Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bauteile für hohe Temperaturen werden heutzutage in der Regel mit Schutzschichten versehen.

Dies können metallische Korrosionsschutzschichten (MCrAlX- Schichten) oder keramische Wärmedämmschichten sowie Schicht¬ systeme mit metallischen Korrosionsschutzschichten und/oder keramischen Wärmedämmschichten sein.

Als Beschichtungsverfahren für diese Beschichtungen benutzt man plasmagestützte Pulverspritzverfahren aufgrund ihrer ver- gleichsweise hohen Wirtschaftlichkeit.

Die Anbindung solcher Schichten an das Substrat erfolgt durch mechanische Verklammerung und anschließende Diffusionswärme¬ behandlung. Gelegentlich kann es in hochbelasteten Bereichen oder an ungünstigen, d.h. besonders an mechanisch hoch be- lasteten Stellen des Bauteils zu einer Ablösung der Schicht im Betrieb kommen. Das Abplatzen der Schicht während des Be¬ triebs führt zur Schädigung des Grundwerkstoffs, sodass die Bauteillebensdauer wesentlich verringert ist.

Die US 5,869,798 offenbart ein Verfahren, bei dem mittels eines Schweißverfahrens Erhebungen auf einer Oberfläche er¬ zeugt werden, wobei die Erhebung aus einem anderen Material besteht als das zu Grunde liegende Substrat.

Die EP 1 275 748 A2 offenbart Verankerungsmittel, die auf einer Oberfläche des Substrats oder einer Zwischenschicht angeordnet sind.

Die DE 100 57 187 Al offenbart Verankerungsmittel, die in ein Substrat hineinragen, um die Haftung eines nicht metallischen Materials auf dem metallischen Substrat zu verbessern.

Die EP 0 713 957 Al offenbart ein Verfahren, bei der eine Vertiefung in einer Schicht mit Material aufgefüllt wird.

Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus der DE 30 38 416 Al sowie aus der Zeitschrift Journal of Materials Science 24 (1989) , Seite 115 - 123 mit dem Titel „Enhanced metal-ceramic adhesion by sequential sputter deposition and pulsed laser melting of copper films on sapphire Substrates" von A. J. Pedraza, M.J. Godbole.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines Schichtsystems aufzuzeigen, das eine bessere An¬ bindung von einer Schutzschicht an ein Substrat und/oder von Schichten untereinander ergibt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems gemäß dem Anspruch 1.

Das mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schicht¬ system weist gesondert erzeugte Verankerungsmittel auf, die eine sehr starke Anbindung an das Substrat oder an eine unter ihr auf dem Substrat angeordnete Schicht aufweisen und auf andere Art und Weise als die Schicht an das Substrat oder die andere Schicht angebunden sind.

Die im Vergleich zur vorhandenen Schichtbindung (z.B. Ver¬ klammerung durch Oberflächenrauhigkeit) stärkere Anbindung der Verankerungsmittel erfolgt beispielsweise durch eine schmelzmetallurgische Bindung, die in einem vom Aufbringen des eigentlichen Schichtmaterials separaten Prozess erzeugt wird. Somit kann weiterhin das kostengünstige und wirtschaft¬ liche Plasmaspritzverfahren verwendet werden, um die Schicht aufzubringen.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Verfahrens¬ schritte aufgelistet.

Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Weise beliebig miteinander kombiniert werden.

Es zeigen Figur 1 ein Schichtsystem nach dem Stand der Technik,

Figur 2, 4 bis 9 SchichtSysteme, Figur 3 eine perspektivische Draufsicht auf ein Schichtsystem, Figur 10 bis 13 Verfahrenschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 14 bis 22 Verfahrensschritte weiterer erfin¬ dungsgemäßer Verfahren,

Figur 23, 24 Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens .

Figur 25 eine Gasturbine, Figur 26 eine Brennkammer und Figur 27 eine Turbinenschaufel.

Figur 1 zeigt ein Schichtsystem 1 ' nach dem Stand der Tech¬ nik.

