Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD, DEVICE AND POWDER FOR THE ADDITIVE MANUFACTURING OF A COMPONENT WITH OXIDE DISPERSION STRENGTHENING AND CORRESPONDING COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/214917
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for the additive manufacturing of a component (10) is provided, comprising the following steps:- providing a powdered base material (P1) for a component (10), in particular a component for the hot gas path of a gas turbine, - building up the component (10) layer by layer on a building platform (1) by fusing individual layers (S) of the base material (P1), and - introducing an oxide dispersion strengthening into a region (B) of the component (10) to be additively manufactured by means of an oxidic additive, wherein the region (B) is usually exposed to high thermomechanical loading during operation of the component (10).

Inventors:
FARAHBOD-STERNAHL, Lena (Stindestr. 19, Berlin, 12167, DE)
FELSMANN, Christian (Hufelandstraße 12, Panketal, 16341, DE)
GLASS, Dennis (Wernigeroder Straße 7, Berlin, 10589, DE)
GRODZKI, Jacek (Ferdinand-Magellan-Str. 16, Berlin, 14089, DE)
HERFURTH, Robert (an der Plantage 38, Bernau bei Berlin, 16321, DE)
HOEFENER, Lars (Tschaikowskistr. 18, Berlin, 13156, DE)
HORNUNG, Bernd (Berliner Str. 71, Riedlingen, 88499, DE)
RULE, David (Strelitzer Str. 72, Berlin, 10115, DE)
RÜHMER, Tobias Thomas (Lindhorstweg 53, Berlin, 12487, DE)
THOMAS, Eric (Landsberger Allee 141, Berlin, 10369, DE)
Application Number:
EP2019/059881
Publication Date:
November 14, 2019
Filing Date:
April 17, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B22F3/105; B22F5/04; B22F7/06; C22C1/04; C22C32/00
Foreign References:
US20140242400A12014-08-28
US20170209923A12017-07-27
EP2893994A12015-07-15
US20150275334A12015-10-01
EP3222372A12017-09-27
EP3162473A12017-05-03
DE102007029052A12009-01-02
EP2601006B12014-06-18
Other References:
DATABASE COMPENDEX [online] ENGINEERING INFORMATION, INC., NEW YORK, NY, US; 2017, MIN Z ET AL: "Fabrication and characterization of additive manufactured nickel-based ODS coating layer for high temperature application", XP002791888, Database accession no. E20173704155798
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils für den Heißgaspfad einer

Gasturbine, (10) umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines pulverförmigen Grundwerkstoffs (PI) für das Bauteil (10),

schichtweises Aufbauen des Bauteils (10) auf einer

Bauplattform (1) durch Verfestigung einzelner Schichten (S) des Grundwerkstoffs (PI), und

Einbringen einer oxidischen Dispersionsverstärkung in einen Bereich (B) des additiv herzustellenden Bauteils (10) mittels eines oxidischen Zusatzes, wobei der Bereich (B) im Betrieb des Bauteils (10) üblicherweise einer hohen thermomechanischen Belastung ausgesetzt ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Grundwerkstoff (PI) eines der folgenden Materialien umfasst: PWA795, Merl72, MAR- 509, Stellite-31, Hastelloy X, Haynes 230, Haynes 625, IN939, IN738, IN713, IN792, IN718, Alloy 247 und Rene 80.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil (10) eine Turbinenschaufel ist und der Bereich (B) einen

Oberflächenbereich der Turbinenschaufel, insbesondere eine Abströmkante der Turbinenschaufel, beschreibt.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Verstärkung schichtweise erfolgt, d.h. dass das Bauteil (10) zumindest teilweise schichtweise abwechselnd aus dem Grundwerkstoff (PI) und einer Mischung aus dem Grundwerkstoff (PI) und dem oxidischen Zusatz (ODS) für die Ausbildung der oxidischen Dispersionsverstärkung aufgebaut wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bereich ein Oberflächenbereich ist und wobei ein unten oder innen liegender Teilbereich (B') des Bauteils (10) zunächst aus dem Grundwerkstoff (PI) aufgebaut wird und der Bereich anschließend aus einer Mischung aus dem Grundwerkstoff (PI) und dem oxidischen Zusatz (ODS) für die Ausbildung der oxidischen Dispersionsverstärkung aufgebaut wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Verhindern einer übermäßigen Agglomeration bzw. von Aufschwimmen des oxidischen Zusatzes während des addi tiven Aufbaus des Bauteils durch verkürzte Energieeinträge und/oder erhöhte Abkühlungsraten.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das schichtweise Ausbilden einer gerichteten

Rekristallisation (CS, SX) entlang einer Längsachse (LA) des Bereichs (B) , beispielsweise durch erneutes Umschmelzen einer bereits verfestigten Bauteilschicht (S) und/oder durch eine thermische Behandlung.

8. Bauteil, welches gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche herstellbar oder hergestellt ist, weiterhin umfassend einen oxid-dispersionsverstärkten Bereich (B) , und einen weiteren Bereich (B') aus einer schweißbaren nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung.

