DE102011077620A1

DE102011077620A1 - Bauelement, Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes und Flugzeugtriebwerk mit einem Bauelement

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Publication number: DE102011077620A1
Application number: DE102011077620A
Authority: DE
Inventors: Dan Roth-Fagaraseanu; Thomas Wunderlich; Yannick Cadoret
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Beschrieben werden ein Bauelement mit einer metallischen Beschichtung auf einem metallischen Basismaterial (11) zur Verwendung in einer Turbomaschine (20), dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) eine Haftzone (2) zur Verbindung mit dem metallischen Basismaterial (11) und eine über der Haftzone (2) liegende Strukturzone (3) mit Strukturelementen (4) aufweist, wobei die Haftzone (2) und die Strukturzone (3) aus demselben Material bestehen. Ferner werden ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements (10) und eine Verwendung des Bauelements (10) in einem Flugzeugtriebwerk (20) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einer metallischen Beschichtung auf einem metallischen Basismaterial zur Verwendung in einer Turbomaschine, ein Flugzeugtriebwerk mit diesem Bauelement, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes und ein Bauelement herstellbar mit einem Verfahren.
In Turbomaschinen, wie z.B. Flugzeugtriebwerken oder stationären Dampf- oder Gasturbinen, werden im Betrieb sehr hohe Arbeitstemperaturen erreicht. In modernen Flugzeugtriebwerken können z.B. bis über 2.000 K erreicht werden. Dadurch werden bestimmte Teile der Turbomaschine, wie z.B. Brennkammern oder der Eingangsbereich der Turbine in einem Flugtriebwerk, sehr hohen thermischen Belastungen unterworfen. Des Weiteren müssen diese Bauelemente zusätzlich, insbesondere beim Anlaufen einer Turbine, hohe mechanische Belastungen aushalten, da die Spitzen der Turbinenschaufeln zumindest kurzfristig in Kontakt mit der Turbinenwandung kommen.
Es ist daher bekannt, bestimmte Teile der Turbomaschine mit einer mechanisch stabilen, hitzebeständigen, mehrlagigen Schicht zu überziehen. Aus der EP 1 491 658 A1 ist eine solche mehrlagige Beschichtung bekannt. Auf eine metallische Unterlage wird eine so genannte metallische Bond-Coat-Schicht aufgebracht, auf die wiederum eine keramische Schicht aufgebracht wird. Zusammen werden diese beiden Schichten auch als Thermal Barrier Coating (TBC) bezeichnet.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Schichten sind jedoch unterschiedlich, so dass bei thermischer Belastung mechanische Spannungen zwischen der metallischen Bond-Coat-Schicht und der keramischen Schicht entstehen können
Aus der US 6,652,227 B2 und der US 6,457,939 B2 sind Bauelemente bekannt, bei denen das metallische Basismaterial in aufwändiger Weise selbst strukturiert ist, um eine darauf angeordnete Keramikschicht besser anhaften zu lassen.
Daher ist es sinnvoll, thermisch und mechanisch stabile Bauelemente zu entwickeln, die sich effizient und flexibel herstellen lassen.
Ein Bauelement nach Anspruch 1 weist eine metallische Beschichtung mit einer Haftzone zur Verbindung mit dem metallischen Basismaterial auf. In einer darüberliegenden Strukturzone sind Strukturelemente angeordnet, wobei die Strukturelemente aus demselben Material bestehen wie die metallische Beschichtung. Durch die Strukturelemente ist es möglich, weitere Schichten sicher mit der metallischen Beschichtung zu verbinden. Dadurch, dass die metallische Beschichtung mit den Strukturelementen aus ein- und demselben Material besteht, gibt es keine zusätzlichen mechanischen Spannungen auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten.
Vorteilhafterweise ist eine Ausführungsvariante, bei der die metallische Beschichtung durch ein Elektroplating-, Spray- und / oder Abscheidungsverfahren auf das Basismaterial aufgebracht ist. Damit lassen sich metallische Schichten mit genau einstellbarer Dicke auch auf komplexeren Strukturen eines Bauelementes anordnen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, wenn die Strukturelemente der Strukturzone nach dem Aufbringen des Materials in der Haftzone durch einen Strukturierungsprozess, insbesondere einen Laserauftragsschweißprozess, herstellbar sind. Auch sehr kleine Strukturelemente sind durch Laserauftragsschweißen effizient und in großer Zahl herstellbar. Mit Vorteil weisen die Strukturelemente gemessen von der Oberseite der Haftzone bis zu den Oberseiten der Strukturelemente eine durchschnittliche Höhe zwischen 50 und 500 µm auf.
