Lotlegierung, Lotverfahren und Bauteil

Die Erfindung betrifft eine Lotlegierung und ein Verfahren zum Löten.

Bauteile müssen manchmal nach der Herstellung, beispielsweise nach dem Gießen oder nachdem sie im Einsatz waren und Risse gebildet haben, repariert werden.

Hierzu gibt es verschiedene Reparaturverfahren wie z. B. das Schweißverfahren, bei dem jedoch ein Substratmaterial des Bauteils mit aufgeschmolzen werden muss, was zu einer Schädi ^¬ gung insbesondere von gegossenen und gerichtet erstarrten Bauteilen sowie zur Verdampfung von Bestandteilen des Sub- stratmaterials führen kann.

Ein Lotverfahren arbeitet gegenüber der Temperatur beim

Schweißverfahren und damit gegenüber der Schmelztemperatur des Substratmaterials bei niedrigeren Temperaturen.

Das Lot soll aber trotzdem eine hohe Festigkeit aufweisen, damit der mit Lot aufgefüllte Riss oder die Vertiefung nicht zu einer Schwächung des gesamten Bauteils bei den hohen

Einsatztemperaturen führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lotlegierung aufzu- zeigen, die das oben genannte Problem löst.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lot aus einer Lotlegierung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 60 und durch ein Bauteil gemäß Anspruch 62.

Die Lotlegierung besteht aus:

(1 -x -y) *Basis + x*Lot + y*Zusatz,

wobei gilt 0,2 < x < 0,8 und

0 < y < 0,8 sowie (y < 1 - x) < (1 - x),

wobei die Basis aufweist:

3wt% - 20wt% Chrom (Cr) , insbesondere 9wt%,

0,lwt% - 20wt% Kobalt (Co), insbesondere 9wt%, 0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere 5wt%, 0,lwt% - 10wt% Wolfram (W) , insbesondere 9wt% und

optional

0,lwt% - 6wt% Titan (Ti) , insbesondere <lwt%,

0,lwt% - 4wt% Molybdän (Mo), insbesondere lwt%,

0,lwt% - 6wt% Tantal (Ta) , insbesondere 3wt% und

Nickel und

wobei das Lot aufweist:

0,lwt% - 10wt% Chrom (Cr), insbesondere 4wt% - 8wt%,

0,lwt% - 10wt% Kobalt (Co), insbesondere 4wt% - 8wt%,

0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere l,5wt%,

0,lwt% - 6wt% Wolfram (W) , insbesondere 3wt% und

Germanium (Ge) und/oder Gallium (Ga) ,

insbesondere 18wt% bis 30wt% und

Nickel,

wobei der Zusatz aufweist:

0wt% - 0,015wt% Bor (B) , insbesondere < 0,010wt%,

0wt% - 0,lwt% Zirkon (Zr) , insbesondere < 0,075wt%,

0wt% - lwt% Hafnium (Hf) , insbesondere ^0,075wt%,

0wt% - lwt% Niob (Nb) , insbesondere < 0,8wt%,

0wt% - 0,15wt% Kohlenstoff (C) , insbesondere < 0,lwt%.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Lotlegierung sind: sie verwendet für die Basis nur ein Element der Gruppe Titan, Molybdän, Tantal, sie verwendet für die Basis zumindest zwei Elemente der

Gruppe Titan, Molybdän, Tantal,

insbesondere nur zwei Elemente dieser Gruppe, sie weist für die Basis Titan, Molybdän und Tantal auf, sie ist bei der Basis nickelbasiert,

insbesondere weist sie für die Basis als Rest Nickel auf, • sie ist bei dem Lot nickelbasiert,

