Stamm, Werner (Kahlenberg 18 Mülheim an der Ruhr, D-45481, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
| 1. | Erzeugnis (1) mit einem metallischen Grundkörper (2), an dem eine Schutzschicht (3,4) zum Schutz gegen Korrosion ange bunden ist, die eine an den Grundkörper (2) angebundenen In nenschicht (3) aus einer ersten MCrAlYLegierung und eine an die Innenschicht (3) angebundene Außenschicht (4) mit einer zweiten MCrAlYLegierung aufweist, wobei die zweite MCrAlY Legierung überwiegend in den yPhase vorliegt, und wobei M für Fe, Ni, Co oder eine Mischung daraus sowie Y für Yttrium und/oder zumindest ein äquivalentes Element aus der Gruppe umfassend Scandium und die Elemente der Seltenen Erden ste hen. |
| 2. | Erzeugnis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite MCrAlYLegierung im wesentlichen die gleiche chemische Zusam mensetzung wie die erste MCrAlYLegierung aufweist. |
| 3. | Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Außen schicht (4) zwischen 5 um und 50 um, insbesondere zwischen 5 um und 20 um dick ist. |
| 4. | Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste MCrAlYLegierung und/oder die zweite MCrAlYLegierung als Le gierungskomponenten enthalten/enthält (Angaben in Gewichts prozent) : 15 bis 35 % Chrom ; 7 bis 18 % Aluminium ; 0,3 bis 2 % Yttrium und/oder zumindest eine äquivalentes Ele ment Metall aus der Gruppe umfassend Scandium, die Elemente der Seltenen Erden ; sowie 0 bis 20 % Rhenium. |
| 5. | Erzeugnis nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anteil an Rhenium zwischen 1 % und 20%, insbesondere 5 % bis 11%, beträgt. |
| 6. | Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an die Au ßenschicht (4) eine dünne Anbindungsschicht (5) im wesentli chen aus Aluminiumoxid in der aPhase angebunden ist. |
| 7. | Erzeugnis nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anbin dungsschicht (5) zu Beginn eines Oxidationsprozesses zwischen 0,3 um und 0,6 um dick ist. |
| 8. | Erzeugnis nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an die An bindungsschicht (5) eine Wärmedämmschicht (6) angebunden ist. |
| 9. | Erzeugnis nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wärme dämmschicht (6) eine kolumnare Mikrostruktur aufweist, wobei die Achsenrichtung der Kristallite im Mittel senkrecht auf der Oberfläche des Grundkörpers (1) steht. |
| 10. | Erzeugnis nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wärme dämmschicht (6) eine Keramik aufweist, insbesondere Zir konoxid (Zr02), welches teilstabilisiert mit Yttriumoxid (Y203) ist. |
| 11. | Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es als Komponente einer Gasturbine, insbesondere als Gasturbinen schaufel, ausgeführt ist. |
| 12. | Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Außen schicht (4) durch Umschmelzen der Innenschicht (5) im Bereich ihrer freien Oberfläche (8), insbesondere durch Elektronen strahlen oder Ionenstrahlen, hergestellt ist. |
| 13. | Erzeugnis (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Außen schicht (4) aus einer flüssigen Phase, insbesondere galva nisch, abgeschieden ist. |
| 14. | Gasturbinenschaufel (1) mit einem metallischen Grundkör per (2), an dem eine Schutzschicht (3,4) zum Schutz gegen Korrosion angebunden ist, die eine an den Grundkörper (2) an gebundenen Innenschicht (3) aus einer ersten HaftLegierung und eine an die Innenschicht (3) angebundene Außenschicht (4) mit einer zweiten HaftLegierung aufweist, wobei die zweite HaftLegierung überwiegend in der yPhase vorliegt, wobei an die Außenschicht (4) eine dünne Anbindungsschicht (5) mit Aluminiumoxid überwiegend in der aPhase und daran eine Wär medämmschicht (6) angebunden ist. |
| 15. | Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (3,4) auf einem metallischen Grundkörper (2) eines Erzeugnisses (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf den Grundkörper (2) eine Innenschicht (3) mit einer MCrAlYLegie rung aufgebracht und die Innenschicht (3) im Bereich ihrer freien Oberfläche (8) so umgeschmolzen wird, daß eine Außen schicht (4) gebildet ist, in der die MCrAlYLegierung im we sentlichen in der yPhase vorliegt. |
| 16. | Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (3,4) auf einem metallischen Grundkörper (2) eines Erzeugnisses (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf den Grundkörper (2) eine Innenschicht (3) mit einer ersten MCrAlYLegierung aufgebracht wird und auf die Innenschicht (3) aus einer flüssigen Phase, insbesondere galvanisch, eine zweite MCrAlYLegierung abgeschieden wird, die eine Außen schicht (4) bildet und im wesentlichen in der yPhase vor liegt. |
Die Schutzschicht weist eine Legierung der Art MCrAlY auf, worin M für ein Element oder mehrere Elemente aus der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht, Cr für Chrom, Al für Alumi- nium und Y für Yttrium und/oder ein Element aus der Gruppe umfassend Scandium und die Seltenen Erden. Die Erfindung be- trifft weiterhin eine Gasturbinenschaufel mit einer Schutz- schicht sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schutz- schicht zum Schutz eines Erzeugnisses gegen Korrosion.
