| JPS62101372 | METHOD AND DEVICE FOR SOLDERING |
| WO/2004/004958 | METHOD FOR FAULT-FREE WELDING IN THE START/STOP REGION |
WILKENHOENER ROLF (DE)
STAMM WERNER (DE)
WILKENHOENER ROLF (DE)
| US4249963A | 1981-02-10 | |||
| EP0298309A1 | 1989-01-11 | |||
| US4098450A | 1978-07-04 |
Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln einer Lötstelle (7) eines Bau- teils (1, 120, 130, 155), wobei die Lötstelle (7) eine Legierung mit zumindest einem Schmelzpunkterniedriger darstellt , bei dem das Bauteil (1, 120, 130, 155) mit der Lötstelle (7) bei einer Temperatur von 800 0 C bis 1300 0 C geglüht wird, so dass der zumindest eine Schmelzpunkterniedriger aus der Lötstelle (7) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, beim dem während der Glühung ein Gas verwendet wird, das mit dem Schmelzpunkterniedriger reagiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , bei dem Wasserstoff (H 2 ) als Gas verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , bei dem ein Halogenid, insbesondere ein Wasserstoffhalogenid, ganz insbesondere Fluorwasserstoff (HF) , als Gas verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Dauer der Glühung zwischen fünf Minuten (5min) und einer Stunde (Ih) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Zeitdauer der Glühung bei mindestens einer Stunde (Ih) liegt, insbesondere bei einer Stunde (Ih) .
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,, bei dem die Zeitdauer der Glühung bei 30min bis 60min liegt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lötstelle (7) nur einen Schmelzpunkterniedriger aufweist .
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 8, bei dem die Lötstelle (7) Bor als Schmelzpunkterniedriger aufweist .
10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 8 oder 9, bei dem die Lötstelle (7) Silizium als Schmelzpunkterniedriger aufweist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche, bei dem die Glühung mit gerichtet erstarrten Werkstoffen (DS, SX) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche, bei dem das Lot (8) der Lötstelle (7) eine Mischung aus einer Lotlegierung und einer Superlegierung darstellt.
13. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem der Druck des Gases 10 3 Pa - 10 5 Pa beträgt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Temperatur der Glühung 800 0 C bis 1100 0 C beträgt .
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Temperatur der Glühung 1100 0 C bis 1300 0 C beträgt .
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Glühung im Feinvakuum ≤ 10 "3 hPa stattfindet, insbesondere im Hochvakuum ≤ 10 "5 hPa, ganz insbesondere um 10 "5 hPa beträgt. |
GLüHUNG VON GELöTETEN BAUTEILEN IN EINEM REDUZIERENDEN GAS
Die Erfindung betrifft das Glühen von gelöteten Bauteilen.
Für die Herstellung von Heißgaskomponenten insbesondere in Gasturbinen kommen oft nur Superlegierungen auf Nickel-, Kobalt- oder Eisenbasis in Frage. Charakteristische Eigenschaften von Superlegierungen bei hohen Temperaturen sind hohe Festigkeit, hohe Zeitstandsfestigkeit, gute Duktilität und je nach Chromgehalt gute Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften kombiniert mit einer hohen Qualitätssicherung führen zu hohen Herstellungskosten in der Neuteilefertigung. Nach einer gewissen Anzahl von Betriebsstunden in Heißgas - atmosphäre und korrodierenden Bedingungen weisen diese Komponenten in manchen Bereichen Schäden wie Risse, Erosionen, Oxidations-, Korrosion- und Anstreifschaden auf.
Deswegen wird seit längerer Zeit nach einer geeigneten Tech- nologie für die Reparatur dieser Schäden an solchen Komponenten gesucht. Dabei werden an der Reparaturstelle Eigenschaften gefordert, die möglichst nah an den mechanischen Eigenschaften des Neuteils liegen. Aussichtsreichstes Reparaturverfahren ist das Reparaturlöten, z. B. das Auftragslöten, das Löten mit vorgesinterten Vorkörpern (presintered pre- forms) sowie das Engspaltlöten für die Reparatur von engen Rissen. Die herkömmlich eingesetzten Lotlegierungen sind von der Zusammensetzung her ähnlich den Superlegierungen, müssen aber Schmelzpunkterniedriger enthalten. Erst so wird gewähr- leistet, dass die Lotlegierung unterhalb der Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs (der Superlegierung) verarbeitet werden kann. Zumeist wird Bor als Schmelzpunkterniedriger eingesetzt. Der notwendige Zusatz von Bor als Schmelzpunkterniedriger wirkt sich auf zweierlei Weise negativ auf die mechani- sehen Eigenschaften der Lötreparatur aus: es werden spröde
Phasen wie Chromborid (CrB) im Grundwerkstoff gebildet. Aber auch die Beschichtung kann unter der Betriebstemperatur durch Bordiffusion verspröden. Durch die Bildung von Sprödphasen im
Zwischenschichtbereich (Haftvermittlerschichtbereich) zwischen dem Grundwerkstoff und der keramischen Wärmedämmschicht wird die Anbindung der Keramik an die Haftvermittlerschicht durch verstärkte Oxidation unter Betriebstemperaturen im Be- reich der Leitstelle reduziert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lösung für oben genanntes Problem zu benennen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Dabei wird vorgeschlagen, den Anteil des Schmelzpunkternied- rigers wie z. B. Bor aus der Lötstelle nach dem eigentlichen Lötvorgang zu entfernen. Dabei wird eine Glühung insbesondere in einer reduzierenden Atmosphäre vorgeschlagen. Die vorhandenen Reaktivelemente dieser Atmosphäre verbinden sich dabei selektiv mit dem Schmelzpunkterniedriger der Lötstelle zu flüchtigen Reaktionsprodukten bzw. der Schmelzpunkterniedriger verdampft im Hochvakuum. Die entstehenden flüchtigen Reaktionsprodukte werden vorzugsweise abgeleitet bzw. abgesaugt.