insbesondere weist das Lot als Rest Nickel auf,

• sie ist nickelbasiert,

insbesondere weist sie als Rest Nickel auf,

• sie enthält keine bewusste Zugabe von Bor (B) ,

insbesondere B < 20ppm,

• sie enthält kein Silizium (Si) ,

• sie weist kein Zirkon (Zr) auf,

• sie weist kein Hafnium (Hf) auf,

• sie weist kein Niob (Nb) auf,

• sie weist keinen Kohlenstoff (C) auf,

• sie enthält kein Titan (Ti) ,

• sie enthält kein Molybdän (Mo) ,

• sie enthält kein Tantal (Ta) ,

• sie weist für Nickel (Ni) den größten Gewichtsanteil auf,

• sie weist Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) auf,

• sie weist Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) auf,

• sie weist Gallium (Ga) und Germanium (Ge) auf,

• sie weist mindestens 0,006wt% Zirkon (Zr) auf,

• vorteilhafte Werte für Zirkon (Zr) , Bor (B) , Kohlenstoff (C) , Molybdän (Mo) , Gallium (Ga) , Germanium (Ge) , Haf- nium (Hf) , Niob (Nb) , Wolfram (W) , Tantal (Ta) , Chrom (Cr), Kobalt (Co), Aluminium (AI), Titan (Ti) sind in den Unteransprüchen aufgelistet, gute Lot-Ergebnisse wurden erzielt mit

0,3 < x < 0,5

und/oder

mit y = 0

oder mit 0,2 < Y,

insbesondere 0,3 -S * -S 0,5, sie enthält kein Mangan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram und Titan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Tantal und Titan, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Titan, Kohlenstoff und Molybdän, sie besteht aus Nickel, Germanium, Kobalt, Chrom, Titan, Wolfram, Molybdän, Tantal und Aluminium, sie besteht aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram, Tantal und

Titan, sie besteht aus Nickel, Kohlenstoff, Germanium, Chrom, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan und Zirkon, das Verfahren beinhaltet, dass die Lotlegierung polykri stallin (CC) gerichtet erstarrt wird, insbesondere bei polykristallinen Bauteilen, eine weitere vorteilhafte Entwicklung des Verfahrens be steht darin, dass das Lot (10) gerichtet erstarrt wird.

Das Bauteil enthält ein Lot aus oben genannter Lotlegie- rung.

Das Bauteil kann wie folgt jeweils vorteilhaft weiterge ^¬ bildet werden, wobei diese Merkmale vorteilhafterweise be ^¬ liebig miteinander verknüpft werden können:

• das Substrat des Bauteils ist gerichtet erstarrt,

• das Substrat des Bauteils ist nicht gerichtet erstarrt, · der Chromgehalt der Lotlegierung entspricht dem Chromge ^¬ halt des Substrats des Bauteils,

• der Gehalt an Kobalt entspricht dem Gehalt an Kobalt des Substrats des Bauteils,

• der Aluminiumgehalt der Lotlegierung ist gegenüber dem Aluminiumgehalt des Substrats des Bauteils verringert, insbesondere um 10% verringert, · der Titangehalt der Lotlegierung ist geringer als der

Titangehalt des Substrats des Bauteils, wenn die Gehalte von Germanium zwischen 18Gew.-% und 30Gew.-% liegen, insbesondere um mindestens 10% niedriger ist, die Lotlegierung weist kein Molybdän auf. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise mit einander kombiniert werden können.

Es zeigen:

Figur 1 Querschnittsansicht eines Bauteils nach einer

Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Lot,

Figur 2 perspektivisch eine Turbinenschaufel,

Figur 3 perspektivisch eine Brennkammer,

Figur 4 eine Gasturbine

Figur 5 eine Liste von Superlegierungen .

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, das mit einem Lot 10 aus einer erfindungsgemäßen Lotlegierung behandelt wird.

Das Bauteil 1 umfasst ein Substrat 4, das insbesondere bei Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere bei Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 2) oder Brennkammerelementen 155 (Fig. 3) für Dampf- oder Gasturbinen 100 (Fig. 4) aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht (Fig. 5) .

Das Lot 10 kann vorzugsweise für alle Legierungen gemäß der Figur 5 verwendet werden. Dies können vorzugsweise die be ^¬ kannten Werkstoffe PWA 1483, PWA 1484, Rene 80 oder Rene N5 sein .