Aus der EP 0 486 489 B1 ist eine korrosionsfeste Schutzbe- schichtung für mittlere und hohe Temperaturen bis etwa 1050 °C für ein Gasturbinenteil aus einer Nickel-Basis-oder Kobalt-Basis-Legierung angegeben. Die Schutzbeschichtung weist in Gew-% 25 bis 40% Nickel, 28-30% Chrom, 7-9% Alu- minium, 1-2% Silizium und 0,3 bis 1% wenigstens eines reak- tiven Elementes der Seltenen Erden, mindestens 5% Kobalt so- wie wahlweise 0 bis 15% wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe bestehend aus Rhenium, Platin, Palladium, Zirkon, Man- gan, Wolfram, Titan, Molybdän, Niob, Eisen, Hafnium, Tantal, auf. In den angegebenen konkreten Ausführungsformen weist die Schutzbeschichtung lediglich die Elemente Nickel, Chrom, Alu- minium, Silizium, Yttrium und zusätzlich Rhenium in einem Be- reich von 1 bis 15% sowie ein Rest aus Kobalt auf. Durch die Zugabe des Rheniums werden die Korrosionseigenschaften deut- lich verbessert.
In der US-PS 4,321,310 sowie der US-PS 4,321,311 und der zu letzterer korrespondierenden EP 0 042 872 Bl ist jeweils eine
Gasturbinenkomponente beschrieben, die einen Grundkörper aus einer Nickel-Basis-Superlegierung (MAR-M 200) aufweist. Auf den Grundwerkstoff ist eine Schicht aus eine MCrAlY-Legie- rung, insbesondere einer NiCoCrAlY-Legierung mit 18% Chrom, 23% Kobalt, 12,5% Aluminium, 0,3% Yttrium und einem Rest aus Nickel aufgebracht. Diese Schicht aus der MCrAlY-Legierung weist gemäß der US-PS 4,321,310 eine polierte Oberfläche auf, auf die eine Aluminiumoxidschicht aufgebracht ist. Eine Alu- miniumoxidschicht weisen auch die beiden andere genannten Pa- tentschriften auf. An diese Aluminiumoxidschicht ist eine ke- ramische Wärmedämmschicht aufgebracht, welche eine stengel- förmige Struktur aufweist.
In der US-PS 4,585,481 sind ebenfalls Schutzschichten zum Schutz eines metallischen Substrakts aus einer Superlegierung gegen Hochtemperatur-Oxidation und-Korrosion angeben. Für die Schutzschichten finden MCrAlY-Legierungen Anwendung.
Hierbei sind 5 bis 40% Chrom, 8-35% Aluminium, 0,1 bis 2% eines sauerstoffaktiven Elementes aus der Gruppe IIIB des Pe- riodensystems einschließlich der Lanthanide und Aktinide so- wie Mischungen davon, 0,1 bis 7% Silizium, 0,1 bis 3% Hafnium sowie einen Rest umfassend Nickel und/oder Kobalt angegeben.
Die entsprechenden Schutzschichten aus MCrAlY-Legierung wer- den gemäß der US-PS 4,585,481 mittels eines Plasmaspritzver- fahrens aufgebracht.
