WO2025124809A1 - Partielle wiederbeschichtung eines keramischen schichtsystems und keramisches schichtsystem - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to the partial re-coating of a ceramic layer system and a ceramic layer system.
  • Ceramic layer systems comprising a metallic substrate with at least one ceramic layer as protection against high temperatures and/or corrosion are known and are used in the chemical industry, in furnaces and in turbines, in particular gas turbines.
  • An exemplary ceramic layer is disclosed in EP 1 707 653 B1.
  • the current approach involves removing the entire component and recoating it from scratch. Particularly with coating systems consisting of a metallic base layer and a ceramic top layer, it is more labor-intensive to completely remove and reapply these metal and ceramic layers.
  • the remaining surface of the ceramic layer system 1 ' is at least partially provided with a protection 19 ( Fig . 3 ), but at least around the depression 16 .
  • the protection 19 is removed and in the next step the existing ceramic of the ceramic layer 10' of the ceramic layer system 1'' is removed around the depression 16 in a wedge-shaped or stepped manner, so that no metallic material is left on the existing ceramic coating 10'' of the ceramic layer system 1''.
  • ceramic material 31 is applied in the modified depression 16' by another or the same coating system 22, so that the ceramic layer system 11 thus produced is comparable to the original ceramic layer system 1 (Fig. 1).
  • the region 34 of the ceramic coating which fills the recess 16' can be made with the same material or a different material is deliberately used in order to improve the use of the ceramic layer system 1 IV .
  • Different material means that at least one component of the ceramic differs by at least 5%, in particular at least 10%, or that a different stabilizer or an additional stabilizer for stabilized zirconium oxide is used.
  • a segmented coating is present for the ceramic layer 11, for example made of PSZ/FSZ, such as 8YSZ or 8YSZ/20YSZ (Fig. 5).
  • a different microstructure such as in particular highly porous material 34' instead of a segmented microstructure, is then applied for the ceramic layer part 34' in the depression 16' (Fig. 6).
  • This material 34' in the trough 16' preferably has a porosity greater than 12%, in particular greater than 18% and is in any case 5%, absolutely 10% larger than the surrounding layer areas 10L, 10R ( Fig . 6 ).
  • the ceramic layer 10 represents a segmented layer of yttria stabilized zirconium oxide and the layer part 34 ' preferably comprises yttria and additionally ytterbium oxide stabilized zirconium oxide.
  • the ceramic layer can have different thicknesses for the ceramic layer in an extension direction 12 of the ceramic layer system 11, so that different thicknesses are also used for the region 34', in which, for example, a continuous transition from one layer thickness 10L to the thinner layer thickness 10R is created or, as shown in Figure 6, a gradation preferably takes place centrally between the two different layer thickness regions 10L, 10R.
  • Thinner generally means that the layer thickness is at least 5%, in particular at least 10% thicker or thinner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems (1), bei dem zuerst eine Mulde (16) in einem keramischen Schichtsystem (1) mittels eines Entschichtungsverfahrens erzeugt wird, wobei lokal eine keramische Beschichtung komplett und eine metallische Beschichtung lokal zumindest teilweise entfernt wird, wobei dann eine metallische Haftvermittlerschicht (7) aufgebracht wird, wobei vorzugsweise ein Schutz (19) um die Mulde (16) verwendet wird, und nach der vollständigen Aufbringung oder Reparatur der metallischen Haftvermittlerschicht (7') eine Abschrägung innerhalb der Mulde (16) in seinen Randbereichen erzeugt wird, indem Material der keramische Schicht (10) um die Mulde (16) stufenweise abgetragen wird, und dann am letzten Schritt neues keramische Material (31) in die modifizierte Mulde (16') aufgebracht wird.

Description

Partielle Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems und keramisches Schichtsystem
Die Erfindung betri f ft die teilweise , erneute Beschichtung eines keramischen Schichtsystems und ein keramisches Schichtsystem .
Keramische Schichtsysteme aufweisend ein metallisches Substrat mit zumindest einer keramischen Schicht als Schutz gegen hohe Temperaturen und oder Korrosion sind bekannt und werden in der chemischen Industrie , in Öfen wie auch bei Turbinen, insbesondere Gasturbinen eingesetzt .
Eine beispielhafte keramische Schicht ist in der EP 1 707 653 Bl of fenbart .
Aufgrund eines einsatzbedingten Verschleißes ist manchmal lediglich eine lokale Abnutzung einer keramischen Schicht vorhanden .
Die Vorgehensweise nach dem Stand der Technik besteht darin, das komplette Bauteil zu entrichten und komplett neu zu beschichteten . Insbesondere bei Schichtsystemen, die aus einer metallischen Unterschicht und einer keramische Oberschicht bestehen, ist es mehr Aufwand diese Schichten aus Metall und Keramik komplett zu entfernen und wieder komplett auf zubringen .
