Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem und eine Schaufel.

Beschichtungen für Kompressorschaufeln müssen Schutz vor Oxi- dation und Erosion bieten.

Oft wird nur eine Beschichtung zur Verbesserung der Oberflä- cheneigenschaften in Betracht gezogen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu lösen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem gemäß An- spruch 1 und einer Schaufel gemäß Anspruch 13.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ^¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen.

Es zeigen:

Figur 1 schematisch die Struktur der Haifischhaut,

Figur 2 eine Lotusblütenoberfläche,

Figur 3 ein Schichtsystem und

Figur 4 eine beispielhafte Turbinenschaufel mit Anwendungs ^¬ fällen .

Eine Oberflächenstrukturierung wird derzeit nicht einge ^¬ bracht, da diese in den bisherigen Beschichtungen aufwändig eingebracht werden konnte.

Vorzugsweise erzeugt die Struktur einer äußeren Schicht einen Haifischhauteffekt. Sie weist vorzugsweise eine PVD-Schicht und/oder entsprechend eine harte Beschichtung auf. Bekannte Beschichtungen für Kompressorschaufeln wie lackartige Schichten, aufgebracht durch Schlicker, können diesen Effekt in der Regel nicht leisten.

Eine typische vorteilhafte PVD-Beschichtung basiert auf Alu ^¬ miniumchrom und/oder Aluminiumchromoxid. Weitere Unterschichten zur Anpassung von Wärmeausdehnungskoeffizienten oder Schutzfunktionen sind möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass eine Chromzwischen ^¬ schicht aus Chrom-Chromnitrid aufgetragen wird auf einem Sub ^¬ strat, umgeben von einer aluminiumchrombasierten Basisschicht und einer äußeren Aluminiumchromoxidbeschichtung .

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine dreieckförmige Bahn 11 einer Schicht 1 als ein vorteilhaftes Beispiel einer im Querschnitt dreieckförmige Erhebung.

Die Schicht 3 hat eine Mindestdicke h2, von der sich aus ^¬ gehend eine im Querschnitt dreieckförmige Bahn 11 mit der Höhe hl erstreckt. Diese dreieckförmigen Bahnen 11 sind mehrfach vorhanden und die Spitzen der dreieckförmigen Bahnen 11 weisen einen Abstand s auf.

Die zugrundeliegende Schicht, in der die Bahn 11 vorhanden ist, weist eine Mindestdicke oder Restdicke von h2 auf.

Vorzugsweise stellen die dreieckförmigen Bahnen 11 ein gleichwinkliges Dreieck mit einem Winkel dar.

Der Abstand s beträgt vorzugsweise mindestens 2* Maximum von hl, h2 und ein vorteilhafter Winkel liegt zwischen 30° und 60° . Diese Struktur ist vorzugsweise nur in der Schicht 3 ^λ vorhan ^¬ den und insbesondere vollständig in dieser, d.h. berührt bzw. legt ein Substrat 4 nicht offen. Im Falle einer mehrlagigen oder zweilagigen Schicht ist die Struktur vorzugsweise nur in der äußersten Beschichtung 3 ^λ vorhanden und legt die darunter liegende Schicht nicht offen.

Vorzugsweise beträgt die Höhe hl > 4ym und die Höhe h2 > 2ym, wobei gelten soll h2 > 2*hl.

Eine solche Struktur kann auf eine Verdichterschaufel 20 (Fig. 4) aufgebracht werden, wobei der Schwerpunkt vorzugs ^¬ weise im vorderen Bereich um die Anströmkante 22 vorhanden ist, mit dem Ziel, Verwirbelungen zu reduzieren und den Wirkungsgrad des Verdichters zu steigern.

Vorgeschlagen wird auch eine graduierte Strukturierung einer PVD-Schicht an Verdichterschaufeloberflächen gemäß Figur 4. Die Oberflächenstrukturierung erfolgt dabei vorzugsweise in einem Bearbeitungsschritt mittels Laser Beam Interference Processing (LBIP) . Bei der LBIP Technologie wird ein Laserstrahl in zwei oder mehrere Laserstrahlen aufgeteilt und anschließend auf der Werkstückoberfläche wieder überlagert. Dadurch kommt es zu einer periodischen Modulation der Laserintensität, welche die Strukturierung der Bauteiloberflächen ermöglicht. Im vorderen Bereich der Verdichterschaufel (Ein ^¬ trittskante) wird durch Überlagerung zweier interferierender Laserstrahlen eine Mikrostruktur zur Reduzierung des Strö- mungswiderstandes (ähnlich einer Haifischhaut) generiert.

