Turbomaschinen, wie zum Beispiel Flugtriebwerke, umfassen in der Regel mehrere Stufen mit rotierenden Laufschaufeln sowie feststehenden Leitschaufeln, wobei die Laufschaufeln zusammen mit einem Rotor rotieren und wobei die Laufschaufeln sowie die Leitschaufeln von einem feststehenden Gehäuse der Gasturbine umschlossen sind. Zur Leistungssteige- rung eines Flugtriebwerks ist es von Bedeutung, alle Komponenten und Subsysteme zu op- timieren. Hierzu zählen auch die sogenannten Dichtsysteme in Flugtriebwerken. Beson- ders problematisch ist bei Flugtriebwerken die Einhaltung eines minimalen Spalts zwi- schen den rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse eines Hochdruck- verdichters sowie zwischen den feststehenden Leitschaufeln und einer rotierenden Rotor- welle. Bei Hochdruckverdichtern treten nämlich die größten Temperaturen sowie Tempe- raturengradienten auf, was die Spalthaltung erschwert. Dies liegt unter anderem auch dar- in begründet, dass bei Verdichterlaufschaufeln sowie Verdichterleitschaufeln auf Deck- bänder, wie sie bei Turbinen verwendet werden, verzichtet wird.

Wie bereits erwähnt, verfügen die Leitschaufeln und die Laufschaufeln im Verdichter über kein Deckband. Daher sind Enden bzw. Spitzen der rotierenden Laufschaufeln beim soge- nannten Anstreifen in das feststehende Gehäuse einem direkten Reibkontakt mit dem Ge- häuse ausgesetzt. Die freien Enden bzw. Spitzen der Leitschaufeln sind einem direkten Reibkontakt mit der Rotorwelle ausgesetzt. Ein solches Anstreifen der Schaufelspitzen wird bei Einstellung eines minimalen Radialspalts durch Fertigungstoleranzen hervorgeru- fen.

Da durch den Reibkontakt der Schaufelspitzen an denselben Material abgetragen wird, kann sich über den gesamten Umfang von Gehäuse und Rotor eine unerwünschte Spalt- vergrößerung einstellen. Um dies zu vermeiden ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Enden bzw. Spitzen der Schaufeln mit einem harten, keramischen Belag oder mit abrasiven Partikeln zu panzern, wobei die Schaufelspitzenpanzerung unmittelbar auf die zu panzernde Schaufelspitze aufgebracht wird. Nach dem Stand der Technik wird eine aus einem keramischen Belag hergestellte Schaufelspitzenpanzerung durch thermisches Spritzen aufgetragen, Schaufelspitzenpanzerungen aus abrasiven Partikeln werden hinge- gen unmittelbar auf die zu panzernde Schaufelspitze aufgelötet.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuarti- ge Turbomaschinenschaufel sowie ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Schau- felspitzenpanzerung an Turbomaschinenschaufeln zu schaffen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Turbomaschinenschaufel durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelspitzenpanzerung aus einem keramischen Belag eine haftvermittelnde Zwischenschicht aus Molybdän angeord- net. Die Zwischenschicht aus Molybdän und die Schaufelspitzenpanzerung aus dem kera- mischen Belag sind vorzugsweise durch Laser-Pulver-Auftragschweißen aufgetragen. La- ser-Pulver-Auftragschweißen wird auch als Laserstrahlauftragschweißen oder Laserstrahl- generieren bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schaufelspitzenpanzerung an Tur- bomaschinenschaufeln, insbesondere an Gasturbinenschaufeln, ist im unabhängigen Pa- tentanspruch 6 definiert.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt : Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Gasturbinenschaufeln in perspektivischer Seitenansicht ; Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasturbinen- schaufel mit einer Schaufelspitzenpanzerung ; Fig. 3 eine schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ; und Fig. 4 eine schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung einer Alternative des erfin- dungsgemäßen Verfahrens.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 in grö- ßerem Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt als Turbomaschinenschaufel eine Laufschaufel 10 einer Gasturbine, nämlich eines Flugtriebwerks, wobei die Laufschaufel 10 ein Schaufelblatt 11 sowie einen sich an das Schaufelblatt 11 anschließenden Schaufelfuß 12 aufweist. Eine Schaufelspitze 13 des Schaufelblatts 11 ist mit einer Schaufelspitzenpanzerung 14 aus einem keramischem Be- lag versehen.