Das Schichtsystem l ^f weist ein Substrat 4 auf. Auf der Substratoberfläche 5 des Substrats 4 ist zumindest eine äußere Schicht 9 mit einer äußeren Oberfläche 16 vorhan¬ den. Dies kann eine metallische und/oder keramische äußere Schicht 9 sein.

Die Anbindung der äußeren Schicht 9 auf dem Substrat 4 er- folgt nach dem bisherigen Stand der Technik allein durch mechanische Verklammerung (Oberflächenrauhigkeit) an die zugrunde liegende Oberfläche und anschließende Diffusionswär¬ mebehandlung.

Figur 2 zeigt ausgehend von Figur 1 ein Schichtsystem 1, her¬ gestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Das Substrat 4 kann metallisch oder keramisch sein und ist im Falle von Gasturbinenbauteilen insbesondere aus einer eisen-, nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung hergestellt.

Für Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 25, 27) wird beispiels¬ weise auf das Substrat 4 eine metallische Korrosionsschutz¬ schicht als Zwischenschicht 7 (Fig. 5, 6, 7) des Typs MCrAlX aufgebracht, worauf dann zusätzlich noch eine äußere, bei- spielsweise eine keramische Wärmedämmschicht 9 aufgebracht wird.

In der Zwischenschicht 7 und/oder der äußeren Schicht 9 sind durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungs- mittel 13 vorhanden, die sich beispielsweise mit einem be¬ stimmten Anteil 14 ihres Volumens oder ihrer Länge in das Substrat 4 oder in die Zwischenschicht 7 hinein erstrecken. Im Folgenden wird beispielhaft ein Schichtsystem 1 mit einer äußeren Schicht 9 erläutert.

Der Anteil 14, also eine Erstreckung des durchgehenden Veran¬ kerungsmittels 10 oder des inneren Verankerungsmittels 13 in das Substrat 4 stellt bezogen auf die Länge des durchgehenden Verankerungsmittels 10 oder des inneren Verankerungsmittel 13 den geringeren Anteil dar, sodass das durchgehende Veranke¬ rungsmittel 10 oder das innere Verankerungsmittel 13 sich mit dem größten Anteil in der äußeren Schicht 9 befindet.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver- ankerungsmittel 13 weisen insbesondere eine andere Art der Anbindung auf, insbesondere mit einer erhöhten Anbindungs- kraft (genauer: Kraft/pro Kontaktfläche), an das Substrat 4 gegenüber der Art der äußeren Schicht 9 an das Substrat 4.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver¬ ankerungsmittel 13 werden beispielsweise durch einen geeignet

geführten Laserschweißprozess schmelzmetallurgisch an das Substrat 4 angebunden.

Ebenso ist es vorstellbar, dass die äußere Schicht 9 an bestimmten Stellen durch Lasercladding (Laserpulverbeschich- ten) aufgebracht wird und so durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungsmittel 13 bilden. Die durchgehen¬ den Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 können auch angegossen werden oder beim Gießen des Sub¬ strats 4 mit hergestellt werden. Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver¬ ankerungsmittel 13 stellen Haftungsbrücken für die die durch¬ gehenden Verankerungsmittel 10 oder das inneren Verankerungs¬ mittel 13 umgebende äußere Schicht 9 dar.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 gehen vom Substrat 4 bzw. Substratoberfläche 5 aus und erstrecken sich insbeson¬ dere nur bis zur äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht 9.

Die durchgehenden oder inneren Verankerungsmittel 10, 13 sind beispielsweise säulenartig ausgebildet und können auch konkav oder konvex gekrümmt ausgeführt sein (Fig. 7) .

Die Verankerungsmittel 10, 13 erstrecken sich vorzugsweise in einer Richtung, die nahezu oder ganz senkrecht auf der Ober- fläche 5, 8 verläuft.