9. Bauteil gemäß Anspruch 8, weiterhin umfassend eine

einkristalline oder gerichtet erstarrte bzw. kolumnare Korn oder Kristallstruktur (DS, SX) mit einem Kornstreckungs verhältnis von mindestens 10 zu 1 entlang einer Längsachse (LA) , insbesondere einer Abströmkante, des oxid

dispersionsverstärkten Bereichs (B) .

10. Pulver (P) für die additive Fertigung, insbesondere selektives Laserschmelzen, umfassend einen pulverförmigen Grundwerkstoff (PI) aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung, und einen oxidischen Zusatz (P2, ODS), welcher, vorzugsweise homogen verteilt, in dem Grundwerkstoff (PI) vorliegt und geeignet ist, während der additiven

Herstellung gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem Bereich (B) des Bauteils (10) eine oxidische DispersionsVerstärkung auszubilden .

11. Pulver (P) gemäß Anspruch 10, wobei der Zusatz (P2, ODS) Yttriumoxid oder Hafniumoxid als Nanopartikel in einer

Konzentration zwischen 0,5 und 2 Volumenprozenten (Vol.-%) aufweist .

12. Pulver (P) gemäß Anspruch 10, wobei der Zusatz (P2, ODS) Hafnium (Hf) , Tantal (Ta) , Zirkonium (Zr) , Titan (Ti) , oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide als Oxidbildner aufweist .

13. Vorrichtung (100) für die additive Herstellung eines Bauteils (10) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend erste Mittel (Ml) zum Aufbringen eines ersten pulverförmigen Werkstoffes (PI), insbesondere des Grundwerkstoffs, und zweite Mittel (M2) zum Aufbringen eines zweiten, von dem ersten Werkstoff verschiedenen,

pulverförmigen Werkstoffs (P2), insbesondere des oxidischen Zusatzes (ODS), wobei die Vorrichtung (100) weiterhin ausgebildet ist, ein Vermischen des ersten Werkstoffs (PI) und des zweiten Werkstoffs (P2) in entsprechenden

Vorratsbehältern der (Ml, M2) der Werkstoffe (PI, P2) vor dem additiven Aufbau des Bauteils (10) zu verhindern.

Description:
Beschreibung

VERFAHREN, VORRICHTUNG UND PULVER ZUR ADDITIVEN HERSTELLUNG EINES BAUTEILS MIT OXIDISCHER DISPERSIONSVERSTÄRKUNG UND ENTSPRECHENDES BAUTEIL

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

additiven Herstellung eines Bauteils mit einem Bereich, welcher eine oxidische Dispersionsverstärkung enthält.

Weiterhin wird ein entsprechendes Bauteil, ein pulverförmiges Ausgangsmaterial oder Pulver für die additive Fertigung des Bauteils und eine entsprechende additive Herstellungsvorrich tung angegeben.

Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer

Strömungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer

Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil umfasst vorzugsweise als Hauptbestandteil eine nickel- oder kobaltbasierte

Superlegierung .

Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive

Laserschmelzen (SLM) bzw. Lasersintern (SLS) , oder das

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Ebenso gehört das

Laserauftragschweißen (LMD) zu den additiven Verfahren.

Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist

beispielsweise bekannt aus EP 2 601 006 B.

Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufac- turing") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile,

beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von

Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder

Fertigungsschritt eines Bauteils auf Basis einer entspre chenden CAD-Datei erfolgen kann. Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche mittels konventioneller subtraktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können.

Neben dem „prototyping" gibt es Bestrebungen, die additive Fertigung weiterhin für die kommerzielle Herstellung von thermisch und/oder mechanisch hochbelasteten Komponenten von Strömungsmaschinen heranzuziehen, beispielsweise Komponenten, welche im Heißgaspfad einer Gasturbine, umfassend Wellen leistungstriebwerke und Strahlturbinen angewendet werden.

Turbinenleit- und Laufschaufeln im Heißgaspfad werden übli cherweise aus hochwarmfesten nickel- oder kobaltbasierten Superlegierungen hergestellt. Bei der Herstellungsroute über generative Fertigungsverfahren, umfassend

Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen oder

Laserpulverauftragschweißen, gibt es noch eine Vielzahl an Schwierigkeiten, welche die Anwendung dieser Verfahren insbesondere bei rotierenden oder hochbelasteten Schaufeln ausschließen .

Die prozessbedingten raschen Abkühlungraten des involvierten Schweißprozesses führen in der Regel zu einer sehr feinen Kornstruktur, die durch einen niedrigen Widerstand gegen Korngrenzengleiten und damit durch vergleichsweise schlechte Kriecheigenschaften bei höheren Temperaturen charakterisiert sind. Bei niedrigen Temperaturen ist ein feineres Korn bzw. eine Struktur mit einer vergleichsweise kleinen Korngröße zwar hinsichtlich seiner Festigkeit überlegen, jedoch ist eine sehr feine Mikro- oder Kristallstruktur nicht schadens tolerant und führt zu vergleichsweise hohen Rissfortschritts geschwindigkeiten .