In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 196 09 69 Al ist eine Turbinenschaufel mit einer korrosionsbeständigen MCrAlY- Schutzschicht angegeben, bei der die Oberflächenschicht der MCrAlY-Schutzschicht bis zu einer Tiefe von 5 bis 50 um groß- flächig, gleichmäßig über die gesamte Oberflächenschicht aus einer einphasigen Legierung besteht, wobei die einphasige Le- gierung durch Umschmelzen mit einem gepulsten Elektronen- strahl erzeugt ist. Durch ein kurzes Aufschmelzen und schnel- les Abkühlen der Schutzschicht, so daß keine Zeit für Phasen- ausscheidung bleibt, wird die einphasige Struktur erzielt, welche zur Bildung von gleichmäßigen, nicht unterbrochenen
Oxid-Deckschichten aus A1203 führt. Gegenüber Deckschichten' aus Aluminiumoxid mit einer unterbrochenen Struktur ist eine geringere Neigung zur Spallation (Abplatzung) gegeben. Bei Deckschichten mit unterbrochener Struktur mit teilweisen Ab- platzungen können solche Schäden der Oxiddeckschicht durch Einwanderung von Aluminium aus der Schutzschicht geheilt wer- den. Dies kann allerdings zu einer Verarmung von Aluminium in der MCrAlY-Schutzschicht führen. Durch ein Umschmelzen mit einem gepulsten Elektronenstrahl wird eine herstellungsbe- dingte Mikrorauhigkeit der Oberfläche durch den Prozeß der Oberflachenvergütung beseitigt und damit eine Wärmeaustausch zwischen einem heißen Gas und der Oberfläche der Schutz- schicht reduziert, was eine höhere Gastemperatur für eine Gasturbine erlauben würde.
In der WO 81/01983 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, welches eine keramische Wärmedämm- schicht enthält, angegeben. Hierbei wird auf ein Substrat aus einer Superlegierung mit einer sauberen Oberfläche eine dünne Schicht einer McrAlY-Legierung aufgebracht, diese Schicht po- liert, darauf eine Aluminiumoxidschicht aufgebracht und auf die Aluminiumoxidschicht eine kolumnare Keramikschicht mit- tels Gasabscheidung (vapor deposition) hergestellt.
Die EP 0 846 788 A1 betrifft ein Erzeugnis, insbesondere eine Gasturbinenkomponente, mit einem Substrat, auf welchem eine Schutzschicht aus einer Legierung der Art MCrAlY und darauf eine keramische Wärmedämmschicht angeordnet ist. Das Substrat ist eine Nickelbasis-Superlegierung, die Chrom aufweist. Eine äußere Schicht des Substrates ist mit Chrom angereichert, welches durch einen Diffusionsprozeß in das Substrat eindif- fundiert ist. Das Chrom ist in das Substrat eindiffundiert und bildet eine Matrix, die in dem Nickel gelöstes Chrom in der Gamma-Phase aufweist. Die Eindiffundierung des Chroms er- folgt nach dem sogenannten"Chromierung"-Verfahren.
In der EP 0 718 420 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht auf ein Bauteil aus einer Superlegierung be- schrieben. Die Wärmedämmschicht ist hierbei aus verschiedenen Schichten aufgebaut. An das Erzeugnis aus der Superlegierung grenzt unmittelbar eine Schicht aus einem Metall der Platingruppe an. Diese Schicht des Metalls aus der Pla- tingruppe besteht aus einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht, wobei die äußere Schicht das Metall der Platingruppe in der Gamma-Phase aufweist. Auf den äußeren Teil der Schicht aus dem Metall der Platingruppe ist eine Aluminium aufwei- sende Beschichtung angeordnet. Hierauf ist eine dünne Oxid- schicht und darauf wiederum eine keramische Beschichtung an- geordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Erzeugnis mit einem metal- lischen Grundkörper und einer darauf befindlichen Schutz- schicht zum Schutz gegen Korrosion anzugeben. Weitere Aufga- ben der Erfindung bestehen darin, eine Gasturbinenschaufel mit einer Haftschicht mit einer Legierung zur Anbindung einer Wärmedämmschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht zum Schutz gegen Korrosion anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Erzeugnis mit einem metalli- schen Grundkörper gerichete Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schutzschicht zum Schutz gegen Korrosion an dem metallischen Grundkörper angebunden ist, die eine an den Grundkörper ange- bundene Innenschicht aus einer ersten MCrAlY-Legierung und eine an die Innenschicht angebundene Außenschicht mit einer zweiten MCrAlY-Legierung aufweist, wobei die zweite MCrAlY- Legierung überwiegend in den y-Phase vorliegt. Unter einer Legierung der Art MCrAlY wird eine Legierung verstanden, die einen Anteil an Chrom, an Aluminium und einem reaktiven Ele- ment wie Yttrium und/oder zumindest einen äquivalenten Metall aus der Gruppe umfassen Scandium und die Elemente der Selte- nen Erden umfaßt.
