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Title:
ALLOY, PROTECTIVE LAYER AND COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/020748
Kind Code:
A1
Abstract:
Known protective layers having a high Cr content and additionally a silicon form brittle phases which additionally become brittle under the influence of carbon during use. The protective layer according to the invention has the composition 22% to 24% cobalt (Co), 10.5% to 11.5% aluminum (AI), 0.2% to 0.4% yttrium (Y) and/or at least one equivalent metal from the group comprising scandium and the rare earth elements, 14% to 16% chrome (Cr), optionally 0.3% to 0.9% tantalum, the remainder nickel (Ni).

Inventors:
STAMM WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/062062
Publication Date:
February 14, 2013
Filing Date:
June 22, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
STAMM WERNER (DE)
International Classes:
C23C28/00; C23C30/00; F01D5/28; F01D25/00
Domestic Patent References:
WO1991001433A11991-02-07
WO1999067435A11999-12-29
WO2000044949A12000-08-03
Foreign References:
EP0948667A11999-10-13
EP2216421A12010-08-11
EP1837485A12007-09-26
US4005989A1977-02-01
US4034142A1977-07-05
EP1204776B12004-06-02
EP1306454A12003-05-02
EP1319729A12003-06-18
US6024792A2000-02-15
EP0892090A11999-01-20
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Legierung

die zumindest folgende Elemente enthält (Angaben in Gew.%) :

22% - 24% Kobalt (Co) ,

insbesondere 23% Kobalt (Co) ,

14% - 16% Chrom (Cr) ,

insbesondere 15% - 16% Chrom (Cr),

ganz insbesondere 15% Chrom (Cr) ,

10,5% - 11,5% Aluminium (AI),

insbesondere llwt% Aluminium (AI) ,

0,2% - 0,4%,

insbesondere 0,3% zumindest eines Metalls aus der Gruppe umfassend Scandium (Sc) und/oder die Elemente der Seltenen

Erden,

insbesondere Yttrium (Y) ,

optional 0,3% bis 0,9% Tantal (Ta) ,

insbesondere 0,4% bis 0,7% Tantal (Ta) ,

ganz insbesondere 0,5% Tantal (Ta) ,

Nickel (Ni) ,

insbesondere Rest Nickel (Ni) .

2. Legierung nach Anspruch 1,

enthaltend 0,3 Gew.% Yttrium (Y) .

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2,

nicht enthaltend Rhenium (Re) .

4. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

die kein Silizium (Si) enthält.

5. Legierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,

die Tantal (Ta) enthält,

insbesondere mindestens 0,4Gew.% Tantal (Ta) enthält, ganz insbesondere 0.5Gew.% Tantal (Ta) enthält.

6. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

nicht enthaltend Zirkon (Zr) und/oder nicht enthaltend Titan (Ti) und/oder nicht enthaltend Gallium (Ga) und/oder nicht enthaltend Germanium (Ge) und/oder nicht enthaltend Platin (Pt) und/oder nicht enthaltend Hafnium (Hf) und/oder nicht enthaltend Cer (Ce) und/oder nicht enthaltend Eisen (Fe) und/oder nicht enthaltend Palladium (Pd) und/oder nicht enthaltend Bor (B) und/oder

nicht enthaltend Kohlenstoff (C) .

7. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

bestehend aus Kobalt, Chrom, Aluminium, Yttrium, Nickel sowie optionalem Bestandteil Tantal.

8. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche 1 bis 7,

bestehend aus Kobalt, Chrom, Aluminium, Yttrium, Nickel und Tantal .

9. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen

Ansprüche,

bei der Nickel (Ni) die Matrix bildet.

10. Schutzschicht (7) zum Schutz eines Bauteils (1) gegen Korrosion und/oder Oxidation,

insbesondere bei hohen Temperaturen,

die die Zusammensetzung der Legierung gemäß einem oder meh- reren der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

11. Schutzschicht (7) nach Anspruch 10,

die durch Plasmaspritzen,

insbesondere APS oder

Hochgeschwindigkeitsspritzen (HVOF) ,

aufgebracht ist.

12. Bauteil ,

insbesondere ein Bauteil (120, 130, 155) einer Gasturbine (100) ,

insbesondere bei dem ein Substrat (4) des Bauteils (120, 130, 155) nickelbasiert oder kobaltbasiert ist,

das zum Schutz gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen eine Schutzschicht (7) nach Anspruch 10 oder 11 aufweist,

bei dem insbesondere auf der Schutzschicht (7) eine kerami¬ sche Wärmedämmschicht (10) aufgebracht ist.

