Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß Anspruch 1 , bei dem sich eine Oxidschicht aus ^¬ bilden kann und ein Bauteil gemäß Anspruch 14 oder 15.

Bauteile, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, bil ^¬ den oft eine Oxidschicht, wobei „metallische" Atome aus dem Bauteil an die Grenzfläche Bauteil-Metalloxid diffundieren und das Bauteil im Bereich unterhalb der Oxidschicht an die ^¬ sem Metallelement verarmt .

Heißgasbeaufschlagte Bauteile in Gasturbinen werden oft durch Wärmedämmschichten auf MCrAlX-Haftvermittlerschichten geschützt . Die Haftung der Wärmedämmschicht auf der MCrAlX- Schicht wird im Wesentlichen durch eine Aluminiumoxidschicht zwischen der MCrAlX-Schicht und der Wärmedämmschicht erzeugt . Die Aluminiumoxidschicht (thermal grown oxide - TGO) wächst jedoch während des Betriebes an, bis es letztlich zum Versagen der Haftung kommt .

Häufig werden die MCrAlX-Schichten mit einer Platinierung versehen, die als Diffusionssperre das Wachstum der TGO ver- langsamen soll . Zum einen ist dieser Prozess teuer, da reines Platin zur Anwendung kommt und ein zusätzlicher Beschich- tungsprozess die Kosten in die Höhe treibt . Zum anderen diffundiert das Platin während des Betriebs in das Substrat des Bauteils . Dies führt jedoch beim so genannten Refurbish- ment , dem Wiederaufarbeiten des Bauteils , zur Veränderung der bekannten Wiederaufarbeitungsprozes se, da das Platin zu einem verstärkten Angriff von Säure auf das Substrat führt .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für die Be- handlung eines Bauteils aufzuzeigen, wodurch eine Oxidschicht eines Bauteils langsamer wächst .

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst .

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Bauteil aufzuzei ^¬ gen, bei dem sich eine Oxidschicht langsamer ausbildet .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil gemäß Anspruch 14 und 15.

In den Unteransprüchen des Verfahrens und des Bauteils sind weitere vorteilhafte Maßnahmen ausgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können .

Es zeigen

Figur 1 , 2 , 3 ein Bauteil , das mittels des erfindungsge- mäßen Verfahrens behandelt wird,

Figur 4 , 5 erfindungsgemäße Bauteile

Figur 6 eine Turbinenschaufel,

Figur 7 ein Brennkammerelement und

Figur 8 eine Gasturbine .

Figur 1 zeigt beispielhaft ein Bauteil 1 , das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wird.

Das Bauteil 1 besteht beispielsweise aus einem metallischen Substrat 4. Das Substrat 4 kann ein elementares Metall oder eine Legierung sein . Natürlich können auch Sekundärphasen vorhanden sein .

Im Falle von Bauteilen für Turbinen, wie z . B .

Turbinenschaufeln 120 , 130 (Fig . 6 ) , Hitzeschildelementen 155 (Fig . 7 ) von Gasturbinen 100 (Fig . 8 ) oder Dampfturbinen, ist das Substrat 4 eine eisen-, kobalt- oder nickelbasierte Superlegierung .

Auf dem Substrat 4 ist beispielsweise eine Korrosionsschutz ^¬ oder Haftvermittlerschicht 7 vorhanden . Sie besteht im Falle

von Turbinenbauteilen in der Regel aus einer Legierung des Typs MCrAlX .

Die Korrosionsschutzschicht 7 kann im Bereich ihrer äußeren Oberfläche 22 noch alitiert und/oder chromiert worden sein, sodass sich in der Schutzschicht 7 ein Oberflächenbereich 13 ausgebildet hat, der gegenüber dem anderen unterliegenden Bereich der Korrosions schutzschicht 7 eine erhöhte Konzentra ^¬ tion an Aluminium und/oder Chrom aufweist .

Figur 2 zeigt beispielhaft ein weiteres Bauteil 1 , das mit ^¬ tels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt werden kann .

In diesem Fall weist das Bauteil 1 keine Korrosionsschutz ^¬ schicht auf und ist beispielsweise im Bereich seiner äußeren Oberfläche 25 alitiert und/oder chromiert , sodass sich ein Oberflächenbereich 10 ausgebildet hat, der gegenüber dem restlichen Substrat 4 (beispielsweise aus einer Superlegie- rung) eine erhöhte Konzentration von Aluminium und/oder Chrom aufweist .