Anwendung findet das Lot 10 auch bei Schaufeln für Luftfahrzeuge . Das Substrat 4 weist einen Riss 7 oder eine Vertiefung 7 auf, der bzw. die durch Löten aufgefüllt werden soll. Die Risse 7 bzw. Vertiefungen 7 sind vorzugsweise etwa 200ym breit und können bis zu 5mm tief sein.

Dabei wird das Lotmaterial 10 aus einer Lotlegierung in oder in die Nähe der Vertiefung 7 aufgebracht und durch eine Wär ^¬ mebehandlung (+T) schmilzt das Lotmaterial 10 unterhalb einer Schmelztemperatur des Substrats 4 auf und füllt die Vertie ^¬ fung 7 vollständig aus.

Die Lotlegierung besteht aus

(1 -x -y) *Basis + x*Lot + y*Zusatz,

wobei gilt 0,2 < x < 0,8 und

0 < y < 0,8 sowie (y < 1 - x) < (1 - x) ,

wobei die Basis aufweist:

3wt% - 20wt% Chrom (Cr) , insbesondere 9wt%,

0,lwt% - 20wt% Kobalt (Co), insbesondere 9wt%,

0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere 5wt%,

0,lwt% - 10wt% Wolfram (W) , insbesondere 9wt% und

optional

0,lwt% - 6wt% Titan (Ti) , insbesondere <lwt%,

0,lwt% - 4wt% Molybdän (Mo), insbesondere lwt%,

0,lwt% - 6wt% Tantal (Ta) , insbesondere 3wt% und

Nickel und

wobei das Lot aufweist:

0,lwt% - 10wt% Chrom (Cr), insbesondere 4wt% - 8wt%,

0,lwt% - 10wt% Kobalt (Co), insbesondere 4wt% - 8wt%,

0,lwt% - 6wt% Aluminium (AI), insbesondere l,5wt%,

0,lwt% - 6wt% Wolfram (W) , insbesondere 3wt% und

Germanium (Ge) und/oder Gallium (Ga) ,

insbesondere 18wt% bis 30wt% und

Nickel,

wobei der Zusatz aufweist:

0wt% - 0,015wt% Bor (B) , insbesondere < 0,010wt%,

0wt% - 0,lwt% Zirkon (Zr) , insbesondere < 0,075wt%,

0wt% - lwt% Hafnium (Hf) , insbesondere ^0,075wt%,

0wt% - lwt% Niob (Nb) , insbesondere < 0,8wt%,

0wt% - 0,15wt% Kohlenstoff (C) , insbesondere < 0,lwt%. Es handelt sich also um eine physikalische Mischung aus zwei (Basis und Lot) oder drei (+Zusatz) Pulvern. Durch die Zugabe von Germanium (Ge) wird vorzugsweise auf die Zugabe von Bor (B) verzichtet werden.

Durch die Zugabe von Germanium (Ge) wird vorzugsweise auf die Zugabe von Silizium (Si) verzichtet werden.

Vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Sili ^¬ zium und/oder Kohlenstoff vermieden, da sie im Lot Sprödpha- sen bilden.

Ebenso vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Eisen und/oder Mangan vermieden, da die Elemente niedrigschmelzende Phasen oder nicht oxidierende Phasen bilden.

Als Schmelzpunterniedriger kann

Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) oder

Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) oder

Gallium (Ga) und Germanium (Ge) verwendet werden.

Die Basis weist nur ein, zwei oder drei Elemente der Gruppe Titan, Molybdän, Tantal auf.

Die Basis ist insbesondere nickelbasiert.

Das Lot ist insbesondere nickelbasiert. Vorzugsweise enthält die Legierung kein Zirkon (Zr) , kein

Hafnium (Hf) , kein Mangan (Mn) , kein Niob (Nb) und/oder keinen Kohlenstoff (C) .

Vorteilhafte Anteile für Zirkon (Zr) , Bor (B) , Kohlenstoff sind in den Unteransprüchen aufgelistet.

