DichtungsSystem

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren, das Teilchen verwendet, bei dem eine HartstoffSchicht um abrasive Partikel wie kubisches Bornitrid (cBN) aufgebracht wird und vor Oxida tion während des Schweißens schützt, ein Schichtsystem und ein Dichtungssystem.

Der optimale Spalt in Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken hat einen entscheidenden Einfluss auf Wirkungsgrad und Per formance dieser Maschinen. Ein etabliertes System, um diesen einzustellen, ist eine Einreibeschicht auf Gehäuseseite/Sta tor (z.B. Honeycombs), in welche die rotierenden Teile (z.B. Turbinenschaufeln, Rotor) sich einreiben.

Dadurch wird unabhängig von Fertigungstoleranzen, asymmetri scher Gehäuseverformung, Rotorverschiebung, etc. der optimale Spalt eingeschliffen.

Des Weiteren ist das Panzern der Schaufelspitzen mit kubi schem Bornitrid (cBN) , um die Schaufelspitzen beim Einreiben zu schützen, bekannt: US 2015/0377039 Al.

Die Applikation des cBN ist allerdings problematisch, da cBN nicht besonders gut Bindungen mit anderen Materialien ein geht. Des Weiteren muss für den Turbinenbereich das einbet tende Material (Matrix) hochtemperaturbeständig sein. Einbet tungen in z.B. Harz-Derivaten wie im Schleifmittelbau (US 2013/004938 Al) ist daher nicht möglich.

Die US 8,308,830 B2 offenbart beschichtete Partikel aus kubi schen Bornitrid, die zwei Lagen von Beschichtungen aufweisen.

Die US 4,399,167 offenbart die metallische Beschichtung von abrasiven Partikeln. Die US 10,183,312 B2 offenbart beschichtete abrasive Partikel mit einer Lötschicht, wobei diese Lötschicht die Matrix der herzustellenden Schicht darstellt.

Bekannte Fertigungsverfahren sind die galvanische Applikation oder das induktive Auflöten mittels spezieller cBN Tapes. Beides ist kostenintensiv und technisch komplex.

Nachteilig ist allerdings, dass bei beiden Verfahren die ein bettende Matrix nicht besondere korrosionsbeständig ist.

Außerdem kann die Schichtdicke nicht beliebig eingestellt werden .

Man nahm die Heißgaskorrosion und das damit einhergehende Korrodieren des cBN innerhalb der ersten hundert Betriebs stunden in Kauf.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Partikel gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 4, ein Schichtsystem gemäß An spruch 7 und ein Dichtungssystem gemäß Anspruch 10.

Die Lösung weist drei Aspekte auf:

• Neues korrosionsbeständiges Matrixmaterial MCrAlY.

• MCrAlY wird mittels Laserauftragsschweißen aufgebracht.

• Geänderte cBN Partikel (Schutzmantel)

Die Experimente haben gezeigt, dass pures cBN die erfor derlichen Temperaturen im Laserstrahl nicht unbeschadet überstehen. Nur durch den Einsatz von Heißgasbeständigen Karbid-Ummantelungen wie insbesondere TiC übersteht das cBN die Verweildauer im Laserstrahl unbeschadet. • Durch den Einsatz der Schutz-Ummantelung ist Laserauf tragsschweißen von cBN verstärkten Beschichtungen über haupt erst möglich.

• Die Beschichtung hat durch das besondere Matrixmaterial eine erhöhte Heißgas-Korrosionsbeständigkeit. Die Funkti onsschicht kann somit auch nach vielen hundert Betriebs stunden noch ihre Funktion erfüllen.

• Laserauftragsschweißen ermöglicht eine freiere Definition der Schichtdicke: von 0,1mm bis mehrere Millimeter sind möglich .

• Sehr gute Anbindung der cBN-Körner in der Matrix durch

„bindungsfreudige" Ummantelung (TiC) der cBN-Partikel .

Die Figur 1 zeigt schematisch ein beispielhaftes Partikel, das in einer beispielhaften Schichtsystem gemäß Figur 2 auf getragen wurde.

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

Die Figur 1 zeigt ein ummanteltes Partikel 4, insbesondere kubisches Bornitrid (cBN) , das im Inneren ein blockiges Teil chen eines abrasiven Materials, hier kubisches Bornitrid auf weist, insbesondere daraus besteht, und eine Ummantelung 7 aufweist und so das Teilchen 1 bildet.

Zum Schutz vor Oxidation beim Laserauftragschweißverfahren ist das abrasive Teilchen 4 mit einer Ummantelung 7 aus einer Hartstoffverbindung, wie vorzugsweise einem Karbid, ganz ins besondere Titancarbid (TiC) , ummantelt.

Solche Teilchen 1 können beim Auftragschweißverfahren verwen det werden, wobei diese ummantelten abrasiven Partikel 4 mit dem anderen metallischen Pulver, vorzugsweise mit einer

Nickelbasis- oder einer Kobaltbasis-Superlegierung sowie einer NiCoCrAlY-Legierung vermischt sind oder in einem Draht verpresst oder verarbeitet sein, der in einem Auftragschwei ßen verwendet wird.

NiCoCrAlY bedeutet NiCoCrAlY + X mit Zusätzen von X = Tantal (Ta), Aluminium (Al), Silizium (Si) und/oder Eisen (Fe).

Diese Auflistung ist vorzugsweise abschließend.

Das Matrixmaterial ist verschieden von dem abrasiven Partikel 4 und dessen Ummantelung 7, da es metallische ist, d.h. vor zugsweise eine metallische Legierung darstellt.

Die Verwendung in einem SLM oder SLS Pulverbett-Verfahren ist auch möglich.

Mittels eines solchen Schweißverfahrens und solcher Teilchen 1 gemäß Figur 1 kann ein Schichtsystem 10 gemäß Figur 2 her gestellt werden, bei dem ein Bauteil 10, vorzugsweise ein Turbinenbauteil, ein Substrat 13 eine Oberfläche 14 aufweist, auf dem 13 oder auf der 14 eine Schicht 16 mit den Teilchen aufgetragen worden ist. Die Teilchen 1 sind vollkommen in der Schicht 16 innerhalb der Matrix oder ragen aus der Schicht 16 heraus .

Die Schicht 16 ist in einem solchen Dichtungssystem dann vor zugsweise nur auf der Schaufelspitze einer Turbinenlaufschau fel aufgebracht.

Die Turbinenlaufschaufel kann und wird in der Regel bei Gas turbinen auf dem Schaufelblatt und/oder der Schaufelplattform ebenfalls metallische und/oder keramische Beschichtungen auf weisen, die aber nicht die Teilchen 1 aufweisen.

Der Stator oder das Gehäuses einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine, weist auch eine Schutzbeschichtung auf, in die sich diese abrasive Schicht 16 einreibt. Die Beschichtung auf dem Gehäuse oder Stator kann nur metallisch, nur kera misch sein oder ein Schichtsystem aus metallischer Haftver mittlerschicht und äußerer keramischer Schicht aufweisen. Die Schichten oder das Schichtsystem des Gehäuses sind so ausgebildet, dass sie mechanisch weicher sind als die abrasi ve Schicht 16, so dass ein Einschleifen möglich ist. Dies kann durch die Zusammensetzung der metallischen oder kerami- sehen Beschichtung und/oder auch durch Einstellung der Poro sitäten der Schicht oder der Schichten erzielt werden.