Beim Einsatz von hochfesten, ausscheidungsgehärteten g/g'- Legierungen kommt es nachteilhafterweise zur Bildung von Warm- Heiß- oder Wiederaufschmelzungsrissen . Daher werden Schaufeln für Gasturbinen bisher üblicherweise nicht additiv hergestellt, sondern ausschließlich im Feinguss. Der Feinguss birgt jedoch die Nachteile einer sehr teuren und aufwändigen Bereitstellung der erforderlichen Werkzeuge und führt somit zu langen Durchlaufzeiten und weiteren herstellungsinhärenten Design-Beschränkungen der Schaufeln.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die oben genannten Probleme zumindest teilweise gelöst und insbesondere additive Verfahren für die Herstellung von Heißgasteilen von Turbinen, insbesondere Turbinenschaufeln genutzt werden können. Dabei kann mit

Vorteil die Verwendung von großen Anteilen von g- oder g'- Phasenausscheidungen, vorzugsweise g '-Phasenausscheidungen, an hochbelasteten Bereichen der Bauteile mit mangelhafter Schweißbarkeit vermieden, und eine alternative Möglichkeit der strukturellen Verstärkung beziehungsweise Erhöhung der lokalen Festigkeit vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, umfassend das

Bereitstellen eines pulverförmigen Grundwerkstoffs für das Bauteil. Das Bauteil ist insbesondere ein Bauteil, welches für den Heißgaspfad einer Gasturbine konzipiert wurde, wie einer Turbinenleit- oder Laufschaufei .

Der Grundwerkstoff kann ein erstes Pulver beschreiben.

Das Verfahren umfasst weiterhin das schichtweise Aufbauen des Bauteils auf einer Bauplattform durch Verfestigung einzelner Schichten des Grundwerkstoffs.

In einer Ausgestaltung umfasst der Grundwerkstoff eines der folgenden Materialien: PWA795, Merl72, MAR-509, Stellite-31, Hastelloy X, Haynes 230, Haynes 625, IN939, IN738, IN713, IN792, IN718, Alloy 247, Rene 80 oder andere nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Einbringen oder Ausbilden einer oxidischen Dispersionsverstärkung (Oxid-Dispersionsver stärkung) in einen bzw. eines Bereichs des additiv herzustel lenden Bauteils mittels eines oxidischen Zusatzes. Der Zusatz besteht vorzugsweise aus, insbesondere mikro- und/oder nanoskaligen Partikeln.

Der Bereich, welcher entsprechend mit einer Dispersionshär tung strukturell verstärkt wird, ist im Betrieb des Bauteils üblicherweise einer hohen thermomechanischen Belastung ausge setzt. Dies soll bedeuten, dass der Bereich im Betrieb des Bauteils insbesondere einer höheren thermischen und/oder mechanischen Belastung ausgesetzt ist als andere Teile oder Bereiche des Bauteils, welche beispielsweise von dem genann ten Bereich beabstandet sind, beispielsweise innenliegende Bereiche der Schaufel.

Unter dem Begriff Dispersionshärtung bzw. - V erstärkung ist vorliegend vorzugsweise eine Ausscheidungshärtung mit Teil chen, meistens oxidischen Verbindungen, gemeint, die bis zur Schmelze des Werkstoffs stabil sind. Eine gehärtete Struktur des fertigen Bauteils erfolgt in diesem Sinne dadurch, dass die eingebrachten oxidischen Teilchen oder Zusätze von von äußeren Einflüssen hervorgerufenen, beispielsweise nicht- scherbaren, Versetzungen oder Versetzungsbewegungen umgangen werden müssen. Beispielsweise kann eine Dispersionshärtung die möglichen Einsatztemperaturen des Bauteils - im Gegensatz zu einer Standardanwendung - erhöhen, weil sich die

Ausscheidungen bei höheren Temperaturen nicht oder weniger stark auflösen als etwa die g'-Phase. Weiterhin kann eine Dispersionshärtung die Langzeitstabilität des Bauteils verbessern . Durch das beschriebene Verfahren kann, wie oben angedeutet, eine Härtung der entsprechenden Bauteile vorzugsweise

maßgeschneidert an besonders hochbelasteten Bereichen

erfolgen. Gleichzeitig kann das Problem der mangelnden

Schweißbarkeit von Grundwerkstoffen mit hohem g- oder g'- Anteil, vorzugsweise g'-Anteil, umgangen werden, indem besser schweißbare Grundwerkstoffe (siehe oben) herangezogen werden. Die beschriebene Lösung ist weiterhin wirtschaftlich

vorteilhaft, da durch die additiven Verfahrensschritte die Design-Freiheitsgrade dieser Technologie ausgenutzt und die langen Durchlaufzeiten der Gussbauteile umgangen werden können .

In einer Ausgestaltung ist das Bauteil eine Turbinenschaufel, beispielsweise eine Leit- oder Laufschaufei , und der Bereich ein Oberflächenbereich der Turbinenschaufel.