Vorteilhafterweise weisen die Strukturelemente untereinander einen mittleren Abstand von 0,5 bis 2 mm auf.
Dabei weisen die Strukturelemente in vorteilhaften Ausgestaltungen im Wesentlichen einen runden Querschnitt auf, wobei der größte Durchmesser im Durchschnitt zwischen 50 und 300 µm beträgt. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform weist Strukturelemente mit linearen Strukturen mit einer mittleren Breite von 50 bis 300 µm auf.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen weisen die metallische Beschichtung und die Strukturelemente einen Anteil an
M CrAlY mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
M CrAl mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
NiAl, oder NiAlPt
auf oder bestehen vollständig aus den Materialien. Diese Materialien sind temperaturstabil und gut verarbeitbar.
Zur weiteren Erhöhung der Temperaturstabilität ist in vorteilhaften Ausführungsformen auf der metallischen Beschichtung mindestens teilweise eine keramische Beschichtung angeordnet, wobei Strukturelemente mindestens teilweise von dem keramischen Material, insbesondere einem keramischen Material enthaltend Yittrium, Zirkonium, Zirkoniumoxid, Magnesium-Spinell und / oder Aluminiumoxid umgeben sind.
Dabei liegt eine vorteilhafte Ausführungsform vor, wenn die Strukturelemente im Übergangsbereich zur Haftzone einen Hinterschnitt aufweisen, was zur Verbesserung der Haftung mit den über den Strukturelementen liegenden Schichten beiträgt.
Die Aufgabe wird auch durch ein Flugzeugtriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, bei denen mindestens eines der beschriebenen Bauelemente verwendet wird. Insbesondere werden die Bauelemente in einer Brennkammer, an einer Wandung der Turbine und / oder im Einlaufbereich des Hochdruckteils der Turbine angeordnet.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gelöst, wobei auf einem metallischen Basismaterial eine metallische Beschichtung aufgebracht wird, und anschließend auf der metallischen Beschichtung durch einen Strukturierungsprozess, insbesondere einen Laserprozess, mindestens teilweise Strukturelemente aus demselben Material wie die metallische Beschichtung aufgebracht werden.
Bei vorteilhaften Ausführungsvarianten wird die metallische Beschichtung mit einem Elektroplating-, Plasmaspray- und / oder einem Abscheideverfahren auf das metallische Basismaterial aufgebracht. Als Materialien für die Beschichtung und die Strukturelemente werden in den Ausführungsformen vorteilhafterweise ein Pulver enthaltend einen Anteil an
M CrAlY mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
M CrAl mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
NiAl, oder NiAlPt
verwendet.
Die Temperaturfestigkeit der Bauelemente kann insbesondere erhöht werden, wenn nach der Strukturierung der metallischen Beschichtung eine keramische Beschichtung aufgebracht wird, insbesondere mit einem keramischen Material enthaltend Yittrium, Zirkonium, Zirkoniumoxid, Magnesium-Spinell und / oder Aluminiumoxid. Dabei liegen vorteilhafte Ausführungsformen vor, wenn vor dem Aufbringen der keramischen Schicht die Oberfläche der metallischen Beschichtung und der Strukturelemente aufgeraut wird.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Strukturelemente durch einen Laserauftragsschweißprozess aufgebracht werden.
Dabei wird die Aufgabe auch durch ein Bauelement herstellbar nach mindestens einem der Verfahren gemäß der Ansprüche 10 bis 15 gelöst.
In den folgenden Figuren werden verschiedene Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, dabei zeigt
1: eine schematische Darstellung der Ausgangssituation für die Herstellung eines Bauelementes;
2: eine schematische Darstellung eines ersten Herstellungsschrittes eines Bauelementes;
3: eine schematische Darstellung eines zweiten Herstellungsschrittes eines Bauelementes;
3A: eine schematische Darstellung eines Bauelementes nach dem zweiten Herstellungsschritt;
4A: eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Bauelementes mit im Wesentlichen eindimensionalen Strukturelementen;
4B: eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Bauelementes mit im Wesentlichen eindimensionalen Strukturelementen;
4C: eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Bauelementes mit im Wesentlichen zweidimensionalen Strukturelementen;
4D: eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Bauelementes mit im Wesentlichen zweidimensionalen Strukturelementen;
5: eine schematische Darstellung eines dritten Herstellungsschrittes eines Bauelementes;
6: eine zeichnerische Darstellung einer mikroskopischen Schnittansicht eines Bauelementes;
7: eine zeichnerische Darstellung einer mikroskopischen Schnittansicht eines Strukturelementes;
8: eine Darstellung eines Teiles eines Flugtriebwerkes mit einem Bauelement gemäß 3.
