DE102015221422A1

DE102015221422A1 - Wärmedämmschichtsystem mit Kühlluftlöchern und verschiedener Wärmedämmschicht im Bereich der Kühlluftbohrungen

Info

Publication number: DE102015221422A1
Application number: DE102015221422.2A
Authority: DE
Inventors: Fathi Ahmad; Christian Menke; Werner Stamm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-04
Also published as: WO2017076731A1

Abstract

Durch die Verwendung zweier verschiedener Materialien im Bereich der Durchgangslöcher (13) und außerhalb der Durchgangslöcher (13) wird die Abplatzung von keramischem Material vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmedämmschichtsystem aus einem Substrat und zumindest einer keramischen Beschichtung, wobei das Wärmedämmschichtsystem Durchgangslöcher aufweist und im Bereich der Durchgangslöcher eine andere keramische Beschichtung aufweist.
Turbinenbauteile von Gasturbinen weisen Kühlluftlöcher, insbesondere Reihen von Kühlluftlöchern auf, wo Kühlluft ausströmt, da dort die Bauteile besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, so dass es dort zu stärkeren thermischen Gradienten kommt.
Diese thermische Belastung könnte zur lokalen Abplatzung der TBC in diesem Bereich führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Bauteil aufzuzeigen, mit dem oben genanntes Problem gelöst wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein keramisches Schichtsystem gemäß Anspruch 1.
Es zeigen
1, 2 verschiedene Querschnittdarstellungen eines erfindungsgemäßen Schichtsystems, sowie
3 Kühlluftreihen.
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
In 1 ist ein Querschnitt durch eine Wand eines Bauteils 1 dargestellt.
Das Bauteil 1 ist insbesondere eine Turbinenschaufel 1.
Auf einem Substrat 4 ist eine keramische Beschichtung 7 vorhanden. Das Substrat 4 weist zumindest ein Durchgangsloch 13 auf. Um das Durchgangsloch 13 ist eine Vertiefung 11 vorhanden, wo kein erstes keramisches Material der keramischen Beschichtung 7 vorhanden ist. In der Vertiefung 11 ist ein zweites keramisches Material 10 vorhanden.
Eine solche Turbinenschaufel 1 weist eine Wand auf, die ein Substrat 4 und außen eine keramische Beschichtung 7 aus einem ersten keramischen Material aufweist. Das Substrat 4 ist insbesondere eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung.
Ebenso ist eine metallische Haftvermittlerschicht auf dem Substrat 4 vorhanden (nicht näher dargestellt), insbesondere auf der Basis NiCoCrAlY, einer Oxidschicht, gewachsen oder oxidiert von der metallischen Haftvermittlerschicht und darauf zumindest eine keramische Beschichtung 7 aus einem ersten keramischen Material.
Das erste keramische Material ist vorzugsweise teilstabilisiertes Zirkonoxid.
Das Schichtsystem 1 weist ebenso Durchgangslöcher 13 auf, die bei Turbinenbauteilen zur Filmkühlung dienen. Dabei ist im Bereich des Durchgangslochs 13 an der Oberfläche des Substrats in dem Bereich 11 kein Material der keramischen Beschichtung 7 aus dem ersten keramischen Material vorhanden, sondern ein zweites Material als keramische Wärmedämmschicht 10.
Das zweite keramische Material unterscheidet sich von dem ersten keramischen Material zumindest durch eine höhere Porosität um mindestens 2% (absolut) und/oder durch die Mikrostruktur mit länglichen Rissen oder einer DVC-Struktur (senkrechte Risse in einer dichten Schicht) und/oder durch die Zusammensetzung.
Das zweite Material ist insbesondere eine keramische Beschichtung mit senkrechten Rissen (DVC), die auch eine erhöhte Dichte und/oder ein Pyrochlor aufweist.
Zwischen der keramischen Beschichtung 7 aus dem ersten Material und der keramischen Schicht 10 aus dem zweiten Material ist vorzugsweise ein Spalt 19 vorhanden.
In 2 ist eine Aufsicht auf 1 gezeigt. Es zeigt die Oberfläche des keramischen Schichtsystems 1 mit zwei Durchgangslöchern 13, die Teil einer Kühlluftreihe 14; 30, 33, 36 (3) sind. Entlang der Ausrichtung 15 der Kühlluftreihe 13 ist das zweite Material vorhanden, welches die Kühlluftlöcher 13 nicht verschließt. Das zweite Material 15 ist vorzugsweise durchgängig entlang der Ausrichtung 15 vorhanden.
Eine solche Anordnung wird dadurch hergestellt, dass zuerst das erste keramische Material für das keramische Schichtsystem 7 aufgebracht wird und durch geeignete Maßnahmen beim Beschichten oder nachträgliches Entfernen eine Aussparung entsteht, in der kein keramisches Material entlang der Kühlluftreihe 14 oder die Durchgangsbohrung 13 vorhanden ist.
Die Ausdehnung der Vertiefung 11 quer zur Längsausrichtung der Kühlluftreihe 14, 30, 33, 36 beträgt das 2–3fache des Durchmessers des Durchgangslochs 13.
Dann wird in einem zweiten Beschichtungsprozess das zweite keramische Material in dem Bereich um die Durchgangslöcher 13 aufgebracht.
Die Porosität der keramischen Beschichtung für die Schicht 7 liegt bei mindestens 8%.
Die Porosität für eine solche dichte Schicht des zweiten keramischen Materials mit länglichen Rissen oder DVC-Struktur beträgt höchstens 6%, insbesondere höchstens 5%.
Ebenso kann zuerst das zweite keramische Material für die keramische Beschichtung und des Durchgangslochs 13 um die Kühlluftreihe 14 aufgebracht werden und dann wird das erste Material für die Beschichtung 7 aufgebracht.
3 zeigt eine Aufsicht auf ein Schaufelblatt 39 einer Turbinenschaufel. Die eine Seite des Schaufelblatts 39 weist insbesondere drei Kühlluftreihen 30, 33, 36 auf. Diese können gradlinig 33, einmal abgeknickt 30a, 30b oder zweifach abgeknickt 36a, 36b, 36c verlaufen. Jedenfalls sind in den Abschnitten 30a, 30b; 33; 36a, 36b, 36c jeweils mehrere Kühlluftlöcher gradlinig angeordnet.