Der Ausdruck „Oberflächenbereich" soll vorliegend bedeuten, dass der entsprechende Bereich vorzugsweise Kontakt mit einer Oberfläche des Bauteils hat, sich dabei aber auch in ein Inneres der Struktur des Bauteils erstrecken kann. Demgemäß wird der Bereich üblicherweise im Einsatz des Bauteils im Heißgaspfad der Gasturbine sowohl mechanisch, als auch ther misch besonders hochbelastet. Der Bereich kann auch einen Spitzen- oder Endbereich des Bauteils bezeichnen.

In einer Ausgestaltung beschreibt oder umfasst der Bereich eine Anströmkante, Profilnase oder Eintrittskante der

Turbinenschaufel .

In einer Ausgestaltung beschreibt oder umfasst der Bereich eine Abström- oder Austrittskante der Turbinenschaufel.

In einer Ausgestaltung beschreibt oder umfasst der Bereich einen Spitzenbereich der Turbinenschaufel.

In einer Ausgestaltung erfolgt das Einbringen der Verstärkung schichtweise, das heißt, dass das Bauteil zumindest teilweise schichtweise abwechselnd aus dem Grundwerkstoff und einer Mischung aus dem Grundwerkstoff und dem oxidischen Zusatz für die Ausbildung der oxidischen Dispersionsverstärkung

aufgebaut wird. Auf diese Weise kann die Verstärkung

besonders gut lokal dosiert und/oder maßgeschneidert in den Aufbau des Bauteils eingebracht werden. Gemäß dieser Ausge staltung kann der Bereich auch ein innenliegender Bereich des Bauteils sein.

In einer Ausgestaltung ist der Bereich ein Oberflächenbereich und ein - von diesem ausgehend - weiter unten oder innen liegender Bereich oder Teilbereich des Bauteils wird zunächst aus dem Grundwerkstoff aufgebaut, wobei der Bereich

anschließend aus einer Mischung aus dem Grundwerkstoff und dem oxidischen Zusatz für die Ausbildung der oxidischen

Dispersionsverstärkung aufgebaut wird. Gemäß dieser Ausge staltung kann das Bauteil besonders wirtschaftlich und kostengünstig nur an den thermisch und/oder mechanisch besonders hochbelasteten Stellen, insbesondere an der

Bauteiloberfläche, mit der Verstärkung versehen werden.

Der genannte Zusatz kann ein zweites Pulver beschreiben.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Verhindern einer übermäßigen Agglomeration bzw. von Aufschwimmen des oxidischen Zusatzes während des additiven Aufbaus des Bau teils, d.h. des eigentlichen Schweißprozesses, durch verkür zte Energieeinträge und/oder erhöhte Abkühlungs- oder

Verfestigungsraten .

Die Ausdrücke "verkürzte Energieeinträge" und „erhöhte"

Abkühlungsraten sollen vorliegend bedeuten, dass die

entsprechenden Energieeinträge bzw. Abkühlungsraten im

Vergleich zu einem beispielsweise festgelegten, üblichen oder Standardprozess verkürzt oder erhöht sind. Beispielsweise kann ein Energieeintrag durch eine Pulsung des entsprechenden Energiestrahls (Laserstrahls) verringert oder verkürzt werden. Hingegen kann die Abkühlgeschwindigkeit eines Schmelzbades erhöht werden, indem dem Fachmann bekannte

Kühlmittel oder -methoden angewendet werden.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das schichtweise Ausbilden einer gerichteten Erstarrung oder (Re) kristalli- sation entlang einer Längsachse des Bereichs, beispielsweise durch erneutes Umschmelzen einer bereits verfestigten

Bauteilschicht und/oder epitaktisches "Aufwachsen" von einer oder mehrerer Folgeschichten und/oder durch eine angepasste thermische Behandlung, Lösungs- oder Rekristallisations glühen .

Die genannte gerichtete (Re) kristallisation oder gerichtete Erstarrung ist vorzugsweise durch eine gerichtete Korn- oder Kristallstruktur charakterisiert, beispielsweise eine

stängelkristalline, kolumnare oder einkristalline Struktur. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil ein Elastizitäts modul entlang der Längsachse des Bauteils bzw. des Bereichs verkleinert und damit eine Wechselfestigkeit des Bauteils und/oder des Bereichs verbessert bzw. eine Ermüdung oder Deformation ("low/high cycle fatigue/thermo-mechanical fatigue") vermieden werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches gemäß dem beschriebenen Verfahren herstell bar oder hergestellt ist. Das Bauteil umfasst weiterhin den oxid-dispersionsverstärkten bzw. oxid-dispersionsgehärteten Bereich und einen weiteren Bereich aus einer, vorzugsweise gut schweißbaren nickel- oder kobaltbasierten, Superlegie rung. "Gut" soll in diesem Kontext bedeuten, dass das entsprechende Material wenig anfällig gegenüber Heißrissen oder Warmrissen ist und additiv mit verhältnismäßig hohen Aufbauraten aufgebaut werden kann.