Zusatzlich oder alternativ zu Yttrium können weitere Elemente Legierungsbestandteil sein, wie beispielsweise Rhenium, Sili- zium, Hafnium, Tantal, Zirkon, Wolfram, Magnesium oder Niob.
Insbesondere ein Anteil von Rhenium kann zu einer Verbesse- rung der Korrosionsfähigkeit führen. Als Rest enthält die MCrAlY-Legierung ein Element oder mehrere Elemente der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel, welches symbolisch durch M abge- kürzt ist.
Eine solche Legierung findet bevorzugt Anwendung als Korro- sionsschutzschicht auf metallischen Bauteilen, insbesondere mit einem Grundkörper aus einer Superlegierung (Nickel-oder Kobalt-Superlegierung, gegebenenfalls auch Eisen-Superlegie- rung), welches einer erhöhten Temperatur und einem heißen, aggressiven Gas ausgesetzt ist. Die hier angegebene MCrAlY- Legierung eignet sich darüber hinaus bevorzugt als Haft- schicht zur Anbindung einer Wärmedämmschicht, d. h. zur Her- stellung eines Beschichtungssystems, welches sowohl korrosi- ons-als auch oxidationshemmend ist und den Einsatz des Er- zeugnisses bei einer hohen Temperatur, von beispielsweise über 1.000 °C, ermöglicht.
Durch die Außenschicht, welche eine MCrAlY-Legierung auf- weist, die überwiegend in der y-Phase vorliegt, findet bei einer Oxidation der Außenschicht ein Aufwachsen eines Alumi- niumoxids (thermisch gewachsenes Oxid) statt, welches in den Bereichen der y-Phase der MCrAlY-Legierung in der a-Modifika- tion vorliegt. Bereits im Anfangsstadium des Wachsens der Aluminiumoxidschicht liegt das Aluminiumoxid damit überwie- gend in der stabilen a-Modifikation vor. Dies hat den Vor- teil, daß gegenüber einem zuerst in der 8-Phase aufwachsenden Aluminiumoxid, die Aluminiumoxidschicht mit größerer Dichte, geringerer Oxidationsgeschwindigkeit und glatterer Struktur aufwächst, so daß ein langres Anhanften der Aluminiumoxid- schicht an der Außenschicht gewährleistet ist. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß auf einer MCrAlY- Schichtoberfläche im Anfangszustand der Oxidation partiell
oder ganz eine 0-Phase des Aluminiumoxids dort gebildet wird, wo die MCrAlY-Legierung in der ß-Phase vorliegt. Das in der 0-Phase aufwachsende Aluminiumoxid weist eine geringe Dichte, eine hohe Oxidiationsgeschwindigkeit und eine spitze Struktur auf, so daß, obwohl sich später ab einer gewissen Schicht- dicke die stabile a-Modifikation einstellt, ein Versagen, d. h. ein Abplatzen, der Aluminiumoxidschicht auftreten kann.
Besonders günstig ist es daher, wenn die MCrAlY-Legierung in der Außenschicht fast vollständig einphasig in der a-Phase vorliegt. Hierdurch ist dann auch eine gute Anbindung von Wärmedammschichten, insbesondere mittels eines Elektronen- strahl-PVD-Verfahrens aufgebrachter Keramikschichten, an eine Haftvermittlerschicht aus einer MCrAlY-Legierung gegeben. Die Anbindung an die im wesentlichen in der y-Phase vorliegenden MCrAlY-Legierung ist durch die sich ausbildende dünne Alumi- niumoxidschicht in der stabilen a-Modifikation deutlich bes- ser als die Anbindung an eine MCrAlY-Legierung, die Bereiche mit der ß-Phase aufweist, und mechanisch geglättet wurde.
Dies beruht darauf, daß die mechanisch geglättete, überwie- gend in der ß-Phase vorliegenden MCrAlY-Legierung zu einem Aufwachsen einer deutlich dickeren Aluminiumoxidschicht in der 8-Phase führt, wobei aufgrund der größeren Dicke und des Schichtwachstums dieser Aluminiumoxidschicht bereits nach ei- ner kürzeren Zeitdauer ein Abplatzen der Aluminiumoxidschicht stattfindet.