Erfindungsgemäß ist zwischen die Schaufeispitze 13 der Laufschaufel 10 und der Schau- felspitzenpanzerung 14 aus dem keramischen Belag eine haftvermittelnde Zwischen- schicht 15 aus Molybdän angeordnet. Fig. 2 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch den Bereich der metallischen Schaufelspitze 13, der keramischen Schaufelspitzen- panzerung 14 und der zwischen der Schaufelspitze 13 und der Schaufelspitzenpanzerung 14 angeordneten Zwischenschicht 15 aus Molybdän. Bei Fig. 2 handelt es sich lediglich um eine schematische Darstellung. Die Dickenverhältnisse der in Fig. 2 dargestellten Schichtdicken von Zwischenschicht 15 und Schaufelspitzenpanzerung 14 entsprechen nicht den tatsächlichen Gegebenheiten.

Nach einer ersten bevorzugten Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist die Lauf- schaufel 10 und damit das Schaufelblatt 11 sowie die Schaufelspitze 13 aus einer Titan- basislegierung hergestellt. Auf eine derartige Schaufelspitze 13 aus einer Titanbasislegie- rung ist die Zwischenschicht 15 aus Molybdän und auf die Zwischenschicht 15 ist dann ei- ne Schaufelspitzenpanzerung 14 aus einem AI203-Ti02-Keramikwerkstoff aufgetragen. Die Kombination einer Schaufel 10 aus einer Titanbasislegierung mit einer derartigen Alumini- umoxidkeramik ist besonders vorteilhaft.

Nach einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist die Laufschaufel 10 und damit das Schaufelblatt 11 sowie die Schaufelspitze 13 aus einer Nickelbasislegierung oder Eisenba- sislegierung hergestellt. Auf eine derartige Schaufelspitze 13 aus einer Nickelbasislegie- rung oder einer Eisenbasislegierung ist dann wiederum die Zwischenschicht 15 aus Mo- lybdän und auf die Zwischenschicht 15 ist eine Schaufelspitzenpanzerung 14 aus einem ZrO2-Y203-Keramikwerkstoff aufgetragen. Die Kombination einer Schaufel aus einer Ni- ckelbasislegierung oder Eisenbasislegierung mit einer Zirkonoxidkeramik ist ebenfalls be- sonders vorteilhaft.

Den oben beschriebenen Turbomaschinenschaufeln bzw. Laufschaufeln 10 einer Gasturbi- ne ist gemeinsam, dass auf eine metallische Schaufel eine Schaufelspitzenpanzerung 14 aus einer Oxidkeramik aufgetragen ist, wobei zwischen der metallischen Schaufelspitze 13 und der Schaufelspitzenpanzerung 14 aus der Oxidkeramik eine Zwischenschicht 15 aus Molybdän aufgetragen ist. Die Zwischenschicht 15 aus Molybdän verbessert die Haftung der Oxidkeramik auf der Schaufelspitze. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird die Schaufelspitzenpanzerung 15 aus der Oxidkeramik demnach nicht unmittelbar auf die Schaufelspitze 13 aufgetragen, sondern unter Zwischenanordnung der haftvermittelnden Schicht 15 aus Molybdän.

Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Zwischenschicht 15 aus Molybdän sowie die Schaufelspitzenpanzerung 14 aus dem keramischen Werkstoff jeweils durch La- ser-Pulver-Auftragschweißen auf die Schaufelspitze 13 bzw. die Zwischenschicht 15 aufzu- tragen. Nachfolgend wird auf die Details des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstel- lung einer Schaufelspitzenpanzerung an Turbomaschinenschaufeln in größerem Detail ein- gegangen.

Zum Laser-Pulver-Auftragschweißen der Zwischenschicht 15 aus Molybdän sowie der Schaufelspitzenpanzerung 14 aus dem keramischen Werkstoff wird jeweils ein COz-Laser verwendet. Bevorzugt findet ein C02-Laser mit einer Nennleistung von 6000 W und einer Wellenlänge von 10, 6 um Verwendung.