Im hinteren Bereich der Verdichterschaufel 20 wird mit der LBIP Technologie eine Oberflächenstruktur geschaffen, durch die ein sogenanntes „dewetting" (Entnetzung) bewirkt wird. Dadurch wird eine Tropfenbildung von Wasser an Oberflächen stark eingeschränkt. Durch die Strukturierung der Oberfläche wird die Gefahr der Tropfenbildung und Tropfenablösung ver- kleinert, so dass mit weniger Erosion aufgrund von Tropfen ^¬ schlag zu rechnen ist.

Der Übergang der Oberflächenstrukturierung von „Haifischhaut zu „Dewetting-Effect" erfolgt dabei graduiert über die Ober ^¬ fläche der Verdichterschaufel, wobei sich der Übergangsbe ^¬ reich von der ersten auf die letzte Stufe des Verdichters in Richtung der Anströmkante verschiebt. Eine solche Beschichtung kann vorzugsweise über das gesamte Schaufelblatt 23 aufgebracht oder erzeugt werden.

Figur 2 zeigt eine Schicht 3 ^{λ λ} mit einer Oberfläche 2 ^λ mit Lotusblüteneffekt.

Viele Kegel 33, insbesondere Stumpfkegel sind vorzugsweise rasterförmig angeordnet. Ein Kegel 33 ist im Querschnitt dreieckförmig . Für die Kegel 33 gilt vergleichbares wie die Bahnen 11 11 ^{λ λ} bzw. der Höhe hl, der Höhe h2 und der Anordnung in der

Schicht 3 ^{λ λ} .

Die Kegel 33 sind vollständig in der Schicht 3 ^{λ λ} ausgebildet.

Figur 3 zeigt ein Schichtsystem 46 aus harter 40 und weicher Schicht 43. Die dreieckförmigen Erhebungen 11 11 ^{λ λ} , 33, ... sind nur in der harten Schicht 40, insbesondere in keramischen Schichten, wie insbesondere AlCrO ausgebildet, die auch die äußers ^¬ te Schicht darstellt. Die Schicht 40 ist mindestens 10% härter ausgebildet als die weiche Schicht 43. Die zweite Schicht 43 ist insbesondere metallisch, ganz ins ^¬ besondere aus AlCr.

Direkt auf dem Substrat 41 ist vorzugsweise eine kathodische Schutzschicht 49 vorhanden, die vorzugsweise eine Aluminium ^¬ oder Aluminiumchromlegierung aufweist.

Das Substrat 4, 41 ist vorzugsweise metallisch,

insbesondere aus einem >=9 Gew.-% Chromstahl und

weist insbesondere eine Rauigkeit von <=2ym auf.

Figur 4 zeigt beispielhaft eine Kompressorschaufel 20 mit einem Schaufelfuß 28, einem Schaufelblatt 23 mit einer An- strömkante 22 und zwei verschiedenen Oberflächenstrukturen 24, 26.

Im Anströmbereich um die Anströmkante 22 ist die bereits be ^¬ schriebene Haifischhaut gemäß Figur 1 auf Saug- und Druck- seite vorhanden.

In Strömungsrichtung gesehen, etwa auf der Hälfte der Schaufelblattlänge in Umströmungsrichtung gesehen, verändert sich die Struktur auf Saug- und Druckseite, bei der eine Lotusblü- teneffektbeschichtung erzeugt wird, die wie in Figur 2 beispielhaft dargestellt ist, kegelförmig hervorstehende Struk ^¬ turen aufweist.

Solche Strukturen können nachträglich mittels Bearbeitung mittels Laserstrahlinterferenz eingebracht werden.

Die Basis für die Schicht 7; 3 ^λ , 3 ^{λ λ} stellt vorzugsweise eine PVD-Schicht dar. Die weist primär eine AlCr als unterliegende Schicht und eine außen- und überliegende Schicht auf, insbe- sondere aus AlCrO.

Das Substrat 4 ist vorzugsweise Chromstahl mit mindestens 9% Chrom (Cr) , insbesondere mit einer Rauigkeit <=2ym. Die PVD-Beschichtung hat folgende Schichtstruktur:

- Cr-Interlayer (aus Cr/CrN)

- AlCr-Schicht

- AlCrO-Schicht als äußere Schicht, die dann die Bahnen 11 11 ^{λ λ} oder Kegel 33 aufweist.