Die zweite MCrAlY-Legierung weist vorzugsweise die gleiche chemische Zusammensetzung wie die erste MCrAlY-Legierung auf, wobei je nach den Eigenschaften der einzelnen Legierungskom- ponenten auch Unterschiede in einigen wenigen Gewichtsprozen- ten oder einigen wenigen Zehntel-Gewichtsprozenten der jewei- ligen, sich entsprechenden Legierungskomponenten der ersten MCrAlY-Legierung und der zweiten MCrAlY-Legierung vorliegen können. Es ist ebenfalls möglich, daß die zweite MCrAlY-Le- gierung zusätzliche oder alternative Legierungselemente zu der ersten MCrAlY-Legierung aufweist.
Die Außenschicht ist vorzugsweise im Mittel zwischen 5 um und 50 um dick, insbesondere kleiner 20 um. Die gesamte mittlere Schichtdicke der Schutzschicht beträgt vorzugsweise zwischen 100 um und 200um, Vorzugsweise weist die erste MCrAlY-Legierung und/oder die zweite MCrAlY-Legierung die folgenden Legierungskomponenten (Angaben in Gewichtsprozent) auf : 15 bis 35 % Chrom ; 7 bis 18 % Aluminium ; 0,3 bis 2 % Yttrium und/oder zumindest ein äqui- valentes Element aus der Gruppe umfassend Scandium und die Elemente der Seltenen Erden sowie optional 0 bis 20 % Rhenium sowie weitere optionale Legierungselemente wie Hafnium, Sili- zium, Tantal, Zirkon, Wolfram, Magnesium und Niob. Der Anteil an Rhenium liegt vorzugsweise zwischen 1 % und 20%, insbeson- dere zwischen 5 % bis 11%.
An die Außenschicht ist vorzugsweise eine dünne Anbindungs- schicht im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al203) angebunden, welches in der a-Phase vorliegt. Die Anbindungsschicht hat vorzugsweise zu Beginn eines Oxidationsprozesses eine Dicke zwischen 0,3 um und 0,6 um. Durch einen hohen Anteil von Alu- miniumoxid in der a-Phase, vorzugsweise fast ausschließlich von Aluminiumoxid in der a-Phase, wächst die Anbindungs- schicht bei einer Oxidation der MCrAlY-Legierung in der Au- ßenschicht mit einer deutlich geringeren Wachstumsgeschwin- digkeit als bei einem hohen Anteil von Aluminiumoxid in der 0-Phase. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Anbindungs- schicht, die fast ausschließlich Aluminiumoxid von Beginn ei- ner Oxidation an in der a-Phase aufweist, da hierdurch ein gleichmäßiges homogenes geringes Wachstum der Anbindungs- schicht gegeben ist.
An die Anbindungsschicht ist vorzugsweise eine Wärmedämm- schicht angebunden. Die Wärmedämmschicht weist bevorzugterma- ßen eine kolumnare Mikrostruktur auf, wobei die Achsenrich- tung der in der kolumnaren Mikrostruktur vorhandenen Kristal- lite im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Grundkör-
pers ist. Die Wärmedämmschicht weist vorzugsweise eine Dicke von zwischen 150 und 300 um, vorzugsweise etwa 200 um, auf.
Die kolumnaren, stengelförmigen Kristallite haben vorzugs- weise einen mittleren Durchmesser von unter 5um, insbesondere unter 2,5um auf. Die Wärmedämmschicht weist hierbei vorzugs- weise eine Keramik auf, welche insbesondere mit Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid ist. Je nach Anforderungen des Erzeugnisses können auch andere Wärmedämmschichten umfassen tertiäre Oxide, Spinelle oder Mullite Verwendung finden.
Das Erzeugnis ist vorzugsweise eine Komponente einer Gastur- bine, insbesondere eine Gasturbinenschaufel, eine Laufschau- fel oder eine Leitschaufel. Mit einer Schutzschicht der oben- genannten Art sowie einer über eine Anbindungsschicht aus Aluminiumoxid angebundene Wärmedämmschicht sind vorzugsweise Gasturbinenschaufeln der ersten beiden Leitschaufelreihen und der ersten Laufschaufelreihen unmittelbar stromab einer Brennkammer einer Gasturbine beschichtet.