Unter Verwendung des obigen C02-Lasers wird in einem ersten Schritt des erfindungsge- mäßen Verfahrens auf die zu panzernde, metallische Schaufelspitze 13 zuerst die haftver- mittelnde Zwischenschicht 15 aus Molybdän durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen auf- gebracht. Das Aufbringen dieser haftvermittelnden Zwischenschicht 15 aus Molybdän er- folgt für Schaufeln aus einer Titanbasislegierung oder Nickelbasislegierung oder Eisenba- sislegierung unter Verwendung derselben Prozessparameter. So wird zur Auftragung der Zwischenschicht 15 aus Molybdän der Laser mit einer Laserstrahlintensität von 1 * 10'bis 3*105 W/cm3, insbesondere mit einer Laserstrahlintensität von 1, 6*105 bis 2*105 W/cm3 betrieben. Die Vorschubgeschwindigkeit des Lasers zum Auftragen der Zwischenschicht 15 aus Molybdän liegt zwischen 1000 und 1800 mm/min, insbesondere in einer Größen- ordnung von 1200 bis 1600 mm/min. Besonders bevorzugt ist eine Vorschubgeschwin- digkeit des C02-Laser bei der Auftragung der Molybdän-Zwischenschicht von 1400 mm/min. Der Molybdän-Werkstoff bzw. das Molybdän-Pulver wird zum Laser-Pulver- Auftragschweißen dabei vorzugsweise mit einer Pulvermenge von 3 bis 6 g/min, insbe- sondere mit einer Pulvermenge von 4 bis 5 g/min in Richtung auf den Laser gefördert. Be- sonders bevorzugt ist eine Molybdänfördermenge von 4,5 g/min. Zur Förderung des Mo- lybdäns in Richtung auf den Laser wird als Fördergas Argon verwendet.

Auf eine mit den obigen Prozessparametern aufgebrachte Molybdän-Zwischenschicht 15 wird sodann in einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schaufelspit- zenpanzerung 14 aus dem keramischen Belag, nämlich einer Oxidkeramik, ebenfalls durch Laser-Pulver-Auftragschweißen aufgebracht. Bei einer Schaufelspitze 13, die aus einer Ti- tanbasislegierung besteht, wird ein Al203-TiOz-Keramikwerkstoff verwendet, bei einer Schaufelspitze 13 aus einer Nickelbasislegierung oder Eisenbasislegierung wird ein Zr02- Y203-Keramikwerkstoff aufgebracht. Zum Aufbringen der Keramikschicht auf die Molyb- dän-Zwischenschicht 15 wird der C02-Laser mit einer Laserstrahlintensität von 2*104 bis 4*104, vorzugsweise mit einer Laserstrahlintensität von 2, 9*104 bis 3, 2*104 W/cm3 be- trieben. Die Vorschubgeschwindigkeit des Laser beim Laser-Pulver-Auftragsschweißen der Keramikschicht liegt zwischen 50 bis 400 mm/min, vorzugsweise zwischen 100 und 350 mm/min. Das Keramikpulver wird mit einer entsprechenden Fördermenge in Richtung auf den Laser gefördert. Beim Auftragen des Al203-TiO2-Keramikpulvers liegt die Fördermenge bei 3 bis 5 g/min, bei Auftragen des ZrOz-Y203-Keramikpulvers liegt die Pulvermenge bei 3 bis 9 g/min. Für die Förderung der Keramikpulver wird als Fördergas Helium verwendet.

Unter Verwendung der obigen Prozessparameter lassen sich äußerst stabile und gut haf- tende Schaufelspitzenpanzerungen an Turbomaschinenschaufeln bereitstellen.