Description:
Legierung, Schutzschicht und Bauteil

Die Erfindung betrifft eine Legierung gemäß Anspruch 1, eine Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und/oder Oxidation insbesondere bei hohen Temperaturen gemäß Anspruch 13 und ein Bauteil gemäß Anspruch 15.

Schutzschichten für metallische Bauteile, die deren Korrosi- onsbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit erhöhen sollen, sind im Stand der Technik in großer Zahl bekannt. Die meisten dieser Schutzschichten sind unter dem Sammelnamen MCrAlY bekannt, wobei M für mindestens eines der Elemente aus der Gruppe umfassend Eisen, Kobalt und Nickel steht und wei- tere wesentliche Bestandteile Chrom, Aluminium und Yttrium sind .

Typische Beschichtungen dieser Art sind aus den US-Patenten 4,005,989 und 4,034,142 bekannt.

Die Bemühung um die Steigerung der Eintrittstemperaturen sowohl bei stationären Gasturbinen als auch bei Flugtriebwerken hat auf dem Fachgebiet der Gasturbinen eine große Bedeutung, da die Eintrittstemperaturen wichtige Bestimmungsgrößen für die mit Gasturbinen erzielbaren thermodynamischen Wirkungsgrade sind. Durch den Einsatz speziell entwickelter Legierungen als Grundwerkstoffe für thermisch hoch zu belastende Bau ¬ teile wie Leit- und Laufschaufeln, insbesondere durch den Einsatz einkristalliner Superlegierungen, sind Eintrittstem- peraturen von deutlich über 1000°C möglich. Inzwischen erlaubt der Stand der Technik Eintrittstemperaturen von 950°C und mehr bei stationären Gasturbinen sowie 1100°C und mehr in Gasturbinen von Flugtriebwerken.

Beispiele zum Aufbau einer Turbinenschaufel mit einem einkri- stallinen Substrat, die seinerseits komplex aufgebaut sein kann, gehen hervor aus der WO 91/01433 AI. Während die physikalische Belastbarkeit der inzwischen entwi ¬ ckelten Grundwerkstoffe für die hoch belasteten Bauteile im Hinblick auf mögliche weitere Steigerungen der Eintrittstemperaturen weitgehend unproblematisch ist, muss zur Erzielung einer hinreichenden Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion auf Schutzschichten zurückgegriffen werden. Neben der hinreichenden chemischen Beständigkeit einer Schutzschicht unter den Angriffen, die von Rauchgasen bei Temperaturen in der Größenordnung von 1000°C zu erwarten sind, muss eine Schutzschicht auch genügend gute mechanische Eigenschaften, nicht zuletzt im Hinblick auf die mechanische Wechselwirkung zwischen der Schutzschicht und dem Grundwerkstoff, haben. Insbesondere muss die Schutzschicht hinreichend duktil sein, um eventuellen Verformungen des Grundwerkstoffs folgen zu können und nicht zu reißen, da auf diese Weise Angriffspunkte für Oxidation und Korrosion geschaffen würden. Hierbei tritt typischerweise das Problem auf, dass eine Erhöhung der An ¬ teile von Elementen wie Aluminium und Chrom, die die Beständigkeit einer Schutzschicht gegen Oxidation und Korrosion verbessern können, zu einer Verschlechterung der Duktilität der Schutzschicht führt, so dass mit einem mechanischen Ver ¬ sagen, insbesondere der Bildung von Rissen, bei einer in einer Gasturbine üblicherweise auftretenden mechanischen Belastung zu rechnen ist.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Legierung und eine Schutzschicht anzugeben, die eine gute Hochtemperaturbeständigkeit in Korrosion und Oxidation aufweist, eine gute Langzeitstabilität aufweist und die außerdem einer mechanischen Beanspruchung, die insbesondere in einer Gasturbine bei einer hohen Temperatur zu erwarten ist, besonders gut angepasst ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1 und eine Schutzschicht gemäß Anspruch 10. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bautei aufzuzeigen, das einen erhöhten Schutz gegen Korrosion und Oxidation aufweist.

Die Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Bauteil gemäß An ¬ spruch 12, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine oder Dampfturbine, das zum Schutz gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen einer Schutzschicht der vorbeschriebe nen Art aufweist.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise mit einander verknüpft werden können.

Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbe spiele der Erfindung dar.

