Ausgleich von thermischen, mechanischen bzw. thermo- mechanischen Spannungen, welche im Betrieb des Bauteils oder der Komponente auftreten können. Vorteilhafterweise kann also auf etwaige Haftvermittlungs- oder Pufferschichten verzichtet werden, welche üblicherweise eine Spannungsrelaxation bewirken .
In einer Ausgestaltung ist der Grundkörper ein vorgefertigtes Bauteil und/oder ein Halbzeug für die Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine. Beispielsweise kann der Grundkörper gemäß dieser Ausgestaltung ein Schaufelkern einer Turbinen- schaufei bzw. ein beschichteter Grundkörper der Turbinenschaufel sein.
In einer Ausgestaltung wird die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C durchgeführt. Entsprechend dieser Ausgestaltung kann die Wärmebehandlung einen Hochtem- peraturlötprozess umfassen oder bilden. Durch die Wärmebehandlung wird insbesondere eine stabile Verbindung oder An- bindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material erreicht .
In einer Ausgestaltung ist das erste Material ein Hochtemperaturlot und/oder ein Aktivlot. In einer Ausgestaltung umfasst das erste Material einen metallischen Werkstoff, insbesondere eine Superlegierung, wie eine ausscheidungsgehärtete nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das erste Mate- rial vorzugsweise artgleich zu dem Material des Grundkörpers. Dies ist erforderlich um einerseits Kontaminationen des
Grundkörpers zu vermeiden und weiterhin die Stege mit einer mit dem Grundkörper vergleichbaren Temperaturbeständigkeit auszustatten .
In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein Material für eine Wärmedämm- oder Wärmeschutzschicht für den Grundkörper . In einer Ausgestaltung ist oder umfasst das zweite Material ein keramisches Material. Bei dem zweiten Material kann es sich weiterhin um ein Verbundmaterial, beispielsweise um einen keramischen Faserverbundwerkstoff, handeln. In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein Material für eine Oxidationsschutzschicht für den Grundkörper.
In einer Ausgestaltung wird das zweite Material durch thermisches Spritzen abgeschieden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das zweite Material entsprechend zweckmäßig kompakt und dicht und mit einer ausreichenden Strukturgüte versehen werden.
In einer Ausgestaltung wird das erste Material durch Laserauftragschweißen, insbesondere Laserpulverauftragschweißen, hergestellt oder aufgebaut. Diese Ausgestaltung bietet den
Vorteil, diese bewährte Beschichtungstechnologie, welche beispielsweise in der Instandhaltung von Turbinenschaufeln gängig ist, für das vorliegende erfindungsgemäße neuartige Verfahren zu nutzen.
In einer Ausgestaltung ist der Aufbauwinkel ein erster Winkel und beträgt zwischen 30° und 60 0 relativ zu einer Oberfläche des Grundkörpers. Gemäß dieser Ausgestaltung kann mit Vorteil einerseits eine hohe mechanische Stabilität der Kanalstruktur ermöglicht werden und gleichzeitig ein möglichst hoher Volumenstrom von Kühlfluid während der Kühlung der Komponente im Betrieb erzielt werden.
In einer Ausgestaltung wird das zweite Material unter einem zweiten Winkel abgeschieden. Der zweite Winkel ist vorzugsweise ein von dem ersten Winkel verschiedener Winkel, beispielsweise ein relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche der Grundstruktur - entgegengesetzt angestellter oder gespiegelter Winkel. Diese Ausgestaltung erlaubt mit Vorteil eine für einen Kühleffekt zweckmäßige und/oder stabile Geometrie der Kanalstruktur, ohne dass das zweite Material beispielsweise in den genannten Schattenbereichen abgeschie- den wird.
In einer Ausgestaltung beträgt der zweite Winkel zwischen 90° und 150° relativ zu der Oberfläche des Grundkörpers. In einer Ausgestaltung werden nach dem Abscheiden des zweiten Materials weitere Stege auf den bereits beschichteten Stegen abgeschieden, um die Kanalstruktur zu bilden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann vorteilhafterweise eine mehrschichtige Kanalstruktur ausgebildet werden.