Für das hier vorliegenden, erfindungsgemäße Verfahren ist es demnach von Bedeutung, auf die zu panzernde Schaufelspitze zuerst eine Zwischenschicht aus Molybdän und an- schließend erst die Schaufelspitzenpanzerung aus der Oxidkeramik aufzutragen. Sowohl die Molybdän-Zwischenschicht als auch die Schaufelspitzenpanzerung aus der Oxidkera- mik werden mithilfe von Laser-Pulver-Auftragschweißen aufgetragen. Bei einem derartigen Laserstrahlbeschichten wird die Haftung der aufgetragenen Schichten, insbesondere der aufgetragenen Oxidkeramik, durch Haftmechanismen wie chemische Wechselwirkung (Dif- fusion) und chemische Adsorption begründet. Die Existenz der Molybdän-Zwischenschicht begünstig dabei die Bildung einer Diffusionszone zwischen dem Basismaterial, also der Ti- tanbasislegierung oder Nickelbasislegierung oder Eisenbasislegierung, der zu panzernden Schaufel und dem keramischen Werkstoff der eigentlichen Schaufelspitzenpanzerung. So- wohl beim Auftragen des AI203-Ti02-Keramikpulvers auf eine Schaufelspitze aus einer Ti- tanbasislegierung als auch beim Auftragen des ZrO2-Y203-Keramikwerkstoffs auf eine Schaufelspitze aus einer Nickelbasislegierung oder Eisenbasislegierung spielt das Vorhan- densein der Zwischenschicht aus Molybdän bei der Bildung einer Diffusionszone zwischen der Oxidkeramik und dem Substratmaterial der Schaufelspitze eine entscheidende Rolle für eine gute Haftung der Schaufelspitzenpanzerung. So verfügt Molybdän gegenüber den verwendeten Keramikpulvern über ein gutes Benetzungsverhalten, was das Haftverhalten des Keramikwerkstoffs auf dem metallischen Grundwerkstoff der zu panzernden Schaufel positiv beeinflusst. Das Benetzungsverhalten wird im Wesentlichen von der Neigung des Molybdäns zur Oxidbildung bestimmt. Diese Neigung ist beim Molybdän bei Temperaturen von größer als 400 °C stark ausgeprägt, sodass die Oxidkeramik das Molybdän sehr gut benetzt. Weiterhin spielt die hohe Sauerstoffaffinität des Molybdän bei der Bildung der Dif- fusionsschicht eine wichtige Rolle. Die Sauerstoffaffinität des Molybdäns unterstützt die Diffusion des Sauerstoffs aus dem grenznahen Bereich der Keramikschicht in die Molyb- dän-Zwischenschicht hinein.

Das Laser-Pulver-Auftragschweißen der Molybdän-Zwischenschicht 15 sowie der Schau- felspitzenpanzerung 14 aus dem keramischen Werkstoff erfolgt entweder im Sinne der Fig.

3 in der Variante einer koaxialen Pulverzuführung des aktuell aufzutragenden Werkstoffs oder im Sinne der Fig. 4 in der Variante einer seitlichen Pulverzuführung des aufzutragen- den Werkstoffs. So zeigen Fig. 3 und 4 jeweils die Auftragung der Molybdän- Zwischenschicht 15 auf der zu panzernden Schaufelspitze 13, wobei jeweils ein von einer Laserquelle 16 erzeugter Laserstrahl 17 fokusiert auf die zu beschichtende Oberfläche ge- richtet wird. Bei der seitlichen Zuführung des Molybdänpulvers gemäß Fig. 4 kommt eine separat ausgestaltete Zuführeinrichtung 18 zum Einsatz, bei der koaxialen Zuführung ge- mäß Fig. 3 ist die Zuführeinrichtung 18 in die Laseranordnung 16 integriert. Besonders be- vorzugt ist die Auftragung der Molybdän-Zwischenschicht sowie der Oxidkeramik nach dem sogenannten Laser-Pulver-Auftragschweißen in Kokille. Details dieses Prozesses sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung kann eine porenfreie und rissarme Schaufelspit- zenpanzerung mit einer guten Haftung zum metallischen Grundwerkstoff der zu panzern- den Schaufel bereitgestellt werden. Die Haftfestigkeit der Schaufelspitzenpanzerung auf dem metallischen Grundwerkstoff ist aufgrund der Verwendung einer Molybdän- Zwischenschicht optimiert. Die Struktur der Schaufelspitzenpanzerung aus der Oxidkera- mik ist sehr fein, die Wärmedämmung ist äußerst gut.