Vorzugsweise betrifft die genannte Legierung das Produkt aus dem additiven Aufbauen, Aufschmelzen, oder Verschweißen des oben genannten Grundwerkstoffs, sodass Schweißbarkeit und/oder Stöchiometrie sich synonym auf dem Grundwerkstoff oder die genannte Superlegierung beziehen können.

In einer Ausgestaltung umfasst das Bauteil entlang einer Längsachse des oxid-dispersionsverstärkten Bereichs eine einkristalline oder gerichtet erstarrte bzw. kolumnare Korn oder Kristallstruktur mit einem Kornstreckungsverhältnis von mindestens 10 zu 1. Dies ermöglicht mit Vorteil, wie oben beschrieben, das Elastizitätsmodul entlang der Längsachse des Bauteils bzw. des Bereichs zu verkleinern und damit

beispielsweise die Wechselfestigkeit des Bauteils in dem Bereich zu verbessern. Vorteile, welche sich demgemäß, auf die gerichtete Erstarrung während des Aufbaus bzw. die gerichtete Rekristallisation nach dem additiven Aufbau beziehen, können ferner die fertig additiv aufgebaute

Struktur des Bereichs betreffen, und umgekehrt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Pulver für die additive Herstellung, insbesondere selektives Laserschmelzen, umfassend den pulverförmigen Grundwerkstoff aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung, und einen oxidischen Zusatz, welcher, vorzugsweise homogen verteilt, in dem Grundwerkstoff vorliegt und geeignet ist, während der additiven Herstellung in dem Bereich des Bauteils eine oxidische Dispersionsverstärkung auszubilden.

Das Pulver kann mittels mechanischen Legierens gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz Yttriumoxid,

vorzugsweise Y2O3, oder Hafniumoxid, vorzugsweise Hf0 2 , als Nanopartikel in einer Konzentration zwischen 0,5 und 2

Volumenprozenten auf.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz Yttriumoxid,

vorzugsweise Y2O3, und Hafniumoxid, vorzugsweise Hf0 2 , als Nanopartikel in einer Konzentration zwischen 0,5 und 2

Volumenprozenten auf. Der Hafniumoxid-Anteil führt wegen seiner geringen Diffusivität zu einer vorteilhaft geringen Partikel- Agglomerationsrate .

Entsprechendes Yttrium (oxid) ist gegenüber Hafnium (oxid) deutlich kostengünstiger und daher ebenfalls bevorzugt.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz Hafnium (Hf) , Tantal (Ta), Zirkonium (Zr) , Titan (Ti), und/oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide als Oxidbildner auf. Diese Elemente können als Oxidbildner bevorzugt sein, da es sich um

Mischungen handelt.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz Aluminium (Al) ,

Barium (Ba) , Kalium (K) , Strontium (Sr) oder Niobium (Nb) , und/oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide als

Oxidbildner auf. Diese Elemente können als Oxidbildner ebenfalls, beispielsweise in einer Mischung mit den oben genannten Oxidbildnern, vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz bevorzugt spezifische Gehalte an Hafnium, Tantal, Zirkonium und/oder Titan als Oxidbildner auf, um entsprechend den Bindungsenthalpien weniger warmrissfördernde Elemente, z.B. durch Oxidauflösung, in den Grundwerkstoff einzubringen.

Weitere, nicht genannte Elemente als Oxidbildner sind - wegen möglicher Störungen der Stöchiometrie des Pulvers insgesamt - weniger bevorzugt und sollten allenfalls in kleineren Mengen eingesetzt werden.

In einer Ausgestaltung liegt der Zusatz (in dem Pulver) in Mengen vor, die eine Konzentration des Zusatzes zwischen 0,1 und 5 Volumenprozenten in dem Pulver hervorrufen. Diese

Angaben können sich vorliegend auf die oxidbildenden Elemente der beschriebenen Ausgestaltungen einzeln oder insgesamt beziehen . Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die additive Herstellung des Bauteils, vorzugsweise im Pulverbettverfahren, umfassend erste Mittel zum Aufbringen eines ersten pulverförmigen Werkstoffs, insbesondere des Grundwerkstoffs, und zweite Mittel zum

Aufbringen eines zweiten, von dem ersten Werkstoff

verschiedenen, pulverförmigen Werkstoffs, insbesondere des oxidischen Zusatzes, wobei die Vorrichtung weiterhin

ausgebildet ist, ein Vermischen des ersten Werkstoffs und des zweiten Werkstoffs in entsprechenden Vorratsbehältern der Werkstoffe vor dem additiven Aufbau des Bauteils,

insbesondere in einem Aufbauvolumen der Vorrichtung, zu verhindern. Das erste Mittel kann einen ersten

Vorratsbehälter umfassen. Das zweite Mittel kann einen zweiten Vorratsbehälter umfassen.

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die vorliegend auf das Verfahren bzw. das entsprechend hergestellte Bauteil betreffen, können ferner das Pulver bzw. die Vorrichtung betreffen oder umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm mit

erfindungsgemäßen Verfahrensschritten .

Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer

Vorrichtung bzw. einer additiven

Herstellungsanlage .