In einer Ausgestaltung werden die weiteren Stege, beispielsweise unter einem weiteren Aufbauwinkel additiv aufgebaut, welcher relativ zu dem Aufbauwinkel der bereits beschichteten Stege gespiegelt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Ka- nalstruktur mit einer Vielzahl von Kanalstrukturschichten versehen werden und entsprechend eine effiziente Kühlung für die Komponente bzw. an der Oberfläche der Grundstruktur erreicht werden. In einer Ausgestaltung werden das additive Herstellen und das Abscheiden vor der Wärmebehandlung im Rahmen des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Kanalstrukturschichten wiederholt. Durch die vielschichtige Ausgestal- tung der Kanalstruktur kann insbesondere die Kühleffizienz für die Komponente vorteilhafterweise verbessert werden.
In einer Ausgestaltung ist die Oberfläche des Grundkörpers, zumindest weitgehend eben.
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils umfassend die Kanalstruktur .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft eine Komponente bzw. ein Bauteil wie oben beschrieben, welche mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellt oder herstellbar ist.
In einer Ausgestaltung ist die Kanalstruktur zur Kühlung der Komponente im Betrieb ausgebildet, wobei eine Geometrie der Kanalstruktur entsprechend einer erwarteten oder gemessenen Temperaturbelastung an der Oberfläche des Grundkörpers ange- passt ist.
In einer Ausgestaltung sind die Stege derart nebeneinander hergestellt und/oder angeordnet, dass eine Oberfläche der Grundstruktur, auf welcher die Stege hergestellt werden, frei von dem zweiten Material ist bzw. bleibt.
In einer Ausgestaltung ist die Komponente eine im Heißgaspfad einer Gasturbine angewendete Komponente. In einer Ausgestaltung weist die Kanalstruktur mehrere Kanalstrukturschichten auf, die (schichtweise) übereinander angeordnet sind.
In einer Ausgestaltung ist die Komponente eine Turbinenschau- fei bzw. ein entsprechender Schaufelkern, wobei die Kanalstruktur eine Kühlstruktur zur Kühlung der Komponente ist. Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können ferner die Komponente betreffen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bauteils 10.
Figur 2 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht einen Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Figur 3 deutet analog zur Darstellung der Figur 2 einen
weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Figur 4 deutet einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Figur 5 deutet in einem schematischen Flussdiagramm Verfahrensschritte des beschriebenen Verfahrens an.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bauteils 10. Bei dem Bauteil kann es sich um eine Komponente für eine Strömungsmaschine handeln. Das Bauteil 10 ist beispielhaft als Turbinenschaufel oder Segment einer Turbinenschaufel dargestellt. Das Bauteil 10 weist demgemäß einen Schaufelfuß 11 auf. Bei dem Schaufelfuß 11 kann das Bauteil zweckmäßigerweise zum Betrieb in eine Strömungsmaschine montiert werden. Konventionelle Turbinenschaufeln weisen üblicherweise eine Wärmedämm- oder Wärmeschutzschicht auf (in Figur 1 nicht explizit gekennzeichnet) und oder eine Oxidationsschutzschicht .
Als Materialien für Wärmedämm- und/oder Oxidationsschutz - Schicht werden häufig keramische Materialien und/oder Verbundwerkstoffe eingesetzt.
Die Figuren 2 bis 4 deuten vereinfacht Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kanal - struktur bzw. Hohlstruktur (vergleiche Bezugszeichen 100 und 200 in den Figuren 3 und 4) an. Vorzugsweise umfasst die Kanalstruktur 200 eine Mehrzahl von Kühlkanälen (vergleiche Bezugszeichen 4) zur Kühlung der Komponente 10. Die genannten Kühlkanäle können beispielsweise nebeneinander und/oder über- einander angeordnet sein und verlaufen vorzugsweise parallel zu einer Oberfläche eines Grundkörpers.
Figur 5 zeigt die wesentlichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines schematischen Flussdiagramms.
