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Patent Searching and Data


Title:
LAYER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/045844
Kind Code:
A1
Abstract:
In layer systems according to prior art, the adhesion between the layers or between the layers and the substrate is often poor. In the inventive layer system (1), the surface of the interface (9) between the layers is enlarged such that the connection and adhesion are improved.

Inventors:
HALBERSTADT KNUT (DE)
STAMM WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/012095
Publication Date:
June 03, 2004
Filing Date:
October 30, 2003
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
HALBERSTADT KNUT (DE)
STAMM WERNER (DE)
International Classes:
B32B15/00; B32B18/00; C23C4/02; C23C28/00; C25D15/02; F01D5/00; F01D5/28; (IPC1-7): B32B15/00; B32B18/00; C23C4/02; C25D15/02; F01D5/00; F01D5/28
Foreign References:
EP1050663A22000-11-08
US20020168537A12002-11-14
US20020076571A12002-06-20
EP0315122A21989-05-10
US6440499B12002-08-27
US5894053A1999-04-13
US5906895A1999-05-25
EP0443877A11991-08-28
EP0783043A11997-07-09
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
1. Schichtsystem (1) mit einem Substrat (4), einer Zwischenschicht (7) und einer äußeren Schicht (16), Teilchen (10) grober Körnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (10) auf der Zwischenschicht (7) vorhanden sind, auf denen die äußere Schicht (16) aufgebracht ist, wobei die Zwischenschicht (7) eine Zusammensetzung MCrAlY aufweist, wobei die Teilchen (10) eine Zusammensetzung MCrAlY aufweisen, und wobei M für ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht.
2. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die groben Teilchen (10) vor Aufbringung der äusseren Schicht (16) eine weitere Schicht (13) aufgebracht ist.
3. Schichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13) aus Teilchen mittlerer Körnung besteht.
4. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (7) zumindest teilweise aus Teilchen feiner Körnung besteht.
5. Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (7) dicht ist.
6. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) eine kobaltoder nickelbasierte Superlegierung ist.
7. Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die groben Teilchen (10) eine Zusammensetzung MCrAlY aufweisen, wobei M für ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht.
8. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) eine keramische Schicht ist.
9. Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) eine Wärmedämmschicht ist.
10. Schichtsystem nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (7) durch Plasmaspritzen aufgebracht ist.
11. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (1) ein Gasturbinenteil ist.
12. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (10) grober Körnung Korndurchmesser grösser 80 Mikrometer, insbesondere grösser 100 Mikrometer aufweisen.
13. Schichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen mittlerer Körnung für die Schicht (13) Korndurchmesser zwischen 22 Mikrometer und 62 Mikrometer aufweisen.
14. Schichtsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen feiner Körnung für die Zwischenschicht (7) Korndurchmesser kleiner 22 Mikrometer, insbesondere 8 und 22 aufweisen.
15. Schichtsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen für die Zwischenschicht (7) Korndurchmesser zwischen 8 Mikrometer und 44 Mikrometer aufweisen.
16. Schichtsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Teilchen für die Zwischenschicht (7) mit feiner Körnung bei 50% liegt.
Description:
Schichtsystem Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die US-PS 5,952, 110 offenbart ein Schichtsystem, bei dem gro- be Partikel in einer äusseren Schicht enthalten sind. Die groben Teilchen ragen aus der äußeren Oberfläche heraus und dienen zur Erhöhung des abrasiven Widerstands. Die groben Partikel weisen eine andere chemische Zusammensetzung als die Schicht auf.

Die US-PS 5,579, 534 offenbart ein Schichtsystem, das mindes- tens drei Schichten aufweist, bei dem grobe Teilchen auf ei- ner Schicht aus feineren Teilchen angeordnet sind.

Die US 6,444, 331 zeigt eine Bondschicht, die aufgerauht ist, um eine verbesserte Haftung von Wärmedämmschicht und Bond- schicht zu erreichen.

Schichtsysteme weisen aber immer noch eine schlecht Haftung der Schichten untereinander oder der Schicht auf einem Substrat auf.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu über- winden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem gemäß des An- spruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Schichtsystems sind in den Unteransprüchen aufgelistet. Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Unteransprüche können miteinander kombiniert werden.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Schichtsystems 1.

Ein Schichtsystem 1 besteht aus einem Substrat 4, das bei- spielsweise aus einem keramischen oder einem metallischen Material, insbesondere einer kobalt-oder nickelbasierten Superlegierung, besteht.