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht analog zur

Figur 2, wobei ein Bauteil gemäß einer zur Figur 2 alternativen Ausgestaltung additiv aufgebaut wird. Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer

Turbinenschaufel mit einem im Detail vergrößerten Bereich (rechts) .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen

Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert

dargestellt sein.

Figur 1 deutet anhand eines schematischen Flussdiagramms erfindungsgemäße Verfahrensschritte an. Das Verfahren ist geeignet zur additiven Herstellung eines Bauteils,

insbesondere eines Bauteils, welches im Heißgaspfad einer Gasturbine eingesetzt wird.

Das Verfahren umfasst das Bereitstellen a) eines

pulverförmigen Grundwerkstoffs PI für das Bauteil 10, welches weiterhin nachstehend anhand von Figur 2 beschrieben wird.

Das Verfahren umfasst weiterhin das schichtweise Aufbauen b) des Bauteils 10 auf einer Bauplattform 1 durch Verfestigung einzelner Schichten S des Grundwerkstoffs PI. Dieser

Verfahrensschritt wird ebenfalls anhand von der Figur 2

(siehe unten) näher beschrieben.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Einbringen einer

oxidischen Dispersionsverstärkung c) in einen Bereich B des additiv herzustellenden Bauteils 10 mittels eines oxidischen Zusatzes, wobei der Bereich B im Betrieb des Bauteils 10 üblicherweise einer hohen thermomechanischen Belastung ausgesetzt ist.

Weiterhin kann das Bauteil 10 eine Lauf- oder Leitschaufel bzw. ein Flügel davon, ein Segment oder Ringsegment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine

Schirmung, eine Düse, Dichtung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.

Figur 2 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht eine Vorrichtung 100 zum Herstellen des Bauteils 10 an. Es sind ebenfalls erfindungsgemäße Verfahrensschritte illustriert.

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Bauplattform 1. Oberhalb der Bauplattform 1 ist in einem (nicht explizit gekennzeichneten) Bauraum, ein Pulverbett angeordnet, in dem das Bauteil 10, insbesondere eine Turbinenschaufel, angeordnet ist und im Wege seiner additiven Herstellung bereits teilweise

verfestigt bzw. aufgebaut wurde. Insbesondere ist gezeigt, dass mittels einer Bestrahlungsvorrichtung 20, welche

beispielsweise einen Laser- oder Elektronenstrahlquelle umfassen kann, eine Schicht S für ein Schaufelblatt das

Bauteil 10 selektiv verfestigt wird. Üblicherweise wird nach erfolgreicher selektive Verfestigung die Bauplattform 1 um ein der Schichtdicke S entsprechendes Maß abgesenkt und eine neue Pulverschicht beispielsweise mittels der eingezeichneten Beschichtungsvorrichtung 30 aufgetragen.

Die Vorrichtung 100 umfasst ein erstes Mittel Ml zum

Aufbringen eines ersten pulverförmigen Werkstoffes PI. Mit dem Mittel Ml ist vorzugsweise ein (Vorrats- ) Behälter für einen Grundwerkstoff, insbesondere ein erstes Pulver PI und eine Beschichtungsvorrichtung 30 bezeichnet, mit welcher das Pulver PI in den Bauraum (schichtweise) befördert werden kann .

Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein zweites Mittel M2 zum Aufbringen eines zweiten, von dem ersten Werkstoff verschie denen, pulverförmigen Werkstoffs P2. Mit dem Mittel M2 ist vorzugsweise ebenfalls ein (Vorrats- ) Behälter bezeichnet, in dem ein zweites Pulver P2, insbesondere umfassend oder darstellend einen oxidischen Zusatz zur Ausbildung der oxidischen Dispersionsverstärkung, angeordnet ist, sowie eine entsprechende Beschichtungsvorrichtung 30.

Analog zu dem ersten Mittel Ml kann die Beschichtungsvorrich tung 30 vorzugsweise eine bestimmte Dosis des Pulvers P2 in den Bauraum befördern, sodass beispielsweise eine Mischung aus dem ersten Pulver PI und dem zweiten Pulver P2 für die additive Herstellung des Bauteils 10 herangezogen werden kann. Die genannte Mischung, enthaltend das erste Pulver PI und das zweite Pulver P2, ist vorzugsweise ein (Hybrid-) Pulver, welches im Folgenden mit dem Bezugszeichen P

gekennzeichnet ist.

Die Vorrichtung 100 ist weiterhin derart ausgebildet, dass ein Vermischen des ersten Werkstoffs PI und des zweiten

Werkstoffs P2 in entsprechenden Vorratsbehältern der der Werkstoffe PI und P2 vor dem additiven Aufbau des Bauteils 10 und vorzugsweise außerhalb des Bauraums (vgl. mittleren

Abschnitt der Figur 1), verhindert wird.

