DE10355234A1 - Process for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating and component with such a coating - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbeständigen Beschichtung. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer solchen Beschichtung. DOLLAR A Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein Bauteil aus einem Bauteilwerkstoff und ein Schlickerwerkstoff bereitgestellt, wobei der Schlickerwerkstoff neben einem Bindemittel zumindest ein Metallpulver enthält, wobei das Metallpulver aus zumindest 25 Gew.-% aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe besteht, und entweder aus ummantelten Pulverkernen gebildet wird, wobei die Pulverkerne aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe gebildet werden, und wobei die Ummantelungen der Pulverkerne aus einem mit dem Bauteilwerkstoff basisgleichen Material gebildet werden oder aus einer Metallpulverlegierung gebildet wird, die neben dem mindestens einen Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält. Der Schlickerwerkstoff wird zumindest bereichsweise auf das Bauteil unter Ausbildung einer Schlickerschicht aufgetragen. Die Schlickerschicht wird sodann ausgehärtet bzw. getrocknet. Darauffolgend erfolgt eine Wärmebehandlung des mit dem Schlickerwerkstoff zumindest bereichsweise beschichteten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil.The invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating. Furthermore, the invention relates to a component with such a coating. DOLLAR A According to the inventive method, a component of a component material and a slip material is provided, wherein the slip material contains at least one metal powder in addition to a binder, wherein the metal powder consists of at least 25 wt .-% of at least one metal of the platinum group, and either is formed from sheathed powder cores, wherein the powder cores are formed from at least one metal of the platinum group, and wherein the cladding of the powder cores are formed from a component material base-like material or is formed from a metal powder alloy, in addition to the at least one metal of platinum Group contains at least one with the component material basisgleiches material. The slip material is at least partially applied to the component to form a slurry layer. The slip layer is then cured or dried. This is followed by a heat treatment of the at least partially coated with the slip material component for diffusing the slip layer into the component.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbeständigen Beschichtung. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer solchen Beschichtung.The The invention relates to a method for producing a corrosion-resistant and oxidationresistant Coating. Furthermore, the invention relates to a component with such a coating.
Beim Betrieb von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Gasturbinen, bei hohen Temperaturen sind deren freie Oberflächen stark korrodierenden und oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen können derartige Bauteile zum Beispiel aus einer Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis bestehen. Zum Schutz vor Korrosion, Oxidation oder auch Erosion werden die Bauteile mit Beschichtungen versehen, die aus Metallpulvern hergestellt werden.At the Operation of components, in particular components of gas turbines, at High temperatures are their free surfaces strongly corroding and exposed to oxidizing conditions. When used in gas turbines can such components, for example, from a nickel-base superalloy or cobalt base. For protection against corrosion, oxidation or Also erosion, the components are provided with coatings that be made of metal powders.
Aus
der
Bei
dem in der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und oxidationsbeständigen Beschichtung sowie ein Bauteil mit einer solchen Beschichtung zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel process for producing a corrosion resistant and oxidationresistant Coating and a component with such a coating create.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren im Sinne des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen eines Bauteils aus einem Bauteilwerkstoff,
- b) Bereitstellen eines Schlickerwerkstoffs, der neben einem Bindemittel mindestens ein Metallpulver enthält, wobei das Metallpulver zu mindestens 25 Gew.-% aus einem Metall der Platin-Gruppe besteht, und b1) aus ummantelten Pulverkernen gebildet wird, wobei die Pulverkerne aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe gebildet werden, und wobei die Ummantelungen der Pulverkerne aus einem mit dem Bauteilwerkstoff basisgleichen Material gebildet werden, oder b2) aus einer Metallpulverlegierung gebildet wird, die neben dem mindestens einem Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält,
- c) Auftragen des Schlickerwerkstoffs zumindest bereichsweise auf das Bauteil unter Ausbildung einer Schlickerschicht,
- d) Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht,
- e) Wärmebehandeln des mit dem Schlickerwerkstoff zumindest bereichsweise beschichteten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil.
- a) providing a component of a component material,
- b) providing a slip material containing at least one metal powder in addition to a binder, wherein the metal powder consists of at least 25 wt .-% of a metal of the platinum group, and b1) is formed from sheathed powder cores, wherein the powder cores of at least one metal the platinum group are formed, and wherein the sheaths of the powder cores are formed from a base material with the same material component, or b2) is formed from a metal powder alloy, which contains at least one with the component material basisgleiches material in addition to the at least one metal of the platinum group .