Metallische und keramische Schichten werden durch Sprühverfahren aufgetragen .
Die US 6 , 274 , 193 Bl of fenbart eine Reparatur, bei der die metallische Beschichtung eindi f fundiert wird .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen . Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein keramisches Schichtsystem nach Anspruch 4 .
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet , die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen .
Es zeigen die Figuren 1 , 6 ein keramisches Sichtsystem und ein Verfahren ist schematisch in den Figuren 2 bis 5 gezeigt .
Ein keramisches Schichtsystem 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt .
Das keramische Schichtsystem 1 weist zumindest auf : ein metallisches Substrat 4 , das bei Turbinenbauteilen eine Nickel- oder Kobalt- basierte Superlegierung darstellt .
Zur besseren Anbindung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoef fi zienten von Metall und Keramik ist eine metallische Haftvermittlerschicht 7 vorhanden, die im Einsatz eine Oxidschicht ( TGO) bildet , die zur Anbindung einer keramischen Schicht 10 dient .
Die metallische Haftvermittlerschicht 7 basiert vorzugsweise auf einer NiCoCrAlY Legierung .
Die metallische Haftvermittlerschicht 7 stellt vorzugsweise eine Uberzugsbeschichtung dar, also keine reine Di f fusionsschicht .
Die keramische Schicht 10 kann einlagig oder zweilagig ausgebildet sein, d . h . verschiedene Materialien in einem Zweischichtsystem aufweisen .
Beispiele dafür sind eine unterliegende keramische Schicht aus teilstabilisierten Zirkonoxid PSZ wie 7YSZ und eine oben liegende keramische Schicht aus vollstabilisierten Zirkonoxid FSZ wie 20YSZ .
Aufgrund des Verschleißes ist lokal die Schichtdicke der TBC verringert worden oder nicht mehr vorhanden (nicht dargestellt ) . Daher wird mittels eines Entschichtungsverf ährens , insbesondere mittels eines Lasers 13 , die keramische Schicht 10 lokal entfernt ( Fig . 2 ) .
Ebenfalls vorzugsweise wird die metallische Haftvermittlerschicht 7 lokal entfernt ( Fig . 2 ) .
Wasserstrahlentfernung mit/ohne abrasiven Material oder andere Verfahren wie Laserbestrahlung oder im Wasserstrahl geführte Laserstrahlen können ebenfalls angewendet werden .
Vorzugsweise wird dabei kein Material des Substrats 4 entfernt .
Das keramische Schichtsystem 1 ' nach der lokalen Entfernung der keramischen Schicht 10 gemäß Figur 1 weist dann eine Mulde 16 auf .
Im nächsten Schritt ( Fig . 3 ) wird durch ein Beschichtungssystem 22 eine metallische Haftvermittlerschicht lokal in der Mulde 16 wiederhergestellt , so dass sich eine reparierte Haftvermittlerschicht 7 ' bildet . Dabei kann dasselbe Material wie im ursprünglichen Schichtsystem 1 verwendet werden, muss es aber nicht .
Ebenso kann durch die metallische Haftvermittlerschicht in der Mulde 16 entferntes Material des Substrats 4 kompensiert werden, falls erforderlich .
Während der Beschichtung mit dem Metall wird die restliche Oberfläche des keramischen Schichtsystems 1 ' zumindest teilweise mit einem Schutz 19 ( Fig . 3 ) versehen, aber zumindest um die Mulde 16 herum .
Dabei kann aber nicht vollständig verhindert werden, dass sich aus dem metallischen Beschichtungsmaterial Metall um dem Randbereich der Mulde 16 herum abschneidet .
Auf j eden Fall ist an der Seitenfläche 17 der Mulde 16 der verbliebenden keramischen Schicht 10' metallisches Material vorhanden, das entfernt werden muss.
Dann wird gemäß Figur 4 der Schutz 19 entfernt und es wird im nächsten Schritt die vorhandene Keramik der keramischen Schicht 10' des keramischen Schichtsystems 1' ' um die Mulde 16 herum keilförmig oder stufenförmig abgetragen, so dass kein metallisches Material mehr auf der vorhandenen keramische Beschichtung 10' ' ' des keramischen Schichtsystems 1' ' ' vorhanden ist.
In einem letzten Schritt wird durch ein weiteres oder dasselbe Beschichtungssystem 22 keramisches Material 31 in der modifizierten Mulde 16' aufgebracht, so dass das so erzeugte keramische Schichtsystem 11 vergleichbar ist mit dem ursprünglichen keramische Schichtsystem 1 (Fig. 1) .
Der Bereich 34 der keramische Beschichtung, der die Mulde 16' ausfüllt, kann mit demselben Material der Materialien hergestellt werden oder es wird bewusst ein anderes Material verwendet, um den Einsatz des keramischen Schichtsystems 1IV zu verbessern .