In 1 ist in einer Schnittansicht eine metallische Schicht dargestellt, die Ausgangspunkt für den Aufbau eines Bauelementes 10 ist, das besonders thermisch und mechanisch stabil ist. Das metallische Basismaterial 11 (z.B. eine nickelbasierte Superlegierung) kann die Form einer Platte haben, die z.B. bei der Auskleidung einer Brennkammer, der Auskleidung der Wandung (so genannter Liner) im Bereich einer Turbine oder dem Einlaufbereich des Hochdruckteils einer Turbine eingesetzt wird. Solche Platten haben z.B. eine Länge von ca. 10 cm, eine Breite von ca. 2 cm und eine Dicke von ca. 4 mm. Die Platte muss dabei nicht zwangsläufig quaderförmige Abmessungen aufweisen. Die Platte kann auch eine Krümmung und / oder eine komplexere Außenkontur aufweisen. Das Bauelement kann aber auch selbst Teil eines Flugtriebwerkes sein (siehe 8).
Auf das metallische Basismaterial 11 wird in einem ersten Arbeitsschritt eine metallische Beschichtung 1 aus einem hitzebeständigen Material aufgebracht (2). Die Dicke der Beschichtung kann – je nach Einsatz – zwischen 50 und 500 µm betragen. Diese Beschichtung 1 kann z.B. einen Anteil an
M CrAlY mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
M CrAl mit M = Fe, Ni, und / oder Co,
NiAl, oder NiAlPt
aufweisen oder ganz aus diesen Materialien bestehen. Diese Materialien werden auch bei an sich bekannten Bond-Coat-Schichten verwendet. Diese Materialien sind bis 1.400 K thermisch stabil.
Diese Beschichtung 1 kann z.B. mit einem Elektroplating-, Plasmaspray- und / oder einem Abscheideverfahren auf das metallische Basismaterial 11 aufgebracht werden. Ein mögliches Abscheideverfahren ist das PVD-Verfahren (Physical-Vapour-Deposition), mit dem eine sichere Bindung der Beschichtung 1 an das metallische Basismaterial 11 möglich ist. Das Ausgangsmaterial (z.B. in Form von Pulver) wird dazu verdampft (z.B. in einem Elektronenstrahl) und auf dem metallischen Basismaterial 11 abgeschieden. Zur Verbesserung der Abscheidung kann z.B. eine Ionisierung des Dampfes oder die Anlegung einer Spannung verwendet werden.
Damit eine keramische Schicht 5 (siehe 5) sicher auf der Beschichtung 1 halten kann, werden in einem zweiten Arbeitsschritt mit einem Strukturierungsprozess, insbesondere einem Laserprozess, mindestens teilweise Strukturelemente 4 auf die bereits vorhandene metallische Beschichtung 1 aufgebracht (3). Ein vorteilhafter Laserprozess ist dabei das Laserauftragsschweißen, bei dem die metallische Beschichtung 1 lokal aufgeschmolzen wird und gleichzeitig das Material für die Strukturelemente 4 aufgebracht wird. Das Aufbringen des Materials für die Strukturelemente 4 kann in Pulverform oder mittels eines Drahtes erfolgen.
Dabei ist es wichtig, dass die Strukturelemente 4 das gleiche Material aufweisen, wie die metallische Beschichtung 1. So können die Beschichtung 1 und die Strukturelemente 4 aus dem gleichen metallischen Pulver hergestellt werden. Damit haben Strukturelemente 4 und die metallische Beschichtung 1 einen identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so dass die zusätzlichen thermischen Belastungen klein gehalten werden. Auch wird damit eine zusätzliche Phasengrenzfläche zwischen der metallischen Beschichtung 1 und dem Strukturelement 4 vermieden, so dass mechanische Spannungen verringert werden.