Claims

Keramisches Schichtsystem (1) mit Durchgangslöchern (13) durch das Schichtsystem (1), das (1) zumindest aufweist: ein Substrat (4), eine keramische Beschichtung (7) mit zumindest einer keramischen Schicht aus einem ersten keramischen Material auf dem Substrat (4), mit einer Vertiefung (11) in der keramischen Beschichtung (7) im Bereich des zumindest einen Durchgangslochs (13), wobei direkt um das zumindest eine Durchgangsloch (13) innerhalb der Vertiefung (7) ein zweites keramisches Material aufgebracht ist, wobei sich das zweite keramische Material in der Porosität um absolut mindestens 2%, insbesondere mindestens 5% gegenüber der Porosität der keramischen Beschichtung (7) aus dem ersten keramischen Material und/oder im Gegensatz zum ersten keramischen Material der keramischen Beschichtung (7) senkrechte Risse aufweist und/oder eine andere chemische Zusammensetzung aufweist, die sich zumindest in einem Bestandteil um mindestens 15% unterscheidet.
Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Beschichtung (7) und der Schicht aus dem zweiten keramischen Material um das zumindest eine Durchgangsloch (13) ein Spalt (19) vorhanden ist.
Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, das eine Kühlluftreihe (14) mit Durchgangslöchern (13) aufweist, und dass das zweite keramische Material sich durchgehend entlang der Kühlluftreihe (14; 30, 33, 36) erstreckt.
Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das erste keramische Material Zirkonoxid aufweist.
Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem das zweite keramische Material ein Pyrochlor aufweist.
Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem die Ausdehnung der Vertiefung (11) quer zur Ausrichtung (15) das 2–3fache des Durchmessers des Durchgangslochs (13) beträgt.