Das erste Pulver PI stellt vorzugsweise einen Grundwerkstoff oder Hauptbestandteil für das Bauteil 10 dar. Dieser

Grundwerkstoff kann insbesondere eines oder mehrere der folgenden Materialien enthalten: PWA795, Merl72, MAR-509, Stellite-31, Hastelloy X, Haynes 230, Haynes 625, IN939, IN738, IN713, IN792, IN718, Alloy 247, Rene 80 oder andere nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen.

Das zweite Pulver P2 umfasst vorzugsweise ebenfalls einen Grundwerkstoff, wie PWA795, Merl72, MAR-509, Stellite-31, Hastelloy X, Haynes 230, Haynes 625, IN939, IN738, IN713, IN792, IN718, Alloy 247 oder Rene 80. Das zweite Pulver P2 kann vorzugsweise weiterhin einen oxidischen Zusatz (vgl.

ODS) umfassen und ist geeignet, während der additiven

Herstellung des Bauteils 10, in einem Bereich B des Bauteils 10 eine oxidische Dispersionsverstärkung (englisch: ODS für „oxide dispersion-strengthened) auszubilden. Das zweite Pulver P2 kann beispielsweise zwischen 0,5 und 2 Volumenprozenten des Zusatzes ODS enthalten.

Das zweite Pulver P2 bzw. der Zusatz ODS kann Hafnium (Hf) , Tantal (Ta) , Zirkonium (Zr) , Titan (Ti) , oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide als Oxidbildner aufweisen.

In einer Ausgestaltung weist der Zusatz Yttriumoxid,

vorzugsweise Y2O3, oder Hafniumoxid, vorzugsweise Hf0 2 , als Nanopartikel in einer Konzentration zwischen 0,5 und 2

Volumenprozenten auf.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Zusatz Yttriumoxid, vorzugsweise Y2O3, und Hafniumoxid, vorzugsweise Hf0 2 , als Nanopartikel in einer Konzentration zwischen 0,5 und 2

Volumenprozenten auf.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Zusatz Aluminium (Al) , Barium (Ba) , Kalium (K) , Strontium (Sr) oder Niobium (Nb) , oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide als

Oxidbildner auf.

Anders als in Figur 2 dargestellt, kann der Vorrratsbehälter (rechts) , welcher das zweite Pulver P2 vorhält, kleiner dimensioniert sein als derjenige, welcher das erste Pulver PI vorhält .

Das zweite Pulver P2 bzw. der Zusatz ODS kann in dem

entsprechenden Vorratsbehälter weiterhin in einer inerten Matrix oder in einem Träger vorliegen, so dass die erforder liche Konzentration in dem Pulver P leichter eingestellt werden kann.

Das (Hybrid- ) Pulver P, enthaltend das oben beschriebene erste Pulver PI und zweite Pulver P2 ist vorzugsweise für die additive Fertigung, insbesondere selektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen vorgesehen und geeignet. Dies kann bedeuten, dass es hinsichtlich seiner Partikelgrößen- V erteilung und Partikelform, beispielsweise sphärisch, insbesondere für die selektiven Schmelzverfahren geeignet ist .

In einer weiteren Ausgestaltung liegt der Zusatz in dem

Pulver in Mengen vor, die eine Konzentration des Zusatzes zwischen 0,1 und 5 Volumenprozenten in dem Pulver

hervorrufen .

Weiterhin liegt das zweite Pulver P2 zwar in deutlich

geringerer Konzentration im ersten Pulver PI bzw. Pulver P vor, kann in diesem dennoch vorzugsweise annähernd homogen verteilt sein. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass während des additiven Aufbaus des Bauteils 10, Schichten S von lediglich 20 bis 40 ym Dicke des ersten

Pulvers PI und des zweiten Pulvers P2 für die Verstärkung des Bereichs B alternierend aufgetragen und anschließend

bestrahlt und verfestigt werden. Demgemäß kann, wie oben bereits anhand von Figur 2 angedeutet, das Einbringen der Verstärkung schichtweise erfolgen.

Um im Wege des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eine übermäßige Agglomeration bzw. Aufschwimmen des zweiten Pulvers P2 bzw. des oxidischen Zusatzes ODS im ersten Pulver bzw. dem Grundwerkstoff während des additiven Aufbaus des Bauteils 10 zu verhindern, können im Vergleich zu einem

Standardverfahren verkürzte Energieeinträge und/oder erhöhte Abkühlungsraten verwendet werden, sodass die Verstärkung mög lichst zweckmäßig und homogen eingebracht wird.

Weiterhin kann im Wege des erfindungsgemäßen Verfahrens eine schichtweise Rekristallisation beispielsweise einer bereits verfestigten/aufgebauten Bauteilschicht S ausgebildet werden (vergleiche Figur 4 weiter unten) . Dies wird erfindungsgemäß beispielsweise dadurch ermöglicht, dass entlang einer

Längsachse LA (vergleiche Figur 4) des Bereichs B, welche einer Aufbaurichtung (vgl. beispielsweise die vertikale aufsteigende Richtung in Figur 2) entsprechen kann, eine bereits strukturell vorliegende Bauteilschicht durch einen Energiestrahl mit der Bestrahlungsvorrichtung 20 erneut umgeschmolzen wird und/oder beispielsweise mittels Rekristal lisationsglühens thermisch behandelt wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich, beispielsweise von einer statischen Wärmebehandlung, dadurch, dass eine Wärmequelle gezielt durch das Bauteil oder um das Bauteil herumgeführt wird, sodass sich effektiv eine „heiße Zone" durch das Bauteil bewegt. Durch die beschriebene Rekristallisation kann vorzugsweise ein besonders hohes Kornstreckungsverhältnis in der Kristallstruktur des Bereichs B ausgebildet werden.