Die so geschaffene metallische Beschichtung 1 weist einen hohen Widerstand gegenüber Oxidation und Korrosion allgemein auf, wobei das metallische Basismaterial 11 nicht verändert wird. Des Weiteren erlaubt diese metallische Beschichtung 1 eine einfache Bearbeitung in späteren Schritten, wenn z.B. eine Reparatur vorgenommen werden soll.
Nach dem zweiten Arbeitsschritt liegt ein Bauelement vor (3, 3A), bei dem die Beschichtung 1 eine Haftzone 2 zur Verbindung mit dem metallischen Basismaterial 11 und eine über der Haftzone 2 liegende Strukturzone 3 mit Strukturelementen 4 aufweist. Beide Zonen 2, 3 sind dabei einstückig aus demselben Material der metallischen Beschichtung 1 gebildet. Eine gesonderte Haftvermittlungsschicht z.B. mit Partikeln oder eine Strukturierung der metallischen Basisschicht 11 ist nicht erforderlich.
Die Form und Anordnung der Strukturelemente 4 in der metallischen Beschichtung 1 können in weiten Grenzen durch die Steuerung des Strukturierungsprozesses variiert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei das oben bereits beschriebene Laserauftragsschweißen (laser cladding process).
In den 4A, 4B sind im Wesentlichen stabförmige Strukturelemente 4 in einer Draufsicht dargestellt. Die Strukturelemente 4 in 4A weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, die Strukturelemente 4 in 4B weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Grundsätzlich sind auch prismatische oder pyramidale Strukturelemente 4 möglich. In 4C, 4D, sind die Strukturelemente 4 als lineare Strukturen ausgebildet. In der Ausführungsform gemäß 4C sind die Strukturelemente als parallele Wände ausgebildet. In der Ausführungsform gemäß 4D sind die Strukturelemente als sich kreuzende Wände ausgebildet. Es ist auch möglich, dass Kombinationen unterschiedlicher Strukturelemente 4 verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der 3, 3A und 4A, 4B, 4C, 4D, insbesondere im Hinblick auf die Form der Strukturelemente 4, lediglich schematisch ist.
Der die Ausdehnung parallel zum metallischen Basismaterial, z.B. der Durchmesser eines Strukturelemente 4 gemäß 4A oder die Dicke einer linearen Struktur gemäß 4C beträgt zwischen 50 und 300 µm.
Auch ist es nicht zwingend, dass die Strukturelemente 4 in einer gleichmäßigen Anordnung, wie in 4 dargstellt, über das Bauelement 10 verteilt sind. Es kann auf Grund der Belastung in der Turbomaschine sinnvoll sein, dass die Strukturelemente 4 in einigen Bereichen eine höhere Dichte aufweisen als in anderen. Auch müssen die Strukturelemente 4 untereinander nicht immer die gleiche Form aufweisen. Vielmehr ist es möglich, dass die Form der Strukturelemente 4 an die Belastung angepasst wird. Insbesondere durch den Einsatz eines Laserprozesses können dabei die Anordnung und die Form der Strukturelemente 4 variabel und gezielt gewählt werden.
In 5 ist das Bauelement 10 nach einem dritten Arbeitsschritt dargestellt. Dabei wurde z.B. zur Erhöhung der Temperaturfestigkeit keramisches Material 5 in die Strukturzone 4 der metallischen Beschichtung 1 eingebracht. Die Strukturelemente 4 greifen dabei direkt in das keramische Beschichtungsmaterial 5 ein und sichern eine enge Verbindung der beiden Schichten. Die Strukturelemente 4 können vor der Beschichtung mit dem keramischen Material 5 aufgeraut werden, um die Haftung zu verbessern. Durch die Form der Strukturelemente 4 wird ein Abschattungseffekt bei Aufbringung der keramischen Schicht 5 weitgehend vermieden.
Es ist vorteilhaft, wenn das keramischen Material 5 insbesondere Yittrium und / oder Zirkonium enthält. Zusätzlich oder alternativ kann das keramische Material 5 auch Magnesium-Spinell und / oder Aluminiumoxid enthalten.
In 6 ist eine mikroskopische Schnittansicht eines Bauteils 10 dargestellt. Die vier dargestellten Strukturelemente 4 sind seitlich untereinander ca. 300 µm beabstandet. Die Höhe der Strukturelemente 4 beträgt ca. 200 µm.
Aus dieser realen Schnittansicht wird deutlich, dass die Strukturelemente 4 eine wohl definierte Oberfläche bilden, die Grundlage für weitere Beschichtungen sein kann.