Figur 2 zeigt insbesondere einen Grundkörper 1. Der Grundkörper bezeichnet vorzugsweise ein Halbzeug, oder einen Grundkörper für das Bauteil, insbesondere einen Grundkörper für die Turbinenschaufel . Es kann sich dabei um ein vorgefertig- tes Teil für die Turbinenschaufel, beispielsweise um einen unbeschichteten Schaufelkern handeln (vergleiche a) in Figur 5) .
Der Grundkörper 1 weist eine Oberfläche 5 auf. Die Oberfläche 5 ist vorzugsweise zumindest weitgehend eben. Dies trifft vorliegend üblicherweise sowohl für eine Saugseite als auch für eine Druckseite einer Turbinenschaufel zu. An der Oberfläche 5 wird der Grundkörper 1 gemäß des vorliegenden Ver- fahrens vorzugsweise mit Stegen 2 versehen, beispielsweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens. Insbesondere werden auf der Oberfläche 5 vorzugsweise mittels Auftragschweißen, insbesondere Laserauftragschweißen, Stege 2 oder ähnliche filigrane Strukturen additiv aufgebaut. Das Material der genannten Stege kann mit einem ersten Material bezeichnet 2 sein. Dieses erste Material ist vorzugsweise artgleich oder ähnlich zu dem Material des Grundkörpers 1. Der Grundkörper 1 besteht entsprechend seiner Betriebsanforderungen vorzugsweise aus einer gehärteten nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung .
Bei dem Material der Stege 2 handelt es sich vorzugsweise um metallische Stege, so dass ein Stoffschluss zwischen dem
Grundkörper und den Stegen erzielt werden kann. Demgemäß kann es sich bei dem ersten Material 2 um ein Hochtemperaturlot und/oder ein Aktivlot handeln. Vorzugsweise wird das erste Material derart gewählt, dass eine Kontamination des Materi- als des Grundkörpers 1 verhindert oder eingeschränkt wird.
Die Stege 2 werden erfindungsgemäß unter einem Aufbauwinkel auf der Oberfläche 5 aufgebaut und/oder abgeschieden. Der Aufbauwinkel bezeichnet vorliegend einen Winkel relativ zu der Oberfläche bzw. zu einer Oberflächenormalen ON der Oberfläche 5 des Grundkörpers 1. Der Aufbauwinkel ist insbesondere größer als 0° und kleiner als 90° relativ zu der Oberfläche 5. Damit wird gewährleistet, dass die Stege 2 ei- nen Raum bzw. Schattenbereich 4 zwischen der Grundstruktur 1 und eben den Stegen 2 definieren, welcher zum Führen eines Fluides, insbesondere eines Kühlfluides ausgebildet ist und entsprechend zur Kühlung der Komponente oder des Bauteils 10 bzw. seiner Grundstruktur 1 genutzt werden kann.
Der Winkel kann beispielsweise zwischen 30° und 60° betragen, besonders bevorzugt 45°. Für den Aufbau der Stege 2 wird vorzugsweise ein Beschich- tungswerkzeug, besonders bevorzugt ein Schweißwerkzeug 15 herangezogen, insbesondere ein Fertigungskopf zum Laserauftragschweißen und/oder eine Pulverdüse für einen Materialauf- trag. Das Schweißwerkzeug wird dabei für die Beschichtung vorzugsweise relativ zu der Oberfläche 5 oder dem Grundkörper 1 konstant unter dem gleichen Winkel geführt .
Eine Dicke der Stege ist vorzugweise derart bemessen, dass die Stege 2 formstabil und belastbar an der Grundstruktur 1 ( Stoffschlüssig) verbunden werden können. Eine Haupterstre- ckungsrichtung der Stege ist insbesondere unter dem Aufbauwinkel (vergleiche Figur 3) relativ zu der Oberfläche 5 ausgerichtet .