Figur 3 zeigt anhand einer schematischen Schnittansicht der Vorrichtung 100 eine alternative Ausgestaltung des

beschriebenen Verfahrens. Im Unterschied zur Figur 2, welche eine Vorrichtung 100 mit einer separaten Bevorratung des ersten Pulvers PI und des zweiten Pulvers P2 zeigt, kann die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung eine konventionelle

Vorrichtung sein.

Das Bauteil 10 ist vorzugsweise eine Leitschaufel einer Turbine .

Das Bauteil 10 weist vorzugsweise neben dem mit der oxidi schen Dispersionsverstärkung ausgestatteten Bereich B einen konventionellen Bereich, auf, in welchen gemäß dem beschrie benen Verfahren keine oxidische Dispersionsverstärkung einge bracht wurde, sondern bei dem es sich um einen konventionel len Bereich handelt, welcher beispielsweise lediglich additiv aus dem Grundwerkstoff (vergleiche erstes Pulver PI)

aufgebaut wurde.

Weiterhin im Unterschied zur Figur 2, ist das Bauteil 10, beispielsweise um seine Längsachse LA um 90° gedreht, im Pulverbett angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht, das

Bauteil 10 bzw. den Bereich zunächst lediglich aus dem

Grundwerkstoff (vergleiche erstes Pulver PI) aufzubauen und anschließend erneut in die Vorrichtung 100 einzulegen und diese mit dem zweiten Pulver P2 zu befüllen, um lokalisierte Oberflächenregionen des Bauteils 10 mit der oxidischen

Dispersionsverstärkung zu versehen bzw. diese einzubringen.

Die genannten Regionen oder Bereiche sind vorzugsweise thermisch und/oder mechanisch besonders hoch belastete

Bereiche, welche für den Betrieb des Bauteils strukturell verstärkt werden müssen. Demgemäß kann der Bereich B des Bauteils 10 ein Oberflächenbereich sein, wobei ein Teil bereich B' des Bauteils 10 weiter unten oder innen liegt, und den Bereich B trägt.

Figur 4 zeigt schematisch ein gemäß dem beschriebenen

Verfahren herstellbares oder hergestelltes Bauteil 10. Das Bauteil 10 ist - im Gegensatz zu demjenigen aus Figur 3 - eine Laufschaufei einer Turbine. Das Bauteil 10 weist

folglich (wie beschrieben) den oxid-dispersionsverstärkten Bereich B, und den weiteren Bereich B', vorzugsweise aus einer (gut) schweißbaren nickel- oder kobaltbasierten

Superlegierung auf (siehe oben) . Beide Bereiche sind Teil eines Schaufelblatts des Bauteils 10. In bestimmten

Situationen kann es jedoch auch vorteilhaft sein

beispielsweise einen Schaufelfuß (nicht explizit

gekennzeichnet) der gezeigten Turbinenschaufel oder gänzlich andere im Heißgaspfad von Turbinen vorgesehene Bauteile oder andere Maschinen mit der Dispersionsverstärkung zu versehen.

Es ist weiterhin in Figur 4 zu erkennen, dass der verstärkte Bereich B an einer Anströmkante (links) , an einer Abströmkan- te (rechts) und an einer Schaufelblattspitze (vgl. oberer Bereich des Bauteils 10 in Figur 4) durch Einbringen der Dispersionsverstärkung vorgesehen wurde.

Weiterhin ist in Figur 4 zu sehen, dass der Bereich B des Bauteils 10 eine einkristalline SX und/oder gerichtet

erstarrte DS bzw. stängelkristalline oder kolumnare Korn oder Kristallstruktur aufweist. Ein entsprechendes

Kornstreckungsverhältnis der gerichtet erstarrten Stängel, Körner oder Kristallite beträgt vorzugsweise 10:1 oder mehr, beispielsweise entlang einer Längsachse LA, des oxid

dispersionsverstärkten Bereichs B. Das genannte

Kornstreckungsverhältnis wird, wie oben beschrieben,

vorzugsweise dadurch ausgebildet, dass schichtweise eine Rekristallisation erfolgt, sodass sich die entsprechenden Stängel oder Körner über eine Mehrzahl von Bauteilschichten erstrecken, beispielsweise über Längen von 100 bis 200 ym oder mehr, wohingegen Kornabmessungen oder Partikelabmes sungen einzelner Körner des Grundwerkstoffs wesentlich kleiner sind, beispielsweise zwischen 20 und 40 ym im

Durchmesser .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese

Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.