In 7 ist eine Einzelansicht eines Strukturelementes 4 im Querschnitt dargestellt. Es ist erkennbar, dass am Fußbereich des Strukturelementes 4 im Übergangsbereich zwischen Haftzone 2 und Strukturzone 3 keine Inhomogenitäten erkennbar sind. Das metallische Gefüge ist einheitlich, so dass eine einstückige metallische Beschichtung 1 vorliegt. Bedingt durch das Herstellungsverfahren liegt im Fußbereich des Strukturelementes 1 eine Hinterschneidung vor, d.h. das Strukturelement 4 weist im oberen Teil einen größeren Durchmesser auf, als im Bereich des Fußpunktes. Das keramische Material, das sich bei dem Bauelement 10 über die Strukturelemente 4 erstreckt (siehe 5) gelangt somit auch in den Bereich der Hinterschneidung, so dass eine besondere Verankerung der keramischen Schicht 5 auf dem Bauelement 10 erzeugt wird. Die Ausbildung der Spitze des Strukturelementes 4 ermöglicht eine gezielte Segmentierung der keramischen Beschichtung 5, die über den Strukturelementen 4 aufgebracht wird.
In 8 ist ausschnittsweise ein Flugzeugtriebwerk 20 dargestellt, in dem Bauelemente 10 der zuvor beschriebenen Art eingesetzt werden. Die einzelnen Verwendungen können dabei jeweils einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
Besonders hohe thermische Belastungen liegen in der Brennkammer 21 vor. Aus diesem Grund sind plattenförmige Bauelemente 10 mit der beschriebenen Beschichtung im Inneren der Brennkammer 21 angeordnet.
Die höchste Temperatur liegt beim Austritt der Gase aus der Brennkammer 21 und beim Eintritt in die Hochdruckstufe 22 der Turbine vor. Daher ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich oder alternativ Bauelemente 10 in der Hochdruckstufe 22 angeordnet sind. Dabei sind diese Bauelemente 10 vorteilhafterweise nicht als Platten ausgebildet, sondern die Beschichtung 1 ist z.B. direkt auf im Bereichs des Stators der Turbine angeordnet. Damit wird der Bereichs des Stators an sich zu dem beschichteten Bauelement 10. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die beschichteten Bauelemente 10 noch Kanäle oder Öffnungen für Kühlmedien aufweisen.
Ferner ist es möglich auch Schaufeln von Rotoren und / oder Statoren mit der Beschichtung zu versehen, dass diese zu Bauelementen 10 im Sinne der vorliegenden Beschreibung werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Bauelement 10 als Beschichtung, d.h. als so genannter Liner 23 in der Wandung der Turbinenwand zu verwenden, d.h. insbesondere den Bereichen, die den Schaufeln der Rotoren gegenüberliegen. Liner 23 können in Bereichen verwendet werden, in denen Rotorschaufeln z.B. der Turbine zumindest zeitweise mechanischen Kontakt mit der Wandung des Gehäuses haben. Dies ist für die Minimierung des Spaltes zwischen Wandung und Turbinenschaufel zumindest durchaus erwünscht. Die Bauelemente 10 mit einer metallischen Beschichtung 1 mit einstückigen Strukturelementen 4 und einer keramischen Beschichtung 5 weisen nicht nur eine hohe thermische Belastbarkeit auf, sondern sind auch mechanisch so ausgebildet, dass sie als Liner 23 verwendbar sind.
Auch in Brennkammern können Liner 23 verwendet werden, oder die Beschichtung kann direkt Teil der Brennkammerwandung werden.
Grundsätzlich kann das Bauelement 10 an den Stellen eingesetzt werden, an denen üblicherweise dickere Keramikschichten angeordnet werden.
Mit den hier beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, eine feine Strukturierung direkt auf einem Bond-coat material anzubringen, wobei die Höhe unter 500 µm bleibt, das metallische Basismaterial 11 wird nicht beeinträchtigt. Im Betrieb treten nur geringe thermische Gradienten innerhalb der Strukturelemente 4 auf. Auch ist die Haftung der Schicht auf dem Basismaterial sehr gut. Diese Ausführungsformen weisen auch einen hohen Widerstand gegen Oxidation auf.
Ferner ist es möglich, ein Bauelement 10 mit bekannten chemischen und / oder mechanischen Verfahren zu reparieren und / oder zu überarbeiten.