Anderes Material bedeutet hier, dass zumindest ein Bestandteil der Keramik sich um mindestens 5%, insbesondere mindestens 10% unterscheidet bzw. ein anderer Stabilisator oder ein zusätzlicher Stabilisator für stabilisiertes Zirkonoxid verwendet wird.
Vorzugsweise ist für die keramische Schicht 11 eine segmentierte Beschichtung vorhanden, beispielsweise aus PSZ/FSZ, wie 8YSZ oder 8YSZ/20YSZ (Fig. 5) .
Vorzugsweise wird dann für den keramische Schichtteil 34 ' in der Mulde 16' eine andere Mikrostruktur, wie insbesondere hochporöses Material 34 ' anstatt segmentierter Mikrostruktur aufgebracht (Fig. 6) .
Dieses Material 34' in der Mulde 16' weist vorzugsweise eine Porosität größer 12%, insbesondere größer 18% auf und ist auf j eden Fall um 5% , absolut 10% pro größer als die umgebenden Schichtbereiche 10L, 10R ( Fig . 6 ) .
Vorzugsweise stellt die keramische Schicht 10 eine segmentierte Schicht aus Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid dar und der Schichtteil 34 ' weist vorzugsweise Yttriumoxid und zusätzlich mit Ytterbiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid auf .
Ebenso kann die keramische Schicht in einer Ausdehnungsrichtung 12 des keramischen Schichtsystem 11 verschiedenen Dicken für die keramische Schicht aufweisen, so dass für den Bereich 34 ' ebenfalls verschiedenen Dicken verwendet werden, in dem zum Beispiel ein kontinuierlicher Übergang von der einen Schichtdicke 10L zur dünneren Schichtdicke 10R erzeugt wird oder wie in der Figur 6 dargestellt eine Abstufung vorzugsweise mittig zwischen den zwei verschiedenen Schichtdickebereichen 10L, 10R erfolgt .
Dünner bedeutet allgemein, dass die Schichtdicke mindestens 5% , insbesondere mindestens 10% dicker oder dünner ausgebildet ist .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur lokalen Wiederbeschichtung eines keramischen Schichtsystems (1) , bei dem zuerst eine Mulde (16) in einem keramischen Schichtsystem (1) mittels eines Entschichtungsverf ährens erzeugt wird, wobei lokal zumindest eine keramische Beschichtung komplett und optional eine metallische Beschichtung lokal zumindest teilweise entfernt wird, wobei dann optional eine metallische Haftvermittlerschicht (7) lokal aufgebracht wird, wobei vorzugsweise ein Schutz (19) zumindest auf der Oberfläche der keramischen Schicht (1') um die Mulde (16) verwendet wird, und nach der vollständigen Aufbringung oder Reparatur der metallischen Haftvermittlerschicht (7') eine Abschrägung der keramischen Schicht (1' ') innerhalb der Mulde (16) in seinen Randbereichen erzeugt wird, indem Material der keramische Schicht (10' ') um die Mulde (16) stufenweise abgetragen wird, und dann im letzten Schritt neues keramische Material (31) in die modifizierte Mulde (16') aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Mikrostruktur der Schicht (11) für den neuen Bereich (34, 34') erzeugt wird, der verschieden ist von der Mikrostruktur der keramischen Schicht (10) des keramischen Schichtsystems (1) , vorzugsweise die keramische Schicht (10) eine segmentierte Schicht darstellt und der neue Bereich (34, 34') eine deutlich höhere Porosität aufweist und/oder nicht segmentiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für das Material der Schicht (11) für den Be- reich (34) ein Material verwendet wird, das verschieden ist von dem Material der keramischen Schicht (10) des keramischen Schichtsystems (1) , vorzugsweise die keramische Schicht (10) eine segmentierte Schicht aus Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid darstellt und ein keramischer Schichtteil (34, 34') in der Mulde (16') Yttriumoxid und Ytterbiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid aufweist .
4. Keramisches Schichtsystem (11, 111) , insbesondere hergestellt gemäß eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das keramische Schichtsystem (11) drei verschiedene Bereiche (10L, 34, 34', 10R) aufweist, wobei ein mittlerer Bereich (34, 34') zwischen zwei Bereichen (10L, 10R) eine deutlich höhere Porosität und/oder ein deutlich verschiedenes Material aufweist als die umgebenden Bereiche (10L, 10R) aufweist.
5. Keramische Schichtsystem nach Anspruch 4, bei dem der Bereich (34') eine gestufte oder abfallende Beschichtungsdicke aufweist.
6. Keramische Schichtsystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die den Bereich (34, 34') umgebenden Bereich (10L, 10R) eine segmentierte Mikrostruktur aufweisen.
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