Es zeigen

Figur 1 ein Schichtsystem mit einer Schutzschicht,

Figur 2 Zusammensetzungen von Superlegierungen,

Figur 3 eine Gasturbine,

Figur 4 eine Turbinenschaufel und

Figur 5 eine Brennkammer.

Erfindungsgemäß besteht eine Schutzschicht 7 (Fig. 1) zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei einer hohen Temperatur im Wesentlichen aus folgenden Elementen (Angabe der Anteile in Gew.%) :

Nickel

Co: 22% - 24%

Cr: 14% - 16%

AI : 10,5% - 11,5%

0,2% - 0,4% Seltene-Erden-Element (Yttrium, ...) und/oder

Scandium (Sc) :

optional

Ta: 0,3% - 0,9%. Die Auflistung der Legierungselemente Ni, Co, Cr, AI, Y, Ta ist vorzugsweise nicht abschließend.

Nickel bildet vorzugsweise die Matrix.

Vorzugsweise ist die Auflistung von Ni, Co, Cr, AI, Y, Ta abschließend .

Die Gehalte der Legierungselemente Co, Cr, AI, Y haben folgende Vorteile:

Mittelhoher Co-Gehalt:

Verbreiterung des Beta/Gamma-Feldes , Vermeidung spröder Phasen wie z.B. der Alpha-Phasen.

Mittlerer Cr-Gehalt:

Ausreichend hoch zur Aktivitätserhöhung von AI zur AI 2 O 3 - Bildung;

niedrig genug um spröde Phasen (Alpha-Chrom oder Sigma-Phase) zu vermeiden.

Mittelhoher Al-Gehalt:

Ausreichend hoch für AI-Aktivität zur Ausbildung einer stabi ¬ len Al 2 0 3 -Schicht ;

niedrig genug um Versprödungseffekte zu vermeiden.

Niedriger Y-Gehalt:

Ausreichend hoch um bei geringer Sauerstoffkontamination noch genügend Y-Aluminat zur Bildung von Y-haltigen "pegs" zu bil- den;

niedrig genug um das Oxidschichtwachstum der Al 2 0 3 -Schicht negativ zu beschleunigen.

Tantal hat eine positiven Einfluss auf die Phasenstabilität der γ' -Phase bzw. verschiebt den Übergang zu höheren

Temperaturen und verlangsamt so den Phasenabbau durch den Verbrauch von Aluminium in der Schicht. Festzustellen ist, dass die Anteile der einzelnen Elemente besonders abgestimmt sind im Hinblick auf ihre Wirkungen, die insbesondere in Zusammenhang mit dem Element Silizium zu sehen sind. Wenn die Anteile so bemessen sind, dass sich keine Silizium-Ausscheidungen bilden, entstehen vorteilhafterweise keine Sprödphasen während des Einsatzes der Schutz ¬ schicht, so dass das Laufzeitverhalten verbessert und verlän ¬ gert ist.

Dies geschieht nicht nur durch einen geringen Chromgehalt, sondern auch, unter Berücksichtigung des Einflusses von Aluminium auf die Phasenbildung, durch genaue Bemessung des Gehalts an Aluminium.

In Wechselwirkung mit der Reduzierung der Sprödphasen, die sich besonders unter höheren mechanischen Eigenschaften nega- tiv auswirken, werden durch die Verringerung der mechanischen Spannungen durch den ausgewählten Nickel-Gehalt die mechanischen Eigenschaften verbessert.

Die Schutzschicht weist bei guter Korrosionsbeständigkeit eine besonders gute Beständigkeit gegen Oxidation auf und zeichnet sich auch durch besonders gute Duktilitätseigen- schaften aus, so dass sie besonders qualifiziert ist für die Anwendung in einer Gasturbine 100 (Fig. 3) bei einer weiteren Steigerung der Eintrittstemperatur. Während des Betriebs kommt es kaum zu einer Versprödung, da die Schicht kaum

Chrom-Silizium-Ausscheidungen aufweist, die im Laufe des Einsatzes verspröden.

Die Pulver werden beispielsweise durch Plasmaspritzen aufge- bracht (APS, LPPS, VPS, ...) , um eine Schutzschicht zu bilden. Andere Verfahren sind ebenso denkbar (PVD, CVD, SPPS, ...) .

Die beschriebene Schutzschicht 7 wirkt auch als Haftvermitt ¬ lerschicht zu einer Superlegierung .