Vorzugsweise werden alle Stege (wie in der Darstellung der Figur 2) unter dem gleichen Winkel auf dem Grundkörper 1 aufgebaut. Weiterhin werden die Stege derart nebeneinander aufgebaut, dass die Projektion der Stege 2 auf die Oberfläche 5 vorzugsweise die ganze Oberfläche 5 abdeckt. Mit anderen Worten können die Stege in Aufsicht auf die Oberfläche 5 betrachtet, diese komplett abschatten. Mit dem Bezugszeichen 4 sind insbesondere Schattenbereiche genannt, welche jeweils durch einen Steg 2 zwischen diesem Steg und der Grundstruktur 1 definiert werden.
Die Abmessung der Stege entlang ihrer Haupterstreckungsrich- tung kann wenige Millimeter betragen oder aber entsprechend der gewünschten Kühlwirkung und unter Berücksichtigung eines entsprechenden Volumenstroms des Kühlfluid angepasst werden.
Figur 3 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein zweites Material auf den Stegen 2 abgeschieden wird, vorzugsweise mittels eines ther- mischen Spritzverfahrens (vergleiche b) in Figur 5) . Alternativ kann das zweite Material beispielsweise mittels eines Plasma-Spritzverfahrens und/oder mittels elektronenstrahlba- sierter physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden .
Bei dem zweiten Material kann es sich um ein keramisches Ma- terial oder einen keramischen Faserverbundwerkstoff handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material um das für die Wärmedämm- oder Schutzschicht bzw. die Oxidations- schutzschicht gewählte Material. Eine Bearbeitungs- oder Abscheideeinrichtung ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet. Insbesondere wird das zweite Material über das genannte Bearbeitungswerkzeug 20 auf den Stegen abgeschieden, und zwar unter einem zweiten Winkel ß . Der zweite Winkel ß kann von dem Aufbauwinkel verschie- den sein oder aber ebenfalls 30 bis 60° relativ zu einer
Oberfläche 5 oder eines entsprechenden Oberflächensektors der Oberfläche 5 betragen. Gemäß der Darstellung der Figur 3, d.h. analog zu dem Aufbauwinkel gemessen, beträgt der zweite Winkel ß vorzugsweise zwischen 120° und 150°. Der zweite Winkel ß kann jedoch auch 90° Oberfläche 5 oder entsprechend 0° (parallel) zu einer Oberflächennormalen ON der Oberfläche 5 betragen. Gemäß dieser Ausgestaltung würde ebenfalls ein Schattenbereich 4 unterhalb der Stege entstehen, welche zur Kühlung des Bauteils genutzt werden kann.
Durch die enge Anordnung der Stege 2 wird vorzugsweise weiterhin kein zweites Material 3 auf der Oberfläche 5 des
Grundkörpers 1 abgeschieden. Alternativ kann auch eine Ab- scheidung von zweitem Material 3 auf der Oberfläche 5 vorge- sehen sein, beispielweise an Bereichen, welche im Betrieb des Bauteils 10 nicht notwendigerweise gekühlt werden müssen.
Durch das Abscheiden des zweiten Materials 3 ist - wie anhand von Figur 3 ersichtlich - eine erste Kanalstrukturschicht 100 entstanden oder zumindest deren Struktur aufgebaut worden.
Durch die Vereinfachung der Darstellung, sind - in den
Querschnittsansichten der Figuren 2 bis 4 die Schattenbereich 4 als auch die Materialbereiche des zweiten Materials oberhalb der Stege 2 dreieckig dargestellt. In der Realität kann eine entsprechende Struktur (Kanalstruktur) , wie für den Fachmann ersichtlich, deutlich abweichen, jedoch qualitativ dem entsprechen, was vorliegend in den Figuren beschrieben ist .
Figur 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt. Insbesondere ist im Gegensatz zur Darstellung der Figur 3 angedeutet, dass - nach dem Abscheiden des zweiten
Materials 3 erfindungsgemäß vorzugsweise eine weitere Kanal - Strukturschicht 100 in analoger oder ähnlicher Weise abgeschieden wird. Im Unterschied zur ersten - direkt auf der Oberfläche 5 aufgebauten Kanalstrukturschicht - werden die weiteren Stege 2 für die weitere Kanalstrukturschicht 100 vorzugsweise unter dem Winkel a' relativ zu der Oberflächen 5 des Grundkörpers 1 additiv aufgebaut.
