SCHICHTSYSTEM MIT ZWEILAGIGER MCRALX METALLISCHER SCHICHT

Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und/oder Oxidation insbesondere bei hohen Temperaturen gemäß Anspruch 1.

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 MCrAlX 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.

Bekannt ist auch die Zugabe von Rhenium (Re) zu NiCoCrAlY- Legierungen.

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 thermodyna- mischen Wirkungsgrade sind. Durch den Einsatz speziell ent ^¬ wickelter Legierungen als Grundwerkstoffe für thermisch hoch zu belastende Bauteile wie Leit- und Laufschaufeln, insbesondere durch den Einsatz einkristalliner Superlegie- rungen, sind Eintrittstemperaturen 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 Flug- triebwerken.

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 Grundwerkstoffes folgen zu können und nicht zu reißen, da auf diese Weise Angriffspunkte für Oxidation und Korrosion geschaffen würden.

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 ein Schichtsystem,

das zumindest aufweist:

ein Substrat,

eine zumindest zweischichtige metallische Schicht

aus zumindest einer ersten unteren und

zweiten oberen Schicht auf der unteren Schicht,

wobei die untere Schicht

eine MCrAlX-Legierung aufweist

ohne Tantal (Ta) und ohne Silizium (Si) und ohne Eisen (Fe), insbesondere zumindest die folgende Elemente enthält, ganz insbesondere daraus besteht:

(Angaben in Gew.-%) :

22% - 26% Kobalt (Co) , 12% - 16% Chrom (Cr) ,

10% - 12% Aluminium (AI),

0, 2% - 0, 6%,

Nickel,

insbesondere Rest Nickel,

wobei die zweite Schicht eine MCrAlX-Legierung aufweist ent ^¬ weder mit Tantal (Ta) und/oder Eisen (Fe)

oder mit der γ und der γ' Phase und optional der ß-Phase, X ist optional und zumindest eines der Element aus der Gruppe umfassend Scandium, Rhenium und die Elemente der Seltenen Erden,

insbesondere Yttrium (Y) .

Weitere Vorteile werden erzielt durch:

• die Legierung der unteren Schicht (7) enthält 24% - 26% Kobalt (Co) ;

• die Legierung der unteren Schicht (7) weist 22% bis

23,5% Kobalt auf;

• die untere Schicht (7) enthält 15% - 16% Chrom (Cr);

• die untere Schicht (7) enthält 12% - 14% Chrom (Cr);

• die untere Schicht (7) enthält 0,3% - 0,5% Yttrium (Y) ; die Legierung der unteren Schicht besteht aus Kobalt (Co), Chrom (Cr), Aluminium (AI), Yttrium (Y) und Nickel (Ni) ;

• der Gehalt an Tantal (Ta) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 0,1 Gew.-% to 7,0 Gew.-%, insbesondere > 1 Gew.-% ; der Anteil an Tantal (Ta) in der Legierung der oberen Schicht beträgt mindestens 2,0 Gew.-%,

insbesondere zwischen 3.0 Gew.-% und 6.0 Gew.-% beträgt; der Anteil an Tantal (Ta) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 4 Gew.-% und 8 Gew.-%,

insbesondere 5 Gew.-% - 7 Gew.-%

ganz insbesondere 6 Gew.-%; der Gehalt an Kobalt (Co) in der Legierung der oberen Schicht beträgt mindestens 1 Gew.-%; die Legierung der oberen Schicht weist mindestens 1 Gew.-% Chrom (Cr) auf; die Legierung der oberen Schicht (10) weist 15 Gew.% - 16 Gew.-% Chrom (Cr), insbesondere 15.5 Gew.-% Cr auf; die Legierung der unteren Schicht aufweist kein Rhenium (Re) ; der Gehalt an Aluminium (AI) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 5 Gew.-% - 15 Gew.-%,

insbesondere zwischen 8 Gew.-% - 12 Gew.-%; der Gehalt an Aluminium (AI) in der Legierung der oberen Schicht (10) beträgt zwischen 10.5 Gew.-% - 12 Gew.-%, insbesondere 11.5 Gew.-%; die Legierung der oberen Schicht weist kein Rhenium (Re) auf; für die Legierungen der metallische Schichten gilt:

nicht enthaltend Zirkon (Zr) und/oder

nicht enthaltend Titan (Ti) und/oder

nicht enthaltend Gallium (Ga) und/oder

nicht enthaltend Germanium (Ge) ; die Legierung der unteren Schicht und/oder der oberen Schicht enthält kein Silizium (Si); der Legierung der oberen Schicht zwischen 22 Gew.-% und 26 Gew.-% liegt,

insbesondere zwischen 24 Gew.-% und 26 Gew.-%; die Legierung der oberen Schicht (10) weist mindestens 1 Gew.-% Chrom (Cr) auf; die Legierung der oberen Schicht ist nickelbasiert; die Legierung der unteren Schicht ist nickelbasiert; die obere Schicht weist die γ-Phase, die γ' -Phase und optional die ß-Phase auf,

