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Patent Searching and Data


Title:
MAX PHASES AS A COATING, PART, AND USE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/184782
Kind Code:
A1
Abstract:
The use of MAX phases creates a large aluminum or chromium reservoir for forming oxidation-inhibiting layers.

Inventors:
ARJAKINE NIKOLAI (DE)
BURBAUM BERND (DE)
FLORES RENTERIA ARTURO (DE)
GRODZKI JACEK (DE)
HERFURTH ROBERT (DE)
JUNGBLUTH MATTHIAS (DE)
KOHLHOFF EIKE (DE)
LORENZ THOMAS (DE)
MAIZ KHALED (DE)
MEIS TOBIAS (DE)
NEDDEMEYER TORSTEN (DE)
STAMM WERNER (DE)
STÖHR BRITTA (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/055440
Publication Date:
October 11, 2018
Filing Date:
March 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
C23C30/00; C04B35/56; F01D5/28
Domestic Patent References:
WO2015080839A12015-06-04
Foreign References:
US20060088435A12006-04-27
EP2740819A12014-06-11
Other References:
LI J J ET AL: "Short-term oxidation resistance and degradation of CrAlC coating on M38G superalloy at 9001100C", CORROSION SCIENCE, OXFORD, GB, vol. 53, no. 11, 16 July 2011 (2011-07-16), pages 3813 - 3820, XP028282945, ISSN: 0010-938X, [retrieved on 20110722], DOI: 10.1016/J.CORSCI.2011.07.032
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Claims:
Patentansprüche

1. Schicht (7) ,

die zumindest eine MAX-Phase aufweist.

2. Schicht nach Anspruch 1,

bei dem die MAX-Phase eine aluminium- und/oder chromhaltige und/oder siliziumhaltige MAX-Phase darstellt.

3. Schicht nach Anspruch 1 oder 2,

bei dem die MAX-Phase Cr2AlC, Mo2AlC, Zr2AlC, Nb2AlC,

Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3AlC aufweist.

4. Bauteil (1) ,

aufweisend eine Schicht (7) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,

insbesondere ein Turbinenbauteil.

5. Bauteil nach Anspruch 4,

bei dem das Substrat (4) eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung aufweist.

6. Bauteil nach Anspruch 4 oder 5,

bei dem die Schicht (7) die äußerste Schicht darstellt.

7. Verwendung eines Bauteils (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4, 5 oder 6 für den Einsatz in einer Gastur- bine im Betrieb mit Schweröl.

Description:
MAX-Phasen als Beschichtung, Bauteil und Verwendung

Die Erfindung betrifft MAX-Phasen als Beschichtung, ein Bau- teil und eine Verwendung von solchen Bauteilen.

Bauteile im Hochtemperatureinsatz und/oder korrosiver Umgebung werden oft mit Schutzschichten versehen. Bei Turbinenbauteilen wie bei Dampfturbinen oder Gasturbinen sind das Korrosions- und Erosionsschutzschichten.

Bei Gasturbinen ist diese Schutzfunktion insbesondere ein Oxidationsschutz . Dabei werden NiCoCrAlY-Beschichtungen ver- wendet, die sowohl Chrom (Cr) als auch Aluminium (AI) als Reservoir zur Bildung von Oxidschichten, sogenannten thermisch gewachsenen Schichten (TGO) , aufweisen.

In bestimmten Fällen kann der Aluminiumgehalt dieser Schutz - schichten nicht ausreichen, wenn z. B. diese Schichten als

Overlay-Schichten verwendet werden oder aufgrund der Wechselwirkung aufgrund Diffusion mit dem Substrat höhere Aluminiumgehalte in der Beschichtung nicht sinnvoll erscheinen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schicht gemäß Anspruch 1, ein Bauteil nach Anspruch 4 und eine Verwendung gemäß An- spruch 7.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

Die Idee besteht darin, MAX-Phasen als Schicht zu verwenden. Die Figur 1 zeigt ein Schichtsystem 1 als beispielshaftes Bauteil 1 und Figur 2 eine Liste von Superlegierungen .

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

Auf einem Substrat 4 ist eine Schicht 7 aus einer MAX-Phase aufgebracht (Fig. 1) .

MAX-Phasen weisen hexagonale Karbide oder Nitride auf mit der allgemeinen Formel M m+ iA n wobei n zwischen 1 und 3 sein kann. M ist ein frühes Übergangsmetall wie Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium und/oder Tantal. A ist ein A-Gruppen-Metall , also größtenteils lila und IVa oder Gruppe 13 und 14 Elemente, wie zum Beispiel Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel, Gallium, Germanium, Arsen, Kadmium, Indium, Zinn, Tellur, Blei und X ist Kohlenstoff oder Stickstoff .

Vorzugsweise werden die MAX-Phasen Cr 2 AlC, Mo 2 AlC, Zr 2 AlC, Nb 2 AlC, Ti 3 SiC 2 , Ti 3 AlC 2 , Ti 3 AlC verwendet.

Durch den hohen Aluminium- und Chromanteil besteht ein großes Reservoir für die Bildung von Oxidationsschutzschichten .

Solche Schichten 7 können insbesondere als Overlay-Schichten verwendet werden, d. h. die Schicht bildet die äußerste

Schicht eines beschichteten Bauteils. Dies kann auch die dritte oder vierte Stufe von Turbinenschaufeln einer Gasturbine sein, oder auch auf allen Turbinenstufen oder vordersten Turbinenstufen einer Dampfturbine.

Bei dem Einsatz von Schweröl bei der Befeuerung von Gasturbinen werden diese Beschichtungen vorteilhafterweise in der ersten oder zweiten Reihe eingesetzt, da dort keine TBC verwendet wird und die Schicht aus der MAX-Phase die äußerste Schicht darstellt sowie die Oxidation/Korrosion besonders stark ist. Die Aufbringung einer keramischen Wärmedämmschicht (TBC) auf die Schicht 7 mit der MAX-Phase ist auch denkbar. Das sind dann besondere Materialien wie Zr0 2 , insbesondere teilstabilisierte Zr0 2 oder DVC-TBC.

Die Substrate 4 weisen vorzugsweise nickel- und/oder kobaltbasierte Superlegierungen auf, insbesondere wie in Figur 2 aufgelistet .