Der weitere Aufbauwinkel a' entspricht zumindest betragsmäßig vorzugsweise dem Aufbauwinkel . Alternativ kann der Winkel a' ein von dem Winkel verschiedener Winkel sein.
Für eine effiziente Kühlung des Bauteils 10 ist es jedoch zweckmäßig, die genannten Winkel betragsmäßig gleich zu be- messen. Dadurch kann insbesondere auch ein Material für die Kanalstruktur, welches von den Stegen getragen wird und der eigentlichen Struktur 100 seine Stabilität verleiht, zweckmäßig gekühlt werden bzw. ein möglichst effizienter Wärmeübergang im Betrieb der Komponente erzielt werden.
Vorausgesetzt, man misst den weiteren Aufbauwinkel in analoger Weise zu dem Aufbauwinkel und dem zweiten Winkel ß , dann betrüge der weitere Aufbauwinkel a' beispielsweise ebenfalls entsprechend zwischen 30° und 60°.
Vorzugsweise werden die Aufbauwinkel jeweils derart gemessen, dass sie die Haupterstreckungsrichtung der jeweiligen Stege relativ zu einem nächsten Oberflächenvektor der Oberfläche 5 bezeichnen .
In Figur 4 sind insbesondere zwei übereinander angeordnete Kühlkanäle bzw. Kanalstrukturschichten 100 gezeigt, welche die erfindungsgemäße Kanalstruktur 200 bilden. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass beliebig viele dieser Doppelschichten - je nach erwünschtem Kühleffekt - übereinander angeordnet werden können, je nachdem wie es zur Kühlung der Komponente zweckmäßig ist.
Aus Stabilitätsgründen sind vorzugsweise nur wenige dieser Kanalstrukturschichten 100 oder der in Figur 4 gezeigten Doppelschichten vorgesehen.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls die beschriebene Kanalstruktur 200 beliebig variiert werden kann. Beispielsweise können in einzelnen Kanal - strukturschichten 100 einzelne Bereiche durchgehend mit dem 1. und/oder dem 2. Material gefüllt sein, sodass einzelne Bereiche frei von Hohlräumen oder Kanälen sind. Dies kann insbesondere zweckmäßig sein, um die Stabilität an einzelnen Stellen der Kanalstruktur zu erhöhen. Auch können beispielsweise sowohl parallel zu der Oberfläche 5 als auch entlang einer entsprechenden normalen Richtung (vergleiche ON) Durchbrüche, beispielsweise von einer Kanalstrukturschicht 100 zur darüber liegenden Kanalstrukturschicht 100 vorgesehen sein um eine Strömung eines Kühlfluids individuell für die Komponente zu gestalten. Dabei kann ein labyrinthartiges Kühl- bzw. Ka- nalsystem durch die vorgestellten Mittel auf jedem beliebigen Grundkörper von mit Heißgasen beaufschlagten Turbinenteilen ausgebildet werden.
Das vorliegende Verfahren umfasst weiterhin eine Wärmebehand- lung der entsprechend durch die beschichteten Stege 2 und den Grundkörper 1 definierten oder entstandenen Struktur. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass die Kanalstruktur 200 nicht nur aufgebaut, sondern fertig hergestellt und zweckmäßig an der Oberfläche 5 des Grundkörpers 1 angebunden wird. Die genannte Wärmebehandlung (vergleiche c) in Figur 5) wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800°C und 1050 °C durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann eine zum Hochtemperaturlöten zweckmäßige Wärmebehandlung sein. Insbesondere wird durch die Wärmebehandlung beziehungsweise den beschriebenen Hochtemperaturlöt-Prozess die Anbin- dung der Stege 2 (Aktivlot) an das für die Wärmedämmschicht herangezogene zweite Material erzielt und/oder verbessert.