insbesondere auch die ß-Phase; die Legierung der oberen Schicht weist mindestens 1 Gew.-% Aluminium (AI) auf; die Legierung der oberen Schicht (10) weist mindestens 0.1 Gew.-% Yttrium (Y) auf,

insbesondere 0.3 Gew.-% beträgt,

ganz insbesondere zwischen 0.1 Gew.-% und 0.7 Gew.-%; der Gehalt an Kobalt (Co) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 15 Gew.-% - 30 Gew.-%,

insbesondere 18 Gew.-% - 27 Gew.-%,

ganz insbesondere zwischen 21 Gew.-% - 24 Gew.-%; der Gehalt an Chrom (Cr) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 12 Gew.-% - 22 Gew.-%,

insbesondere zwischen 15 Gew.-% - 19 Gew.-%; die oberen Schicht enthält die ß-Phase,

insbesondere mindestens 5vol%; • die obere Schicht weist eine Legierung aus Nickel (Ni), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Chrom (Cr) , Tantal (Ta) und optional Yttrium (Y) auf,

insbesondere besteht daraus;

• die obere Schicht weist eine Legierung aus Nickel (Ni), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Tantal (Ta) , Eisen (Fe) und optional Yttrium (Y) auf,

insbesondere besteht daraus;

• die obere Schicht weist eine Legierung aus Nickel (Ni), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Tantal (Ta) und Yttrium (Y) auf,

insbesondere besteht daraus;

• die obere Schicht weist eine Legierung aus Nickel (Ni), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Tantal (Ta) , Eisen (Fe) und Yttrium (Y) auf,

insbesondere besteht daraus;

• die Legierung der Schichten (7, 10) weist kein Eisen

(Fe) auf;

• der Anteil an Eisen (Fe) in der Legierung der oberen

Schicht zwischen 0.5 Gew.-% - 5.0 Gew.-%,

insbesondere beträgt zwischen 1.0 Gew.-% - 4.0 Gew.-% und ganz insbesondere 2.7 Gew.-%;

• der Gehalt an Chrom (Cr) in der Legierung der oberen

Schicht beträgt zwischen 12 Gew.-% - 16 Gew.-%,

insbesondere 14.4 Gew.-%; der Anteil an Aluminium (AI) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 7 Gew.-% - 8 Gew.-%,

insbesondere 7.75 Gew.-%; der Anteil von Rhenium (Re) in der Legierung der oberen Schicht beträgt 0.1 Gew.-% - 2 Gew.-%; der Gehalt an Tantal (Ta) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 5 Gew.-% and 6.8 Gew.-%; die Legierung der metallischen Schichten enthält kein Platin (Pt) ; der Gehalt an Kobalt (Co) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 11 Gew.-% - 14.5 Gew.-%; der Gehalt an Chrom (Cr) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 14 Gew.-% - 16 Gew.-%; der Gehalt an Aluminium (AI) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 9 Gew.-% - 13 Gew.-%; der Gehalt an Yttrium (Y) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 0.1 Gew.-% - 0.7 Gew.-%; die Legierung der oberen Schicht weist Tantal (Ta) zwi ^¬ schen 4 Gew.-% und 7.5 Gew.-% auf,

insbesondere zwischen 3.0 Gew.-% to 6.0 Gew.-%; der Gehalt an Tantal (Ta) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 3.5 Gew.-% und 5.5 Gew.-%, insbesondere 4.5 Gew.-%; der Gehalt von Kobalt (Co) in der Legierung der oberen Schicht liegt zwischen 21 Gew.-% - 25 Gew.-%,

insbesondere zwischen 22 Gew.-% - 23.5 Gew.-%,

ganz insbesondere 23 Gew.-%; der Gehalt an Chrom (Cr) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 18 Gew.-% - 22 Gew.-%; • die obere Schicht weist kein Yttrium (Y) auf der Gehalt an Aluminium (AI) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 8 Gew.-% - 12 Gew.-%; der Gehalt an Yttrium (Y) in der Legierung der oberen Schicht beträgt zwischen 0.1 Gew.-% - 0.7 Gew.-%;

• der Gehalt an Yttrium in der oberen Schicht beträgt 0.2 Gew.-% - 0.6 Gew.-% Yttrium (Y) ,

insbesondere 0.3 Gew.-% bis 0.5 Gew.-%.

Diese oben aufgelisteten Maßnahmen können beliebig miteinander verknüpft werden, um weitere Vorteile zu erzielen.

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.

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.

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

Erfindungsgemäß weist das Schichtsystem 1, 120, 130, 155 (Fig. 1) zum Schutz eines Bauteils mit einem Substrat 4 gegen Korrosion und Oxidation bei einer hohen Temperatur mit fol- gendes auf:

eine zweischichtige metallische Schicht 7, 10

aus zumindest einer ersten unteren und zweiten oberen 10

Schicht, wobei die untere Schicht 7

eine MCrAl-Legierung aufweist ohne Tantal Ta und ohne Sili ^¬ zium (Si) und ohne Eisen (Fe),

insbesondere die folgende Elemente enthält

(Angaben in Gew.-%) :

22% - 26% Kobalt (Co) ,

insbesondere 25%,

12% - 16% Chrom (Cr) ,

insbesondere 13%,

10% - 12% Aluminium (AI),

insbesondere 11%,

0, 2% - 0, 6%,

ganz insbesondere 0,3%,

zumindest eines Elements aus der Gruppe umfassend Scandium und die Elemente der Seltenen Erden,

insbesondere Yttrium (Y) ,

Nickel,

insbesondere Rest Nickel,

wobei die zweite Schicht 10 eine MCrAl-Legierung aufweist entweder mit Tantal (Ta) und/oder Eisen (Fe) oder mit der γ- und der γ' -Phase und optional der ß-Phase.