Auf dem Substrat 4 oder auf der Korrosionsschutzschicht 7 bildet sich eine Oxidschicht Mel _y Me2 _z O _x und/oder ein Gemisch aus MeIO _x und Me2O _x zumindest eines Elements MeI , Me2 , wobei das zumindest eine Element MeI , Me2 beispielsweise ein Metalloxid bildendes Element („metallisches Element" ) , insbesondere Aluminium, ist . Im Falle Aluminium bildet sich Aluminiumoxid Al ₂ O ₃ (MeI=Al, _γ =2 , z=0 , x=3 ) . Es können sich auch von mehreren Elementen MeI , Me2 Oxide bilden, z . B . Cr ₂ O ₃ und Al ₂ O ₃ oder Mischoxide wie La-Al-O .

Erfindungsgemäß wird die Korrosions schutz schicht 7 , die ali- tierte Korrosionsschutzschicht 7 , das Substrat 4 oder das alitierte Substrat 4 einer Behandlung unterzogen, bei der das

Metall oder die Legierung an zumindest einem Element MeI , Me2 , das eine Oxidschicht 28 (Fig . 3 ) bildet, verarmt wird. Dabei bilden sich Leerstellen oder lokal verarmte Bereiche 16 im Kristallgitter . Es findet kein oder kaum Abtrag eines Schichtbereiches an der Oberfläche 22 , 25 statt . Vielmehr bilden sich in der Korrosionsschutzschicht 7 oder dem Substrat 4 (nicht dargestellt ) lediglich verarmte Bereiche an diesem Element MeI , Me2. Beispielhaft für eine alitierte und/oder chromierte

Korrosionsschutzschicht 7 oder ein Substrat 4 gilt : der Schichtbereich, der an dem Element Aluminium und/oder Chrom verarmt ist, ist aber vorzugsweise dünner als der Schichtbereich 10 , 13, der alitiert oder chromiert wurde .

Im Fall der MCrAlX-Schichten oder einer Superlegierung sind die Elemente entweder Aluminium oder Chrom bzw . Chrom und Aluminium, an die das Substrat 4 oder die Schicht 7 verarmt wird .

Die so behandelte Oberfläche 22 , 25 kann vor dem Einsatz etwas voroxidiert werden und bildet die Oxidschicht 28 , wobei dann eine keramische Wärmedämmschicht 19 (Fig . 3 rechts gestrichelt angedeutet ) aufgebracht werden kann . Im Einsatz , d. h . bei hohen Temperaturen T, wächst die Oxidschicht 28 auf der Korrosionsschutzschicht 7 weiter .

Die keramische Wärmedämmschicht 19 kann aber auch ohne Voroxidation direkt auf die Korrosionsschutzschicht 7 oder auf das Substrat 4 mit dem an dem zumindest einen Element

MeI , Me2 verarmten Bereichen aufgebracht werden . Dabei bildet sich die Oxidschicht 28 während des Betriebs zwischen der Korrosionsschutzschicht 7 und der keramischen Wärmedämmschicht 19 aus .

Die Verarmung des Substrats 4 oder der Korrosionsschutzschicht 7 an zumindest einem Element MeI , Me2 erfolgt erfindungsgemäß beispielsweise durch eine Behandlung durch

eine in Kontaktbringen mit einem Behandlungsfluid, also durch oder mehrere Säuren bzw . Basen oder Basengemischen, eine Elektrolytbehandlung (also unter Anlegen einer elektrischen Spannung) oder Exponierung des Bauteils 1 in einer Umgebung mit zumindest einem Halogen, insbesondere Fluor oder Chlor, oder zumindest einem Halogenid, wie es aus dem Fluori- dionenreinigungsprozes s bekannt ist .

Durch diese Verarmung wächst die TGO sehr viel langsamer, insbesondere um bis zu ca . 20μm pro Servicezyklus weniger als aus dem Stand der Technik bekannt, wodurch ein Gewinn an einigen Tausend Betriebsstunden des Bauteils 1 bei hohen Temperaturen erreicht wird .

Vorzugsweise kann durch die Behandlung die Oberfläche 22 , 25 der Korrosionsschutzschicht 7 oder des Substrats 4 aufgeraut werden, sodas s sich Kluften 31 bilden (Fig . 4 ) , wodurch sich eine bessere Haftung der keramischen Wärmedämmschicht 19 insbesondere einer plasmagespritzen Wärmedämmschicht (APS : atmosphärisches Plasmaspritzen, VPS : Vakuumplasmaspritzen, LPPS : Niedrigdruck Plasmaspritzen) , ergibt .