Die inneren Verankerungsmittel 13 werden durch die äußere Schicht 9 abgedeckt, sodass die inneren Verankerungsmittel 13 sich nicht bis zur äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht 19 erstrecken, also innerhalb der äußeren Schicht 9 endend, angeordnet sind. Dabei erstrecken sie 13 sich bis zumindest zu 10%, 20%, 30%, 40% oder mehr der Dicke der äußeren Schicht 9 in die äußere Schicht 9.

Obige Ausführungen gelten analog für eine Zwischenschicht 7 auf die noch eine äußere Schicht 9 aufgebracht wird.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver¬ ankerungsmittel 13 sind beispielsweise nur lokal, also ört¬ lich begrenzt (Fig. 3) auf dem Substrat 4 oder der Zwischen¬ schicht 7 vorhanden, beispielsweise dort, wo die mechanische Belastung am größten ist.

Dies ist beispielsweise der Bereich der Anströmkante 409 einer Turbinenschaufel 120, 130. Das restliche Schaufelblatt würde dann keine durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13 aufweisen.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Innenfläche 8 einer Zwischenschicht 7 oder auf eine äußere Oberfläche einer äuße¬ ren Schicht 9. Gestrichelt angedeutet sind die inneren Verankerungsmittel

13, die sich nicht bis zur Innenfläche 8 der Zwischenschicht 7 oder bis zur äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht erstrecken. Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 können verschiedene Geometrien wie Kreise, Steppnähte (d.h. sie sind länglich und kreuzen sich) , Wellenformen, Parallelbahnen sowie Kombinationen dar¬ aus aufweisen.

Figur 6 zeigt ein weiteres Schichtsystem 1, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Das Schichtsystem 1 besteht aus einem Substrat 4, einer Zwi¬ schenschicht 7 und einer äußeren Schicht 9. Die Zwischenschicht 7 ist beispielsweise eine metallische MCrAlX-Schicht und die äußere Schicht 9 ist beispielsweise eine keramische Wärmedämmschicht 9 auf der Zwischenschicht 7 ,

Durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungs¬ mittel 13 sind sowohl in der Zwischenschicht 7 als auch in der äußeren Schicht 9 vorhanden.

Die Zwischenschicht 7 muss aber keine durchgehenden Veranke¬ rungsmittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13 im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweisen (Fig. 5) . Ebenso können die Verankerungsmittel nur in der Zwischenschicht 7 vorhanden sein (Fig. 7) .

Dabei können einige, aber nicht unbedingt alle durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13 in der Zwischenschicht 7 oder der äußeren Schicht 9 einen Anteil 14 aufweisen, der sich in das Substrat 4 oder in die Zwi¬ schenschicht 7 erstreckt.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver¬ ankerungsmittel 13 in der Zwischenschicht 7 und/oder der äußeren Schicht 9 können sich ausgehend von der Substratober¬ fläche 5 des Substrats 4 bis zur Innenfläche 8 der Zwischen¬ schicht 7 bzw. von der Innenfläche 8 der Zwischenschicht 7 bis zu der äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht 9 erstrecken, aber nicht darüber hinaus, oder werden durch die Zwischenschicht 7 oder die äußere Schicht 9 abgedeckt, sodass die inneren Verankerungsmittel 13 sich nicht bis zur Innen¬ fläche 8 der Zwischenschichten 7 oder äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht 9 erstrecken.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver¬ ankerungsmittel 13 in der Zwischenschicht 7 verbessern die Anbindung der Zwischenschicht 7 an das Substrat 4. Das Material der durchgehenden Verankerungsmittel 10 der Zwi¬ schenschicht 7 kann beispielsweise auch so gewählt werden, dass sich eine verbesserte Haftung der äußeren Schicht 9 auf den durchgehenden Verankerungsmitteln 10 ergibt (Fig. 7) .

Die Materialzusammensetzung der durchgehenden Verankerungs¬ mittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13 in der Zwischen- schichten 7 oder der äußeren Schicht 9 wird je nach Anforde¬ rung passend gewählt.