Auf dem Substrat 4 ist eine Zwischenschicht 7 angeordnet.

Diese Zwischenschicht weist insbesondere eine hohe Dichte auf und besteht im Fall der Superlegierung als Substrat 4 aus der Zusammensetzung des Typs MCrAlY (M= Fe, Co, Ni).

Die Mikrostruktur der Zwischenschicht 7 weist zumindest teilweise feine Teilchen (feine Körnung) auf bzw. ist zumindest teilweise aus Teilchen feiner Körnung hergestellt worden. Feine Körnung bedeutet Korndurchmesser kleiner 22 Mikrometer, insbesondere zwischen 8 und 22 Mikrometer. Der Anteil Teilchen mit feiner Körnung zur Herstellung der Zwischenschicht 7 beträgt bspw. 50%. Insbesondere die Teilchen feiner Körnung erlauben die Herstellung einer dichten Zwischenschicht 7.

Die Teilchen für die Zwischenschicht 7 weisen bspw.

Korndurchmesser zwischen 8 und 44 Mikrometer auf.

Die Zwischenschicht 7 kann auf verschiedene Art und Weise hergestellt worden sein : Chemical Vapour Deposition (CVD), Plasmaspritzen (APS, LPPS, VPS, .. ), High Velocity Oxy Fuel (HVOF) oder andere Beschichtungsmethoden.

Auf der äußeren Oberfläche 8 der Zwischenschicht 7 ist eine möglichst einlagige Schicht aus sehr grobkörnigen Spritzgut 10 aufgebracht, wobei die Korndurchmesser bspw. größer 80 Mikrometer, insbesondere grösser 100 Mikrometer, sind. Dabei wird eine noppenartige Oberfläche gebildet.

Beim Plasmaspritzen wird die Plasmaspritz-Anlage bspw. so eingestellt, dass nur ein Oberflächenbereich der groben Kör- ner 10 aufschmilzt, um eine Haftung der groben Körner 10 auf der Zwischenschicht 7 zu ermöglichen. Die groben Körner 10 weisen bspw. eine Zusammensetzung der Art MCrAlY auf.

Ebenso kann die äußere Oberfläche 8 der Zwischenschicht 7 erwärmt oder aufgeschmolzen werden, d. h. sie ist weich, so dass beim Auftreffen von groben Teilchen 10, insbesondere bei hoher Geschwindigkeit, diese in die Zwischenschicht 7 eindringen und sich dort verankern.

Ebenso können bspw. durch lokales Wachstum auf der Oberfläche 8 grobe Teilchen 10 wachsen gelassen werden, indem lokal auf der Oberfläche 8 verteilt Wachstumskeime vorhanden sind oder die Oberfläche so angeregt ist, dass nur dort Wachstumsbedin- gungen gegeben sind.

Die Haftoberfläche 9, die von der Zwischenschicht 7 und den groben Teilchen 10 gebildet wird, ist wesentlich größer als die äußere Schicht der noch unbeschichteten Oberfläche 8 der Zwischenschicht 7.

Auf die so hergestellte Struktur von Zwischenschicht 7 und groben Teilchen 10 wird optional eine weitere dünne Schicht 13 (bspw. 40 bis 80 Mikrometer dick) eines Spritzgutes mittelgrober Körner (mittlere Körnung : 22 bis 62 Mikrometer) mittels bekannter Verfahren aufgetragen.

Die vergrösserte Haftoberfläche 9 bleibt erhalten. Durch die bis um vorzugsweise mindestens 20% größere Haftoberfläche 9 wird eine bessere Haftfestigkeit der äußeren Schicht 16 mit dem Schichtsystem 1 erreicht.

Die Schicht 13 weist bspw. eine Zusammensetzung der Art MCrAlY auf.

Die groben Teilchen 10 und die mittleren Teilchen 13 der Schicht 13 können durch atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), Niederdruckplasmaspritzen (LPPS), Vakuumplasmaspritzen (VPS), Kaltgasspritzen oder Sprühkompaktspritzen aufgebracht werden.

Auf die Schicht 13 wird eine äußere Schicht 16 aufgetragen.

Die äußere Schicht 16 ist beispielsweise eine keramische Schicht und im Fall der Anwendung für Turbinenbauteile, ins- besondere für Gasturbinenbauteile, ist die äußere Schicht 16 eine Wärmedämmschicht.