Gute Lotergebnisse wurden erzielt mit 0,3 -S x -S 0,5

und/oder y = 0

oder

0,2 < Y,

insbesondere 0,3 -S Y -S 0,5.

Bevorzugte Werte für Molybdän (Mo) , Gallium (Ga) , Germanium (Ge) , Hafnium (Hf) , Niob (Nb) , Wolfram (W) , Tantal (Ta), Chrom (Cr) , Kobalt (Co) , Aluminium (AI) , Titanium (Ti) sind in den Unteransprüchen aufgelistet.

Die Lotlegierung besteht vorzugsweise aus Nickel, Germanium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram und Titan.

Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger- manium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Wolfram, Tantal und Titan.

Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger ^¬ manium, Kobalt, Chrom, Aluminium, Wolfram, Titan, Kohlenstoff und Molybdän.

Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger ^¬ manium, Kobalt, Chrom, Titan, Wolfram, Molybdän, Tantal und Aluminium . Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Ger ^¬ manium, Chrom, Aluminium, Kobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram, Tantal und Titan.

Ebenso vorzugsweise besteht die Lotlegierung aus Nickel, Koh- lenstoff, Germanium, Chrom, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan und Zirkon.

Auch auf die Zugabe von Rhenium kann vorzugsweise verzichtet werden .

Das Lotmaterial 10 kann in einem isothermen oder einem Temperaturgradienten-Verfahren mit dem Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 verbunden werden. Ein Gradientenverfahren bie- tet sich dann vorzugsweise an, wenn das Substrat 4 eine ge ^¬ richtete Struktur, beispielsweise eine SX- oder DS-Struktur aufweist, sodass auch das Lotmaterial 10 anschließend eine gerichtete Struktur aufweist. Eine gerichtet erstarrte Struk- tur im Lot kann aber auch in einem isothermen Verfahren durchgeführt werden.

Ebenso braucht das Bauteil 1 keine gerichtet erstarrte Struk ^¬ tur (sondern eine CC-Struktur) aufzuweisen.

Ebenso können die Lote in CC-Substraten von Bauteilen in einer CC-Struktur gelötet und erstarrt werden, wobei die Lote dann polykristallin erstarrt (CC) werden.

Insbesondere für das polykristalline Erstarren der Lote sind folgende Lote besonders interessant:

Bei dem Aufschmelzen (Isothermes Verfahren oder Gradientenverfahren) wird vorzugsweise ein inertes Gas, insbesondere Argon verwendet, das die Chromabdampfung von dem Substrat 4 bei den hohen Temperaturen verringert oder es wird ein reduzierendes Gas (Argon/Wasserstoff) verwendet.

Das Lotmaterial 10 kann auch großflächig auf eine Oberfläche eines Bauteils 1, 120, 130, 155 aufgebracht werden, um eine Verdickung des Substrats 4, insbesondere bei hohlen Bauteilen zu erreichen. Vorzugsweise wird das Lotmaterial 10 dazu ver ^¬ wendet um Risse 7 oder Vertiefungen 7 aufzufüllen.

Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau- fei 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 Dampf- turbine 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 und eine Schaufelspitze 415 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 mas ^¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet, insbesondere die Superlegierungen gemäß Figur 5. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, 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 gefertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den 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 Sprach- gebrauch 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 notwen- digerweise 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 AI 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 AI.

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- 10A1-0, 4Y-1, 5Re .

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr0 ₂ , Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil ^¬ weise 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 Wärme ^¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör- ner 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 angedeu ^¬ tet) auf. Die Figur 3 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 eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 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°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme ^¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.

Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- schicht (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 AI.

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär ^¬ medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y203 ^~ Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän- dig 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. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme ^¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör ^¬ ner 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 Hitzeschildele ^¬ mente 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.

Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations- achse 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 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 be ^¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge ^¬ führt 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 entspannt 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 unterliegen 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 belastet .

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- schaufei 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 AI, 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 AI. Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y203-Zr02, 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 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 .