Das Material der durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder der inneren Verankerungsmittel 13 entspricht beispielsweise dem Material, in der es zum größten Teil angeordnet ist. Wenn sich also das durchgehende Verankerungsmittel 10 oder das innere Verankerungsmittel 13 größtenteils in der Zwi¬ schenschicht 7 befindet, so entspricht das Material des Ver¬ ankerungsmittels 10, 13 dem Material der Zwischenschicht 7. Ist das durchgehende Verankerungsmittel 10 oder das innere Verankerungsmittel 13 größtenteils in der äußeren Schicht 9 angeordnet, so entspricht das Material des jeweiligen Veran¬ kerungsmittels beispielsweise dem Material der äußeren Schicht 9.

Die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Ver- ankerungsmittel 13 sind insbesondere in thermisch und/oder mechanisch hoch belasteten Bereichen vorhanden.

Dies ist bei Turbinenschaufeln 120, 130 beispielsweise die Eintrittskante 409, die Austrittskante 412 oder der Übergang zwischen Schaufelblatt 406 und Plattform 403.

Das Schichtsystem 1 ist beispielsweise ein Bauteil einer Gas- 100 (auch Flugzeugturbine) oder Dampfturbine. Thermisch hoch belastete Bauteile der Turbinen weisen ein solches Schicht- System auf, wie z.B. Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschild¬ elemente 155 einer Brennkammer 110 sowie weitere Gehäuse¬ teile, die entlang des Strömungsweges eines heißen Dampfes oder Heißgases sich befinden.

Das Schichtsystem 1 kann auf ein neu hergestelltes Bauteil aufgebracht werden sowie auf Bauteile, die nach dem Einsatz wieder aufgearbeitet werden (Refurbishment) . Dabei werden die Bauteile zuvor von degradierten Schichten befreit, Risse ge¬ gebenenfalls repariert und es erfolgt eine erneute Beschich- tung des Substrats 4.

Die Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schichtsystems 1, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.

In diesem Schichtsystem 1 sind die durchgehenden Veranke- rungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 nur in der Zwischenschicht 7 vorhanden. Auf der Zwischenschicht 7 ist die äußere Schicht 9 vorhanden. Eine Kontaktfläche der durchgehenden Verankerungsmittel 10 an der Innenfläche 8 ver¬ bessert die Haftung der äußeren Schicht 9 gegenüber einer vergleichbaren Kontaktfläche mit der Zwischenschicht 7. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Kontaktflächen der durchgehenden Verankerungsmittel 10 an der Innenfläche 8 Keimpunkte (Aluminiumoxid) bilden für ein beispielsweise epi¬ taktisches Aufwachsen einer äußeren Schicht 9 auf der Zwi- schenschicht 7 oder einer weiteren Zwischenschicht aus Alumi¬ niumoxid.

Auch ohne Zwischenschicht 7 (Fig. 4) wird ein verbessertes Schichtsystem 1 dadurch erreicht, dass die durchgehenden Ver¬ ankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 zu einer verbesserten Anbindung der äußeren Schicht 9 an das Substrat 4 führen.

Beispielsweise erstrecken sich einige, aber nicht unbedingt alle durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder inneren Veran- kerungsmittel 13 in das Substrat 4 mit einem Anteil 14 hin¬ ein.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schicht- Systems 1, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die durchgehenden Veranke¬ rungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 nur in der äußeren Schicht 9 vorhanden.

Beispielsweise erstrecken sich einige, aber nicht unbedingt alle durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder inneren Veran¬ kerungsmittel 13 in die Zwischenschicht 7 hinein.

Figur 4 zeigt ein weiteres Schichtsystem 1.

In einem ersten Schritt wurde auf das Substrat 4 in bekannter

Art und Weise die eine äußere Schicht 9 aufgebracht.