Bezugszeichenliste

1: metallische Beschichtung
2: Haftzone
3: Strukturzone
4: Strukturelement
5: keramische Beschichtung
10: Bauelement
11: metallisches Basismaterial
20: Flugzeugtriebwerk
21: Brennkammer
22: Hochdruckstufe eines Flugzeugtriebwerkes
23: Liner an der Wandung eines Flugzeugtriebwerkes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1491658 A1 [0003]
US 6652227 B2 [0005]
US 6457939 B2 [0005]

Claims

Bauelement mit einer metallischen Beschichtung auf einem metallischen Basismaterial besonders eingerichtet und ausgebildet zur Verwendung in einer Turbomaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) eine Haftzone (2) zur Verbindung mit dem metallischen Basismaterial (11) und eine über der Haftzone (2) liegende Strukturzone (3) mit Strukturelementen (4) aufweist, wobei die Haftzone (2) und die Strukturzone (3) aus demselben Material bestehen.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) durch ein Elektroplating-, Spray- und / oder Abscheidungsverfahren auf das Basismaterial (11) aufgebracht ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturelemente (4) der Strukturzone (3) nach dem Aufbringen des Materials in der Haftzone (2) durch einen Strukturierungsprozess, insbesondere einen Laserauftragsschweißprozess, hergestellt sind.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) gemessen von der Oberseite der Haftzone (2) bis zu den Oberseiten der Strukturelemente (4) eine durchschnittliche Höhe zwischen 100 und 500 µm aufweisen.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) untereinander einen mittleren Abstand von 0,5 bis 2 mm aufweisen.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) im Wesentlichen einen runden Querschnitt aufweisen, wobei der größte Durchmesser im Durchschnitt zwischen 50 und 300 µm beträgt.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) lineare Strukturen mit einer mittleren Breite von 50 bis 300 µm aufweisen.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) und die Strukturelemente (4) einen Anteil an M CrAlY mit M = Fe, Ni, und / oder Co, M CrAl mit M = Fe, Ni, und / oder Co, NiAl, oder NiAlPt aufweist oder vollständig aus den Materialien besteht.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der metallischen Beschichtung (1) mindestens teilweise eine keramische Beschichtung (5) angeordnet ist, wobei Strukturelemente (4) mindestens teilweise von dem keramischen Material, insbesondere einem keramischen Material enthaltend Yittrium, Zirkonium. Zirkoniumoxid, Magnesium-Spinell und / oder Aluminiumoxid, umgeben sind.
Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) im Übergangsbereich zur Haftzone (2) einen Hinterschnitt aufweisen.
Flugzeugtriebwerk, gekennzeichnet durch mindestens ein Bauelement (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Bauelement (10) insbesondere in einer Brennkammer (21), an der Wandung der Turbine und / oder im Einlaufbereich des Hochdruckteils (22) einer Turbine (20) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes (10), wobei a) auf einem metallischen Basismaterial (11) eine metallische Beschichtung (1) aufgebracht wird, wobei anschließend b) auf der metallischen Beschichtung (1) durch einen Strukturierungsprozess, insbesondere einen Laserprozess, mindestens teilweise Strukturelemente (4) aus demselben Material wie die metallische Beschichtung (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturierungsprozess ein Laserdrilling, ein Lötprozess und / oder ein Ätzprozess, insbesondere eine anisotroper Ätzprozess ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) mit einem Elektroplating-, Plasmaspray- und / oder einem Abscheideverfahren auf das metallische Basismaterial (11) aufgebracht wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (1) und das Aufbringen der Strukturelemente (4) mit einem Pulver enthaltend einen Anteil an M CrAlY mit M = Fe, Ni, und / oder Co, M CrAl mit M = Fe, Ni, und / oder Co, NiAl, oder NiAlPt erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Strukturierung der metallischen Beschichtung (1) eine keramische Beschichtung (5) aufgebracht wird, insbesondere mit einem keramischen Material enthaltend Yittrium, Zirkonium, Zirkoniumoxid, Magnesium-Spinell und / oder Aluminiumoxid.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Strukturierung der metallischen Beschichtung (1) und vor dem Aufbringen der keramischen Schicht (5) die Oberfläche der metallischen Beschichtung (1) und der Strukturelemente (4) aufgeraut wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (4) durch einen Laserauftragsschweißprozess aufgebracht werden.
Bauelement (10) herstellbar nach mindestens einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 10 bis 15.