Vorteilhafterweise, aber nicht notwendigerweise, erfolgt dieses Glühen in reaktiver Atmosphäre zeitgleich mit dem eigentlichen Lötvorgang oder auch mit dem Diffusionswärmebehandeln der Lötstelle. Diese Diffusionswärmebehandlung ist nach dem
Löten allgemein stets erforderlich, um die Lötstelle zu homogenisieren.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Bor als Schmelzpunkterniedriger, sondern auch auf andere Schmelzpunkternied- riger wie z. B. Silizium, Scandium, Zirkonium, Palladium, Germanium und/oder Gallium.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön- nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen
Figur 1 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Figur 2 eine Gasturbine,
Figur 3 perspektivisch eine Turbinenschaufel, Figur 4 perspektivisch eine Brennkammer und Figur 5 eine Liste von Superlegierungen.
In Figur 1 ist schematisch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Ein Bauteil 1, 120, 130, 155 (Fig. 2, 3, 4) auf Nickel-, Kobalt- oder Eisenbasis weist einen Riss (nicht dargestellt) auf, der entsprechend gereinigt und ggf. ausgemuldet (Mulde 7 ) wurde .
Ein Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 weist vorzugsweise eine Legierung gemäß Figur 5 auf. Das Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 weist vorzugs- weise eine gerichtet erstarrte Struktur (DS, SX) auf.
Jedenfalls weist das Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130 eine Mulde 7 auf, in die ein Lot 8 eingebracht wurde. Das Lot 8 kann durch Spachteln, Pinseln, Spritzen oder andere Verfahren aufgetragen worden sein. Das Lot 8 besteht vorzugsweise aus Loten wie AMDRY DF4B, DF3 , 788, BRB oder CO333. Den Loten 8 können vorzugsweise Anteile von artgleichen oder artähnlichen Grundwerkstoffen wie z. B. Rene 80, IN738, IN939, MAR-M509, ECY768, PWA1483SX, CM247 zugemischt sein. Das Löten erfolgt vorzugsweise im Hochvakuum (<10 "5 mbar = 10 ~5 hPa) oder in einem Gas bei Temperaturen von 800 0 C bis 1300 0 C, vorzugsweise bei 1100 0 C bis 1300 0 C, für eine Dauer von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Vorzugsweise beträgt der Zeitraum der Glühung eine halbe bis eine ganze Stunde. Die Zeitdauer kann vorzugsweise der Zeitdauer der Diffusionswärmebehandlung entsprechen .
Die Temperatur entspricht vorzugsweise der Temperatur einer Diffusionswärmebehandlung des Materials des Substrats 4, die nach dem Löten durchgeführt wird.
Vorzugsweise weist das Lot 8 nur einen Schmelzpunkterniedri- ger auf .
Dies ist vorzugsweise Bor (B) oder Silizium (Si) . Die Lötstelle 7 weist vorzugsweise nur Bor oder Borverbindungen 10 auf.
Nach der Lötung wird das Bauteil 1, 120, 130, 155 in einem Gas, vorzugsweise Wasserstoff, geglüht. Wenn das Gas und die Reaktionsprodukte während der Diffusionsbehandlung entfernt werden, ist diese Entfernungsbehandlung des Schmelzpunkter- niedrigers beendet und es findet nur noch die Diffusionsbehandlung statt .
Ebenso kann vorzugsweise ein Halogenid, ein Wasserstoffhalo- genid, insbesondere Fluorkohlenwasserstoff (HF) , als reduzierendes Gas verwendet werden. Ebenso sind Mischungen aus HF mit anderen Gasen, beispielsweise HF/H 2 möglich.
Während dieser Glühung verbindet sich das Bor an der Oberfläche der Lötstelle 7 mit dem reduzierenden Gas, beispielsweise Wasserstoff, unter Bildung flüchtiger Reaktionsprodukte. Da- durch entsteht in der Konzentration ein Borgradient in der
Lötstelle 7, der zur Diffusion von dem sehr diffusionsaktiven Bor in Richtung der Oberfläche 13 führt, welches dann wieder mit dem reduzierenden Gas reagiert und sich so verflüchtigt. Durch diesen Mechanismus verarmt die Lötstelle 7 zunehmend an Bor.
Im Falle von Wasserstoff bildet sich bei Temperaturen > 800 0 C gemäß der Formel
1^H 2 + B → BH 3 .
Bei Verwendung eines höheren Umgebungsdrucks kann sich auch Diboran B 2 H 6 bilden.
Ebenso kann sich das Diboran bei 600 0 C bis 800 0 C zu reinem Bor an Tantal, Wolfram oder Bor-Nitrid-Oberflächen zersetzen.
Das Bauteil 120, 130, 155 kann auch während der Glühung an den Stellen neben der Lötstelle 7 maskiert werden.
Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt . Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. 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 an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch
wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 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, so dass 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 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch be- lastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen 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.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (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, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . 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.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , d.h. sie
ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt- riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .
Die Figur 3 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 Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
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 Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive 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.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt 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 besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, 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 Korngrenzen 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.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (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 Zusammenset- zung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10Al-0,4Y-l,5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt . Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten 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 Einsatz 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 angedeutet) auf.
Die Figur 4 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerräum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000 0 C bis 1600 0 C ausgelegt. Um
auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise 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.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitze - Schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert.
Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer
110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
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