Die äußere Schicht 9 wird beispielsweise mit einem Laser 17

(Fig. 14) oder einer Elektronenstrahlkanone 17 behandelt, die einen entsprechenden Laser- oder Elektronenstrahl 19 (Fig. 14) aussendet. Durch diese Art der Behandlung wird das Mate¬ rial der äußeren Schicht 9 bis hin zur Substratoberfläche 5 des Substrats 4 oder beispielsweise darüber hinaus mit einem Anteil 14 in das Substrat 4 hinein, lokal umgewandelt, bei¬ spielsweise aufgeschmolzen, sodass sich eine schmelzmetallur¬ gische Anbindung von dem Material der äußeren Schicht 9 in das Substrat 4 ergibt. Mit diesem Verfahren werden durchge- hende Verankerungsmittel 10 erzeugt, die sich von der Sub¬ stratoberfläche 5 bis hin zur äußeren Oberfläche 16 der äuße¬ ren Schicht 9 erstrecken.

Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauteils 1 (Querschnitt durch durchgehendes Verankerungsmittel 10) , hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Das durchgehende Verankerungsmittel 10 weist an der äußeren Oberfläche 16 eine größere Querschnittsfläche auf als an der unten liegenden Substratoberfläche 5 (Fig. 8, Draufsicht auf Fig. 9) . Die Form des durchgehenden Verankerungsmittels 10 im Querschnitt ist hier glockenförmig ausgebildet. Die Querschnittskontur kann auch andere Formen aufweisen, wie z. B. einen parabelförmigen Verlauf, wobei die Parabel nach oben 16 (Fig. 8) oder nach unten 5 offen sein kann.

Der Querschnitt des durchgehenden Verankerungsmittels 10 ist hier beispielsweise rund (Fig. 8) ausgebildet. Gestrichelt angedeutet ist die Querschnittsfläche des durchgehenden Ver¬ ankerungsmittels 10 an der Substratoberfläche 5 oder im Sub- strat 4.

Das durchgehende Verankerungsmittel 10 kann sich hier eben¬ falls bis in das Substrat 4 hinein erstrecken (nicht darge¬ stellt) .

Obige Ausführungen gelten analog für eine Zwischenschicht 7, auf die noch eine äußere Schicht 9 aufgebracht wird.

Beispielsweise kann das Material der durchgehenden Veranke- rungsmittel 10 in der Zwischenschicht 7 dem Material des Sub¬ strats 4 entsprechen oder keramisch sein, wodurch sich die keramische Wärmedämmschicht 9 besser mit den durchgehenden Verankerungsmitteln 10, die sich bis zu Innenfläche 8 der Zwischenschicht 7 erstrecken, verbinden können bzw. die durchgehenden Verankerungsmittel 10 dienen als Wachstumskeim, insbesondere beim epitaktischen Wachstum, beim Beschichten der Zwischenschicht 7 mit dem keramischen Material der äuße¬ ren Schicht 9.

Die Figuren 10 bis 13 zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Schichtsystems 1.

Die äußere Schicht 9 und die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13 werden beispielsweise schichtweise hergestellt, d.h. die äußere Schicht 9 wird er¬ zeugt und danach oder gleichzeitig die durchgehenden Veran¬ kerungsmittel 10 oder inneren Verankerungsmittel 13. Keines¬ falls werden zuerst die Verankerungsmittel zumindest größten- teils oder ganz erzeugt und dann die Schicht oder umgekehrt.

So wird ausgehend von dem Substrat 4, das noch keine äußere Schicht 9 aufweist (Fig. 10) , schichtweise Material für die äußere Schicht 9 in Teilschichten 9 ^f (Fig. 11), 9 ^{f f} (Fig. 12), 9 ^{f f f} (Fig. 13) aufgetragen und ebenso schichtweise wer- den die durchgehenden Verankerungsmittel 10 in Verankerungs¬ mittelschichten 10', 10", 10' ^{f f} erzeugt.

Auch die inneren Verankerungsmittel 13 können schichtweise erzeugt werden (nicht dargstellt) .