Als Korrosionsschutzschicht 7 können beispielsweise die verwendet werden, deren chemische Zusammensetzung aus der EP 0 486 489 Bl , EP 0 786 017 Bl , EP 0 412 397 Bl oder aus der EP 1 306 454 Al bekannt sind, wobei die chemische Zusammen ^¬ setzung diese Korrosionsschutzschichten Gegenstand dieser Offenbarung sein sollen .

Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Korrosions ^¬ schutzschicht 7 oder des Substrats 4.

Die Korrosionsschutzschicht 7 besteht beispielsweise aus ein- zelnen Körnern 37 (granulär oder kolumnar) , die untereinander Korngrenzen 34 aufweisen .

Erfindungsgemäß ist auf den Korngrenzen 34 zumindest stellenweise eine Oxidschicht ausgebildet , die insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbereitet wird.

Ein Säure-, Basen- oder Halogenangriff erfolgt insbesondere in die Korngrenzen 34 hinein, da diese gegenüber dem Korn Schwachstellen darstellen, sodass dort hinein bevorzugt ein Angriff erfolgen kann . Während der Beschichtung mit einer keramischen Wärmedämmschicht 19 oder eines Voroxidationspro- zesses der Korrosionsschutzschicht 7 bildet sich dann inner ^¬ halb der Korngrenzen 34 im Bereich der Oberfläche 22 , 29 eine dünne Oxidschicht aus , die die Diffusion des zumindest einen Elements MeI , Me2 , insbesondere Aluminium, entlang der Korngrenzen 34 verringert, da die Diffusion bevorzugt entlang der Korngrenzen 34 stattfindet , und das zumindest eine Element MeI , Me2 im Oxid der Korngrenzen 34 einen geringeren Diffusionskoeffizienten aufweist .

Verbrauchte Korrosions schutzschichten 7 werden für die Wiederaufarbeitung vollständig entfernt, wobei sie in der Regel für 4 - 8 Stunden bei einer erhöhten Temperatur von 50 ⁰ C - 80 ⁰ C mit einer Säure behandelt werden . Die Behandlungszeiten mit einer Säure, einer Base, eines

Elektrolyts oder eines Halogens /Halogenids gemäß dem erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahren sind demgegenüber erheblich kürzer . Sie sind auf 50%, insbesondere auf 25% dieser üblichen Behandlungszeiten reduziert und betragen maximal 1 Stunde (h) , insbesondere hh .

Die Behandlungstemperaturen können dabei gleich bleiben, liegen aber eher am unteren Ende der für die Entfernung von Korrosionsschutzschichten verwendeten Temperaturbereiche .

So beträgt die Behandlungs zeit in einer Salzsäure, beispiels ^¬ weise mit einer Konzentration von 30%, bei 50 ⁰ C 30 Minuten . Bei einer elektrolytischen Behandlung kann die Konzentration der Salzsäure beispielsweise auf 5% reduziert werden und auch die Behandlungszeit ist kürzer und liegt beispielsweise bei 10 Minuten . Dabei werden je nach Bauteilgröße Spannungen von 0 , 1 bis 0 , 34 Volt angewendet .

Figur 6 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 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 Schwalbenschwanzfuß 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 Bereichen 400 , 403 , 406 der Schaufel 120 , 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe verwendet .

Die Schaufel 120 , 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein .

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt , die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen 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 Sprachgebrauch 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) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise 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 Richtung 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 .

Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120 , 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müs sen ( 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 Wiederbeschichtung 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 angedeu ^¬ tet ) auf . Als Schutz gegen Korrosion weist die Schaufel 120 , 130 bei ^¬ spielsweise entsprechende, meistens metallische Beschichtungen (MCrAlX) auf, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt werden können und als Schutz gegen Wärme meistens noch eine keramische Beschichtung .

Die Figur 7 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine . 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 102 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 ⁰ C bis 1600 ⁰ C ausgelegt . Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern 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 Hitzeschildelement 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 .

Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln sein .

Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt . Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations ^¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 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 106, mit mehre ^¬ ren koaxial angeordneten Brennern 107 , eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.

Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinandergeschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel ^¬ ringen 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 ver ^¬ dichtet . 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 das s 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, 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 Turbinen ^¬ schaufel 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; diese Schriften sind Teil der Offenbarung .

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 und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw . Hafnium [Hf] )

aufweisen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können .

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 Teil dieser Offenbarung sein sollen .

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₄ -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 .

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