Vorzugsweise ist die Außenschicht der Schutzschicht durch Um- schmelzen der Innenschicht im Bereich ihrer Oberfläche herge- stellt, d. h. ein Bereich der Innenschicht wird umgeschmolzen.
Dieses Umschmelzen wird vorzugsweise durch Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlen durchgeführt, welche ein schnelles Um- schmelzen ohne eine wesentliche Veränderung der chemischen Zusammensetzung der MCrAlY-Legierung in der Außenschicht und der Innenschicht hervorrufen. Durch Aufschmelzen der freien, d. h. unbehandelten Oberfläche der MCrAlY-Legierung der Innen- schicht durch Elektronenstrahlen, Ionenstrahlen oder ähnli- chem ist es möglich, in den oberen Randgebieten von einigen Mikrometern eine im wesentlichen reine, temperaturstabile y- Phase zu erzeugen, welche die Außenschicht bildet. Diese y- Phase bewirkt, wie oben bereits ausgeführt, daß sich unmit- telbar während der Bildung einer Oxidschicht nunmehr an der Oberfläche der Außenschicht eine stabile, dichte und dünne a-Aluminiumoxidschicht, die Anbindungsschicht, ausbildet.
Das durch Oxidation gebildete Oxid, überwiegend Aluminium-
oxid, wird als thermisch gewachsenes Oxid (thermally grown oxid, TGO) bezeichnet. Die Bildung dieses Oxides, der Anbin- dungsschicht, kann sowohl vor einem Aufbringen der Wärmedämm- schicht als auch während und nach dem Aufbringen der Wärme- dämmschicht erfolgen. Die Wärmedämmschicht wird hier vorzugs- weise durch Aufdampfen aufgebracht. Aufgrund der geringen Aufwachsrate und homogenen Struktur des thermische gewachse- nen Oxides (TGO) werden die Spannungen im Bereich des ther- misch gewachsenen Oxides, der Anbindungsschicht, während ei- nes Einsatzes des Erzeugnisses bei einer hohen Temperatur in einer oxidierenden und korrosiven Umgebung, insbesondere bei Umströmen durch ein heißes aggressives Gas, reduziert. Hier- durch wird die Lebensdauer von Wärmedämmschichten erhöht, die über die Anbindungsschicht und die Schutzschicht an den Grundkörper angebunden sind, da ein Abplatzen der Anbindungs- schicht aufgrund des geringen Wachstums des thermisch gewach- senen Oxids zu einem späteren Zeitpunkt stattfindet.
Es ist ebenfalls möglich, die Außenschicht aus einer flüssi- gen Phase, insbesondere galvanisch, auf eine bereits vorher aufgebrachte Innenschicht aus einer MCrAlY-Legierung aufzu- bringen. Die Innenschicht kann hierbei auf geeignete Art und Weise gegebenenfalls ebenfalls durch Abscheiden aus einer flüssigen Phase auf den Grundkörper aufgebracht sein. Die zweite MCrAlY-Legierung der Außenschicht weist hierbei die Zusammensetzung einer y-Phase auf. Die erste MCrAlY-Legierung kann konventionell aufgespritzt sein.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht auf einen metallischen Grundkörper eines Erzeugnisses gerichtet Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß eine Innen- schicht mit einer ersten MCrAlY-Legierung aufgebracht wird und diese Innenschicht im Bereich ihrer freien Oberfläche so umgeschmolzen wird, daß eine Außenschicht gebildet ist, in der die MCrAlY-Legierung im wesentlichen in der y-Phase vor- liegt. Alternativ hierzu kann auf die konventionell ge- spritzte oder galvanisch abgeschiedene erste MCrAlY-Legie-
rung, welche die Innenschicht bildet, eine zweite MCrAlY-Le- gierung aus einer flüssigen Phase, insbesondere galvanisch, abgeschieden werden, wobei die zweite MCrAlY-Legierung hier- bei die Außenschicht bildet und im wesentlichen in der y- Phase vorliegt.