Je nachdem, ob durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungsmittel 13 erzeugt werden sollen, wird an den Stellen, wo ein durchgehendes Verankerungsmittel 10 oder ein inneres Verankerungsmittel 13 ausgebildet sein soll, die Stelle beispielsweise mittels eines Lasers erwärmt und aufge- schmolzen, d.h. die Temperatur wird temporär und lokal er¬ höht.

Soll ein inneres Verankerungsmittel 13 erzeugt werden (Fig. 12, 13), das sich nicht bis zur äußeren Oberfläche 16 der äußeren Schicht 9 erstrecken soll, so wird ab einer bestimm¬ ten Höhe die äußeren Schicht 9', 9 ^{f f} nicht mehr lokal aufge¬ schmolzen (Figur 12) .

Die Ausführungen bezüglich der äußeren Schicht 9 gelten ana- log für eine Zwischenschicht 7, auf die noch eine äußere Schicht 9 aufgebracht wird oder analog für eine äußere Schicht 9 auf einer Zwischenschicht 7.

Die Figuren 14 bis 16 zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren.

Hier ist auf dem Substrat 4 schon eine äußere Schicht 9 zu¬ mindest teilweise vorhanden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn es sich um ein zu reparierendes Bauteil 1 handelt, das beispielsweise im Einsatz war und insbesondere eine lokale Beschädigung in Form einer Vertiefung 34 aufweist.

Ein Bereich um diese Vertiefung 34 ist beispielsweise ge¬ schwächt oder war im Einsatz erhöhten Anforderungen ausge¬ setzt, sodass der Bereich während des Einsatzes oder danach abgetragen wurde und die Vertiefung 34 entstand.

Dann wird in einem ersten Schritt beispielsweise mittels eines Lasers 17 (oder Elektronenstrahlkanone) und seiner Laserstrahlen 19 das Material in der Vertiefung 34 behandelt (Figur 14), sodass sich durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungsmittel 13 bilden (Figur 15) .

In einem weiteren Verfahrensschritt (Fig. 16) wird die Ver¬ tiefung 34 mit Schichtmaterial 25 beispielsweise aus einem Materialförderer 22 aufgefüllt (beispielsweise durch Laser- auftragsschweißen) , wobei entweder nur Schichtmaterial 25 aufgefüllt wird, ohne dass das innere Verankerungsmittel 13 gemäß Figur 15 weiter ausgebildet wird, sodass ein inneres Verankerungsmittel 13 entsteht, das sich nicht bis zur äuße¬ ren Oberfläche 16 erstreckt oder beispielsweise der Laser 17 für das Laserauftragsschweißen wird beispielsweise ebenfalls benutzt, um das durchgehende Verankerungsmittel 10 gemäß Figur 15 bis zur äußeren Oberfläche 16 wachsen zu lassen. Dabei entsteht in der Vertiefung 34 ein neu gebildeter Schichtbereich 28.

Das durchgehende Verankerungsmittel 10 oder das innere Veran¬ kerungsmittel 13 kann sich, muss aber nicht ebenfalls mit einem Anteil 14 (gestrichelt angedeutet) in das Substrat 4 erstrecken bzw. eine Form gemäß Figur 8, 9 aufweisen.

Das Schichtmaterial 25 kann Material der äußeren Schicht 9 oder des Substrats 4 sein, aber auch eine andere Zusammenset¬ zung aufweisen.

Die Ausführungen gelten analog für eine Zwischenschicht 7, auf die noch eine äußere Schicht 9 aufgebracht wird (Fig. 17 - 19) .

Ebenso kann in der Vertiefung 34 lokal keine Zwischenschicht 7 vorhanden sein und es wird Schichtmaterial 25 beispiels¬ weise der Zwischenschicht 7 auf die Substratoberfläche 5 auf- getragen und durchgehende Verankerungsmittel 10 oder innere Verankerungsmittel 13 werden erzeugt (Fig. 20 - 22) .

Der neu gebildete Schichtbereich 28 kann auch das durchge¬ hende Verankerungsmittel 10 oder das innere Verankerungsmit- tel 13 bilden, sodass das durchgehende Verankerungsmittel

(10) oder das innere Verankerungsmittel (13) der Vertiefung 34 entspricht, also ausfüllt (Fig. 14 bis 22) .