- c) applying the slip material at least in regions to the component to form a slip layer,
- d) hardening or drying of the slip layer,
- e) heat treating the at least partially coated with the slip material component for diffusing the slip layer into the component.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Pulverkerne des Metallpulvers aus Platin und/oder Palladium gebildet, wobei die Ummantelungen der Pulverkerne aus dem Bauteilwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils gebildet werden. Bei einer zu beschichtenden Turbinenschaufel, die aus einer Nickelbasislegie rung besteht, werden die Pulverkerne aus Platin und/oder Palladium mit Nickel oder einer Nickellegierung ummantelt. Die Ummantelung des Metalls der Platin-Gruppe unterdrückt die Oxidbildung desselben und hat damit einen positiven Einfluss auf die Ausbildung der Beschichtung.To An advantageous development of the invention, the powder cores of the metal powder formed from platinum and / or palladium, wherein the sheaths of the powder cores from the component material of be formed of coating component. For one to be coated Turbine blade, which consists of a Nickelbasislegie tion are the powder cores of platinum and / or palladium with nickel or one Nickel alloy sheathed. The sheathing of the metal of the platinum group repressed the oxide formation of the same and thus has a positive influence on the formation of the coating.
Vorzugsweise wird das Metallpulver mit einem Aluminiumpulver und dem Bindemittel zu einem Pt-Al-Schlickerwerkstoff vermischt, der dann im Sinne der obigen Schritte c) bis e) verarbeitet wird.Preferably becomes the metal powder with an aluminum powder and the binder mixed to a Pt-Al Schlickerwerkstoff, which then in the sense of above steps c) to e) is processed.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 gekennzeichnet.The Component according to the invention is characterized by the features of claim 14.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:embodiments The invention will be described, but not limited to, with reference to the drawing explained in more detail. In the drawing shows:
Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme unter Bezugnahme
auf
Die
Schaufel
Die
Schaufel
Es
liegt nun im Sinne einer ersten Alternative der hier vorliegenden
Erfindung, dass ein Metallpulver aus ummantelten Pulverkernen gebildet
wird. Die Pulverkerne werden aus mindestens einem Metall der Platin-Gruppe
gebildet. Die Pulverkerne bestehen entweder aus hochreinem Platin,
hochreinem Palladium oder aus einem Platin-Palladium-Gemisch. Diese Pulverkerne
sind des weiteren erfindungsgemäß ummantelt.
Das Material der Ummantelung entspricht dabei im Wesentlichen dem
Bauteilwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils, im gezeigten Ausführungsbeispiel
dem Bauteilwerkstoff der zu beschichtenden Schaufel
Es liegt demnach im Sinne der ersten Alternative der hier vorliegenden Erfindung für den Schlickerwerkstoff ein Metallpulver zu verwenden, dessen Pulverkerne aus Platin und/oder Palladium gebildet werden, wobei die Pulverkerne mit einem Material um mantelt sind, dessen Zusammensetzung im Wesentlichen der Zusammensetzung des Bauteilwerkstoffs des zu beschichtenden Bauteils entspricht.It is therefore within the meaning of the first alternative of this present Invention for to use the slip material a metal powder whose powder cores are formed from platinum and / or palladium, wherein the powder cores are sheathed with a material whose composition is substantially the composition of the component material of the to be coated Component corresponds.
Nach einer zweiten Alternative der hier vorliegenden Erfindung wird das Metallpulver aus einer Metallpulverlegierung gebildet, die neben dem mindestens einem Metall der Platin-Gruppe mindestens ein mit dem Bauteilwerkstoff basisgleiches Material enthält. Der wesentliche Unterschied zur ersten Alternative liegt darin, dass die ummantelten Pulverkerne erst beim späteren Erhitzen legieren, während die Metallpulverlegierung bereits legiert ist.To A second alternative of the present invention is the Metal powder formed from a metal powder alloy, in addition to the at least one metal of the platinum group at least one with contains the same material as the component material. The main difference the first alternative is that the coated powder cores only at the later Alloy while heating the metal powder alloy is already alloyed.
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform des
hier vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Schlickerwerkstoff bereitgestellt, der neben dem Bindemittel
einerseits Aluminium und andererseits die oben beschriebenen, ummantelten
Pulverkerne, insbesondere nickelummantelte Platinkerne, oder eine
entsprechende Metallpulverlegierung umfasst. Auf diese Art und Weise
wird ein Aluminium-Platin-Nickel-Schlickerwerkstoff
bereitgestellt, der eine besonders bevorzugte Ausbildung einer Aluminium-Platin-Beschichtung
auf der Oberfläche
des zu beschichtenden Bauteils, im gezeigten Ausführungsbeispiel
der zu beschichteten Schaufel
An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass der Schlickerwerkstoff selbstverständlich neben dem Bindemittel und den ummantelten Pulverkernen oder der entsprechenden Metallpulverlegierung auch ein MCrAIY- und/oder NiAl- und/oder NiCrAl-Metallpulver aufweisen kann. Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, einen Schlickerwerkstoff bereitzustellen, der zumindest das Bindemittel bzw. die Bindemittellösung und zusätzlich mindestens das Metallpulver aus den ummantelten Pulverkernen oder der entsprechenden Metallpulverlegierung umfasst. Zusätzlich kann Aluminium-Pulver oder ein sonstiges Metallpulver im Schlickerwerkstoff enthalten sein.For the sake of completeness, it should be pointed out at this point that, in addition to the binder and the coated powder cores or the corresponding metal powder alloy, the slip material may of course also have an MCrAlY and / or NiAl and / or NiCrAl metal powder. It is therefore within the meaning of the present invention to provide a slip material comprising at least the binder or the binder solution and additionally at least the metal powder from the sheathed powder cores or the corresponding metal powder alloy. In addition, aluminum powder or other metal powder be contained in the slip material.
Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird der so bereitgestellte
Schlickerwerkstoff auf das zu beschichtende Bauteil, im gezeigten
Ausführungsbeispiel
auf die Schaufel
Nach dem Auftragen des Schlickerwerkstoffs unter Ausbildung einer Schlickerschicht auf dem Bauteil erfolgt das Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht. Das Aushärten der Schlickerschicht wird in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 450°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 350°C bis 450°C, durchgeführt.To the application of the slip material to form a slurry layer Curing takes place on the component or drying the slip layer. The curing of the slip layer is in a temperature range from room temperature to 450 ° C, preferably in a temperature range of 350 ° C to 450 ° C, performed.
Nach dem Aushärten bzw. Trocknen der Schlickerschicht erfolgt eine Wärmebehandlung derselben zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 750°C bis 1250°C für in etwa zwei Stunden. Die Wärmebehandlung kann unter einer Schutzgasatmosphäre, zum Beispiel in Argon, durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann jedoch alternativ auch im Vakuum oder in einer Normalatmosphäre erfolgen.To curing or drying of the slip layer is followed by a heat treatment the same for diffusing the slip layer into the component. The heat treatment is preferably carried out in a temperature range from 750 ° C to 1250 ° C for approximately two hours. The heat treatment can under a protective gas atmosphere, for example in argon, carried out become. The heat treatment However, it may alternatively be done in a vacuum or in a normal atmosphere.
Durch die Verwendung eines ummantelten Platin- und/oder Palladiumkerns als Metallpulver wird vermieden, dass das Platin und/oder Palladium bei der Wärmebehandlung oder bedingt durch das Bindemittel oxidiert. Hierdurch ist eine deutlich bessere Beschichtung des Bauteils realisierbar.By the use of a sheathed platinum and / or palladium core as metal powder it is avoided that the platinum and / or palladium in the heat treatment or oxidized due to the binder. This is a significantly better coating of the component feasible.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung liegt die Korngröße der ummantelten Pulverkerne oder der entsprechenden Metallpulverlegierung in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 5 μm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 μm bis 0,5 μm. Die Partikelform der ummantelten Pulverkerne ist vorzugsweise kugelig, um eine gleichmäßige Ummantelung derselben zu gewährleisten. Es ist jedoch auch eine scheibenförmige oder plattenförmige Formgebung möglich.in the The sense of the present invention is the grain size of the jacketed Powder cores or the corresponding metal powder alloy in one Range between 0.01 μm and 5 μm, preferably in a range of 0.2 μm to 0.5 μm. The particle shape of the jacketed Powder cores is preferably spherical to form a uniform sheath to ensure the same. However, it is also a disk-shaped or plate-like shape possible.
Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Dicke der Ummantelung der Pulverkerne so zu bestimmen, dass der prozentuale Anteil des Materials der Pulverkerne in einem Bereich zwischen 25 Gew.-% und 85 Gew.-% und demnach der Anteil des Materials der Ummantelungen zwischen 75 Gew.-% und 15 Gew.-% liegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei welchem nickelummanteltes Platin als Metallpulver verwendet wird, ist die Dicke der Nickelummantelung derart gewählt, dass der Nickelanteil zwischen 15 und 35 Gew.-% und der Platinanteil zwischen 85 und 65 Gew.-% liegt. Wie bereits erwähnt kann alternativ ein Metallpulverlegierungspulver mit entsprechender Zusammensetzung verwendet werden, also mit 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% Platin und 35 Gew.-% bis 15 Gew.-% Nickel.It is still within the meaning of the present invention, the thickness the cladding of the powder cores so that the percentage Proportion of the material of the powder cores in a range between 25 Wt .-% and 85 wt .-% and therefore the proportion of the material of the sheaths between 75% by weight and 15% by weight. In the preferred embodiment, in which nickel coated platinum is used as metal powder is, the thickness of the nickel sheath is chosen such that the nickel content between 15 and 35 wt .-% and the platinum content between 85 and 65 wt .-% is. As already mentioned, alternatively, a metal powder alloy powder be used with appropriate composition, ie with 65 Wt .-% to 85 wt .-% platinum and 35 wt .-% to 15 wt .-% nickel.
Im Anschluss an die Wärmebehandlung des mit dem Schlickerwerkstoff beschichten Bauteils zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil kann noch eine separate Alitierung des Bauteils erfolgen. Hierzu wird eine Aluminiumquelle bereitgestellt und Aluminium wird in das zu beschichtende Bauteil eindiffundiert.in the Connection to the heat treatment of the coated with the slip material component for diffusion the slip layer in the component can still be a separate Alitierung of the component. For this purpose, an aluminum source is provided and Aluminum is diffused into the component to be coated.
- 10 10
- Schaufelshovel
- 1111
- Schaufelblattairfoil
- 12 12
- Schaufelfußblade
- 13 13
- Beschichtungcoating
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