Die auf eine Gasturbinenschaufel mit einem metallischen Grundkörper gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem metallischen Grundkörper eine Schutz- schicht (Haftschicht) zum Schutz gegen Korrosion angebunden ist, die eine an den Grundkörper angebundene Innenschicht aus einer ersten Haft-Legierung und einer an die Innenschicht an- gebundene Außenschicht mit einer zweiten Haft-Legierung auf- weist, wobei die zweite Haft-Legierung überwiegend, vorzugs- weise fast vollständig, in der y-Phase vorliegt und an die Außenschicht eine dünne Anbindungsschicht mit Aluminiumoxid überwiegend der a-Phase angebunden und daran eine Wärmedämm- schicht angebunden ist. Die erste Haft-Legierung und die zweite Haft-Legierung sind vorzugsweise jeweils eine (glei- che) Legierung der Art MCrAlY, je nach Anforderung abgeändert durch Zusatz von einem Legierungselement oder mehreren Legie- rungselementen, insbesondere Rhenium.
Der Grundkörper besteht vorzugsweise aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Superlegierung, gegebenenfalls auch eine Ei- senbasis-Superlegierung.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spiels wird das Erzeugnis, insbesondere die Gasturbinenschau- fel, mit der Schutzschicht, der Anbindungsschicht und der Wärmedämmschicht näher erläutert.
Es zeigen in teilweise schematisierter und nicht maßstäbli- cher Darstellung, FIG 1 eine perspektivische Darstellung einer Gasturbinen- laufschaufel und
FIG 2 einen Ausschnitt eines Schnittes senkrecht zur Oberfläche der Gasturbinenlaufschaufel.
Das in Figur 1 dargestellte Erzeugnis 1, eine Gasturbinen- laufschaufel 1, weist einen metallischen Grundkörper 2 aus einer Nickelbasis-oder Kobaltbasis-Superlegierung auf. Auf den Grundkörper 2 ist gemäß Figur 2 eine als Haftschicht die- nende Schutzschicht 3,4 aus einer Innenschicht 3, die unmit- telbar an den Grundkörper 2 angebunden ist, und einer an die Innenschicht 3 angebundenen Außenschicht 4 aufgebracht. Die Innenschicht 3 weist eine erste Legierung der Art MCrAlY auf und die Außenschicht eine zweite Legierung ebenfalls der Art MCrAlY auf, wobei die zweite Legierung im wesentlichen, vor- zugsweise fast vollständig, in der y-Phase vorliegt. Auf diese als Haftschicht dienende Schutzschicht 3,4 ist eine Wärmedämmschicht 6 angebunden, die vorzugsweise aus einer stengelförmigen Keramik, beispielsweise mit Yttriumoxid teil- stabilisiertem Zirkonoxid besteht. Zwischen der Schutz- schicht 3,4 und der Wärmedämmschicht 6 ist eine Anbindungs- schicht 5 angeordnet. Diese Anbindungsschicht 5 besteht vor- zugsweise aus einem thermisch gewachsenen Oxid, insbesondere Aluminiumoxid. Dieses thermisch gewachsene Oxid liegt bereits zu Beginn der Oxidation in der stabilen a-Phase vor, wobei die unmittelbar Bildung der a-Phase zu Beginn der Oxidation durch die y-Phase in der Außenschicht 4 hervorgerufen wird.
Gegenüber einem thermisch gewachsenen Oxid, welches überwie- gend in der ß-Phase aufwächst, weist das in der stabilen a- Phase aufwachsende Oxid eine deutlich geringere Schichtdicke auf. Hierdurch erfolgt nicht nur eine gute Anbindung der Wär- medämmschicht an die Schutzschicht 3,4, sondern auch eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer der Warmedammschicht 6 dadurch, daß ein Ablösen der Anbindungsschicht 5 aufgrund ei- ner hohen Wachstumsgeschwindigkeit, wie sie bei einem Oxid in der ß-Phase der Fall wäre, vermieden ist.
An der äußeren Oberfläche 8 der Wärmedämmschicht 6 strömt bei einem Einsatz der Gasturbinenlaufschaufel 1 in einer nicht dargestellten Gasturbine ein heißes aggressives Gas 9 vorbei, welches durch das aus der Schutzschicht 3,4 der Anbindungs- schicht 5 und der Wärmedämmschicht 6 gebildete Schichtsystem wirksam von dem metallischen Grundkörper 2 physikalisch und chemisch ferngehalten wird. Dies ist von besonderem Vorteil bei einer Gasturbinenlaufschaufel 1 sowie bei einer Gasturbi- nenleitschaufel, die dem unmittelbar aus einer nicht darge- stellten Brennkammer ausströmenden heißen Gas von bis zu über 1300 °C ausgesetzt ist.
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