Figur 23, 24 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Schichtsystems

Zur Herstellung der äußeren Schicht 9 wird beispielsweise ein Plasmabrenner 31: APS, VPS, LPPS (Figur 23) verwendet.

Mittels eines Lasers 17 und seiner Laserstrahlen 19 wird dabei beispielsweise gleichzeitig, beispielsweise durch Auf¬ schmelzen ein durchgehendes Verankerungsmittel 10 oder inne- res Verankerungsmittel 13 erzeugt, in dem zumindest zeitweise an den für die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 vorgegebenen Stellen das Mate¬ rial mittels des Lasers 17 behandelt, also beispielsweise aufgeschmolzen wird.

Ebenso können zwei Laser 17, 17' (Fig. 17) verwendet werden, wobei ein Laser 17' für das Auftragsverfahren verwendet wird, beispielsweise Laserauftragsschweißen unter Zuhilfenahme eines Materialförderers 22 (beispielsweise Pulverförderer) , der das Schichtmaterial 25 liefert, und ein Laser 17, der wie in Figur 17 die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 erzeugt.

In den Figuren 14 - 24 können die Zwischenschichten 7 oder die äußere Schicht 9 und die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13 schichtweise er- zeugt werden.

Anstelle der Laser 17, 17' oder Plasmabrenner 31 können auch Elektronenstrahlkanonen verwendet werden. Die Verwendung von Lasern, Plasmabrennern ist nicht beschränkt auf die Ausfüh- rungsformen auf die durchgehenden Verankerungsmittel 10 oder die inneren Verankerungsmittel 13, die sich mit einem Anteil 14 in das Substrat 4 oder die Zwischenschicht 7 erstrecken bzw. auf eine spezielle Querschnittsform wie in Fig. 9, 8.

Die Verankerungsmittel wie oben beschrieben können auch für Vielfachschichtsysteme mit oder ohne Substrat verwendet werden, wie sie vorzugsweise bei CMC Materialien vorhanden sind. Diese keramischen CMC Materialien aus Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, weisen viele interlaminare Schichten auf. Durch die Verankerungsmittel zwischen den jeweiligen Schichten kann die Festigkeit der Schichten untereinander verbessert werden. Die einzelnen Schichten werden quasi miteinander vernäht.

Die Figur 25 zeigt eine Gasturbine 100 in einem Längsteil¬ schnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations- achse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbi¬ nenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen auf¬ einander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine bei¬ spielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ring¬ brennkammer 106, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109. Die Ring¬ brennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ring¬ förmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier

hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist aus zwei Schaufelringen ge¬ bildet. 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 am Stator 143 befestigt, wo¬ hingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsma¬ schine (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 ent¬ spannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, sodass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter¬ liegen 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 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch be¬ lastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, werden diese mittels eines Kühlmittels gekühlt. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M = Fe, Co, Ni, X=Y, Seltenen Erden) und Wärme (Wär¬ medämmschicht, beispielsweise ZrC>2, Y2Ü4-Zrθ2) aufweisen.

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

Die Figur 26 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring¬ brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um die Turbinenwelle 103 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringför- mige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 103 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 Betriebspa¬ rametern 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. Jedes Hitzeschild¬ element 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hit¬ zebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtempe¬ raturbeständigem Material gefertigt. Aufgrund der hohen Tem¬ peraturen im Inneren der Brennkammer 110 ist zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen.

Figur 27 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 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 Dampf¬ turbine 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 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 Berei¬ chen 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 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.

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

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer¬ den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb

hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun¬ gen ausgesetzt sind.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken er¬ folgt 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 Sprach¬ gebrauch 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) Er¬ starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen¬ digerweise 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 Rich¬ tung 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 Al bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenba- rung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0

486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legie¬ rung Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2Ü4-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttrium¬ oxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Ein- satz des Bauteils 120, 130.

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.