Auf diese Schutzschicht 7 können weitere Schichten, insbeson ¬ dere keramische Wärmedämmschichten 10 aufgebracht werden. Bei einem Bauteil 1 ist die Schutzschicht 7 vorteilhafter ¬ weise aufgetragen auf ein Substrat 4 aus einer Superlegie- rung auf Nickel- oder Kobaltbasis (Figur 2) . Zusammensetzungen dieser Art sind als Gusslegierungen unter den Bezeichnungen GTD222, IN939, IN6203 und Udimet 500 be ¬ kannt .

Weitere Alternativen für das Substrat 4 (Figur 2) des Bau ¬ teils 1, 120, 130, 155 sind in der Figur 2 aufgelistet.

Die Dicke der Schutzschicht 7 auf dem Bauteil 1 wird

vorzugsweise auf einen Wert zwischen etwa lOOym und 300ym bemessen . Die Schutzschicht 7 eignet sich besonders zum Schutz des Bauteils 1, 120, 130, 155 gegen Korrosion und Oxidation, während das Bauteil bei einer Materialtemperatur um etwa 950°C, bei Flugturbinen auch um etwa 1100°C, mit einem

Rauchgas beaufschlagt wird.

Die Schutzschicht 7 gemäß der Erfindung ist damit besonders qualifiziert zum Schutz eines Bauteils einer Gasturbine 100, insbesondere einer Leitschaufel 120, Laufschaufel 130 oder eines Hitzeschildelements 155, das mit heißem Gas vor oder in der Turbine der Gasturbine 100 oder der Dampfturbine be ¬ aufschlagt wird.

Die Schutzschicht 7 kann als overlay (Schutzschicht ist die äußerste Schicht oder als Bondcoat (Schutzschicht ist eine Zwischenschicht) verwendet werden.

Figur 1 zeigt als ein Bauteil ein Schichtsystem 1.

Das Schichtsystem 1 weist ein Substrat 4 auf.

Das Substrat 4 kann metallisch und/oder keramisch sein. Insbesondere bei Turbinenbauteilen, wie z.B. Turbinenlauf- 120 (Fig. 4) oder -leitschaufeln 130 (Fig. 3, 4), Hitzeschildelementen 155 (Fig. 5) sowie anderen Gehäuseteilen einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Fig. 3), weist das Substrat 4 eine nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Superlegierung auf, ins ¬ besondere besteht sie daraus.

Vorzugsweise werden nickelbasierte Superlegierungen (Fig. 2) verwendet.

Auf dem Substrat 4 ist die erfindungsgemäße Schutzschicht 7 vorhanden .

Vorzugsweise wird diese Schutzschicht 7 durch Plasmaspritzen (VPS, LPPS, APS, ...) aufgebracht.

Diese kann als äußere Schicht (nicht dargestellt) oder Zwi ¬ schenschicht (Fig. 1) verwendet werden.

Vorzugsweise ist auf der Schutzschicht 7 eine keramische Wär- medämmschicht 10 vorhanden.

Vorzugsweise besteht das Schichtsystem aus Substrat 4,

Schutzschicht 7 und keramischer Wärmedämmschicht 10, optional einer TGO unter der Wärmedämmschicht 10.

Die Schutzschicht 7 kann auf neu hergestellte Bauteile und wieder aufgearbeitete Bauteile aus dem Refurbishment aufge ¬ bracht werden.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 1 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schichten (Wärmedämmschicht) getrennt werden und Korrosions- und Oxidationspro- dukte entfernt werden, beispielsweise durch eine Säurebehand ¬ lung (Säurestrippen) . Gegebenenfalls müssen noch Risse repariert werden. Danach kann ein solches Bauteil wieder be- schichtet werden, da das Substrat 4 sehr teuer ist.

Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations ¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel ¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125. Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver ¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge ¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine. Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet .

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.

Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin ( SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen- schaufei 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge ¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Die Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau ¬ fel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf ¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel ¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge ¬ stellt) . Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .

Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge ¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau ¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab ¬ strömkante 412 auf. Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas ¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.

Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.

Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be ¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil ¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.

Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen

Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 erfindungsgemäße Schutz ¬ schichten 7 gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen.

Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen

Dichte .

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil ¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid

und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme ¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör ¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die

MCrAlX-Schicht .

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu ¬ tet) auf.

Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring ¬ brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög ¬ lichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeits ¬ medium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitze- schildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf. Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.

Diese Schutzschichten 7 können ähnlich der Turbinenschaufeln sein .

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär ¬ medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y203-ZrÜ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän ¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme ¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör ¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Turbinen ¬ schaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Ein ¬ satz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte.

Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.