Die Schutzschicht 13 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. Die Schutzschicht 13 weist eine untere MCrAlX-Schicht 7 und eine äußere Schicht 10 auf, die 10 eine MCrAlX-Legierung mit Tantal (Ta) und/oder Eisen (Fe) aufweist. X ist optional und vorzugsweise Scandium, Gruppe der Seltenen Erden, insbesondere Yttrium und/oder Rhenium.

Auf Rhenium (Re) , das häufig verwendet wird, kann in der unteren Schicht 7 verzichtet werden, so dass sich keine sprö ^¬ den Rheniumphasen bilden, die die Duktilität der unteren Schicht 7 herabsetzen könnten. Die untere Schicht 7 ist vorzugsweise eine reine NiCoCrAl- Schicht, also ohne Zusätze von Tantal und/oder Eisen, wobei die äußere Schicht 10 Zusätze wie Tantal und/oder Eisen zur Einstellung von Phasen, Phasenübergang für guten Oxidations- schutz aufweist.

Die untere Schicht 7 ist in ihrer Zusammensetzung vorzugs ^¬ weise relativ eng gesetzt und an Nickel oder Kobalt Super- legierungen, insbesondere gemäß Figur 2 angepasst bzw. zur gleichen Ausdehnung und guten Haftung. Ihre Duktilität ist deutlich höher, mindestens 10%, insbesondere 20%, ausgeprägt ist als die der äußeren metallischen Schicht 10. Daher kann die äußere Schicht 10 äußerst variabel, deutlich unabhängiger von der Zusammensetzung des Substrats (4) und je nach Anwendung ohne Kompromisse gestaltet werden: hoher Temperatureinsatz (mit schnellen Oxidwachstum) oder mittlere Temperaturen und langer Oxidationsschutz :

Ni-13Co-15Cr-llAl (4,5 - 6)Ta, -0,3 Y

Ni-Co-Cr-Al-Fe .

Die äußere Schicht 10 weist einen hervorragenden Oxidations- schütz auf, hingegen die untere Schicht eine sehr hohe Zähig ^¬ keit und schützt so das Substrat 4, das dann für einen Neu ^¬ einsatz fehlerfrei wiederverwendet werden kann.

Die Pulver werden beispielsweise durch Plasmaspritzen aufge- bracht (APS, LPPS, VPS, ...) . Andere Verfahren sind ebenso denkbar (PVD, CVD, Kaltgasspritzen, ...) .

Die beschriebene Schutzschicht 13 wirkt auch als Haftvermitt ^¬ lerschicht zu einer Superlegierung .

Auf diese Schutzschicht 7 können weitere Schichten, insbeson ^¬ dere keramische Wärmedämmschichten 16 aufgebracht werden. Bei einem Bauteil 1, 120, 130 ist die Schutzschicht 13 vor ^¬ teilhafterweise aufgetragen auf ein Substrat 4 aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, insbesondere gemäß Figur 2.

Zusammensetzungen dieser Art sind als Gusslegierungen unter den Bezeichnungen GTD222, IN939, IN6203 und Udimet 500 bekannt .

Weitere Alternativen für das Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 sind in der Figur 2 aufgelistet.

Die Dicke der Schutzschicht 13 auf dem Bauteil 1 wird vor ^¬ zugsweise auf einen Wert zwischen etwa ΙΟΟμπι und 300μπι bemessen .

Die Schutzschicht 13 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 13 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 13 kann als overlay (Schutzschicht ist die äußere 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-basierten Superlegierung auf, insbesondere bestehend daraus.

Vorzugsweise werden nickelbasierte Superlegierungen verwen- det .

Auf dem Substrat 4 ist die erfindungsgemäße Schutzschicht 13 vorhanden .

Vorzugsweise wird diese Schutzschicht 13 durch Plasmaspritzen (VPS, LPPS, APS1, ...) aufgebracht.

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

Im letzteren Fall ist auf der Schutzschicht 13 eine kerami ^¬ sche Wärmedämmschicht 16 vorhanden.

Eine Aluminiumoxidschicht bildet sich während des Betriebs auf der metallischen Schicht 13 und/oder bei der Auftragung der keramischen Schicht 16.

Die Schutzschicht 13 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 beschichtet 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 Brenn- kammer 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 ^¬ schaufel 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 Schwalbenschwanzfuß 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 Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen 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 Korngrenzen 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 Schutzschichten 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 ZrC>2, Y203-ZrC>2, 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 Arbeitsme ^¬ dium 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 dere Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 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 ZrC>2, Y203-ZrC>2, 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.