Als Alternative oder zusätzlich zu der vorliegenden Beschreibung kann das zweite Material eine MCrAlY-Schicht oder eine entsprechende Legierung als Oxidationsschutz für die Komponente bezeichnen. In diesem Kontext steht das „NT beispiels- weise für eines der Elemente Kobalt oder Nickel. Derartige
Legierungen sind als Beschichtungsmaterialien verbreitet, um die Schaufeln von Turbinenschaufel, insbesondere derjenigen ersten und zweiten Stufe bzw. andere heißgasbeaufSchlagte Teile vor Oxidation und oder Korrosion zu schützen. Zudem können MCrAlY-Schichten als Haftvermittler zum Fügen einer Wärmedämmschicht, beispielsweise an einen Grundkörper einer Turbinenschaufel eingesetzt werden.
Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, als zweites Mate- rial sowohl eine Wärmedämmschicht als auch eine Oxidations- schutzschicht vorzusehen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur (200) für eine Strömungsmaschine, umfassend die folgenden Schritte:
- a) additives Herstellen von Stegen (2) aus einem ersten Material auf einem Grundkörper (1), wobei die Stege (2) unter einem Aufbauwinkel ( ) auf dem Grundkörper (1) aufgebaut werden,
- b) Abscheiden eines zweiten Materials (3) auf den Stegen
(2) , derart dass ein durch die Stege (2) definierter Schattenbereich (4) zwischen den Stegen (2) und dem Grundkörper (1) jeweils frei von dem zweiten Material
(3) bleibt, und
- c) Wärmebehandlung einer durch die beschichteten Stege (2) definierten Struktur, so dass die Kanalstruktur (200) auf dem Grundkörper (1) gebildet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Grundkörper (1) ein vorgefertigtes Bauteil und/oder ein Halbzeug für die
Strömungsmaschine ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C durch- geführt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) ein metallisches Material, insbesondere eine Superlegierung, umfasst, und das zweite Material (3) ein Material für eine Wärmedämmschicht, insbesondere ein keramisches Material ist.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Material (3) durch thermische Spritzen abgeschieden wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) ein Hochtemperatur- oder Aktivlot ist .
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) durch Laserauftragschweißen hergestellt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufbauwinkel ( ) ein erster Winkel ist und zwischen 30° und 60° relativ zu einer Oberfläche (OF) des Grundkörpers beträgt .
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Material unter einem zweiten, von dem ersten Winkel ( ) verschiedenen Winkel ( ß ) abgeschieden wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Abscheiden des zweiten Materials (3) weitere Stege (2) auf den bereits beschichteten Stegen (2) abgeschieden werden, um die Kanalstruktur (200) zu bilden und wobei die weiteren Stege (2) , beispielsweise unter einem weiteren Aufbauwinkel ( 1) additiv aufgebaut werden, welcher relativ zu einem Aufbauwinkel ( ) der bereits beschichteten Stege (2) gespiegelt ist.
11. Komponente (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, umfassend eine Kanalstruktur (200) , welche mittels des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che hergestellt oder herstellbar ist, wobei die Kanalstruktur (200) zur Kühlung der Komponente (10) im Betrieb ausgebildet ist und eine Geometrie der Kanalstruktur (200) entsprechend einer erwarteten Temperaturbelastung an der Oberfläche (5) des Grundkörpers (1) angepasst ist.
12. Komponente (10) gemäß Anspruch 11, wobei die Stege (2) derart nebeneinander hergestellt angeordnet sind, dass eine Oberfläche (5) der Grundstruktur frei von dem zweiten Materi al (3) ist.
13. Komponente (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Ka nalstruktur (200) mehrere Kanalstrukturschichten (100) aufweist, die übereinander angeordnet sind.
14. Komponente (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, welche eine im Heißgaspfad einer Gasturbine angewendete Komponente, beispielsweise eine Turbinenschaufel ist, und wobei die Kanalstruktur (200) eine Kühlstruktur zur Kühlung der Komponente (10) ist.
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