DE10336989B4 - Verfahren zur Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten auf einen Werkstoff mit einem Ni-Basismaterial, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Draht vorliegendes Edelmetall in einem Lichtbogen-Drahtspritzprozeß als Aerosol auf den Werkstoff aufgebracht wird, welcher anschließend alitiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten auf einen Werkstoff mit einem Ni-Basismaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In Fluggasturbinen ist im Bereich der Hochdruckturbine, insbesondere der Turbinenschaufeln, ein Heissgas-Korrosionsschutz im Hochtemperaturbereich erforderlich. Hierzu werden die Turbinenschaufeln, welche ein Ni-Basismaterial aufweisen mit einem Edelmetall, üblicherweise Platin, beschichtet. Anschließend wird die Turbinenschaufel bei einer Temperatur von ca. 300–400 °C kalziniert. Dadurch entsteht ein Gradientenwerkstoff, wobei sich aufgrund eines Diffusionsprozess ein Konzentrationsgefälle des Edelmetalls in das Ni-Basismaterial einstellt. Auf diesen Gradientenwerkstoff wird anschließend die Heissgas-Korrosionsschutzschicht, welche üblicherweise eine Al-Verbindung ist, aufgebracht. Mittels einer in einem weiteren Verfahrensschritt ausgeführten Kalzinierung wird in einem Diffusionsprozeß Aluminium in die Edelmetallschicht eingebracht. Dieser Schritt wird auch als Alitierung bezeichnet. Durch die Alitierung wird ein PtAl-Werkstoff erzeugt, welcher an der Oberfläche Al2O3 erzeugt, was eine Schutzschicht gegen korrosive Gase darstellt. Außerdem hat diese Al2O3-Schicht wärmedämmende Eigenschaften. Der Sauerstoff, welcher zur Bildung von Al2O3 benötigt wird, stammt beim der Verwendung des Werkstoffs als Turbinenschaufel in einer Fluggasturbine aus der Umgebungsluft.
  • Die Al2O3-Schutzschicht wird verbraucht, wird allerdings durch das im Werkstoff vorhandene Al ständig nachgebildet. Wenn das in dem Werkstoff eingelagerte Al verbraucht ist, muß der Werkstoff, z.B. die Turbinenschaufel, erneut alitiert werden.
  • Aus der DE 17 96 175 C ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturkorrosions- und zunderbeständigen, durch Eindiffundieren von Aluminium in die Oberfläche von Gegenständen aus hochwarmfesten Legierungen auf Nickel- und/oder Kobaltbasis gebildete Schutzschicht bekannt, bei dem ein oder mehrere Metalle aus der Platingruppe auf die Oberfläche des zuschützenden Gegenstands aufgebracht und bei einer anschließenden Diffusionsglühung neben dem oder den Matallen der Platingruppe zusätzlich Aluminium in die Oberfläche eindiffundiert wird.
  • Die WO 01/88218 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetalllegierung auf ein Substrat durch Plasmaspritzen.
  • Bekannte Verfahren zur Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten sind z.B. galvanische Beschichtungsverfahren (wird auch als Platinierung bezeichnet) der Beschauflung von Heissgasturbinen mit anschließender diffusionskontrollierter Alitierung der aufgebrachten Edelmetallschicht (z.B. Pt-Schicht). Weitere Herstellungsverfahren sind z.B. Plasma- bzw. Flammspritzverfahren unter Verwendung von Edelmetallen als Spritzpulver und anschließender Alitierung.
  • Bei den bekannten Herstellungsverfahren sind die hohen Kosten und der hohe Anteil des sogenannten Oversprays, also der Anteil des bei dem Beschichtungsprozess ungenutzten Edelmetalls, von Nachteil.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, mit dem Heissgas-Korrosionsschutzschichten auf Werkstoffen mit einem Ni-Basismaterial hergestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
    •
  • Erfindungsgemäß wird das als Draht vorliegende Edelmetall in einem Lichtbogen-Drahtspritzprozeß als Aerosol auf den Werkstoff aufgebracht und anschließend alitiert. Das Aerosol wird vorteilhaft mittels eines Hochstrom-Lichtbogenüberschlags durch den das als Draht vorliegende Edelmetall geführt wird, erzeugt. Das Edelmetall kann dabei vorteilhaft Pt, Pd oder eine Mischung daraus sein.
  • Das Aersol kann bevorzugt mit einem Prozessgas gemischt werden. Das Prozessgas kann dabei vorteilhaft ein Edelgas, Stickstoff, Wasserstoff oder eine beliebige Mischung daraus sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird mittels Konturdüsen ein gebündelter Aerosol-Strahl erzeugt. Der Durchmesser des Strahls kann dabei insbesondere auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden.
  • Die Schichtdicke mit der das Edelmetall auf das Ni-Basismaterial aufgebracht wird, beträgt vorteilhaft zwischen 30 und 50 μm.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten weniger Edelmetall ungenutzt verbraucht, wodurch die Ressourcen des Edelmetalls geschont werden, da das sogenannte Overspray verringert wird. Daraus folgt eine Reduzierung der Herstellungskosten.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung von Heissgas-Korrosionsschutzschichten auf einen Werkstoff mit einem Ni-Basismaterial, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Draht vorliegendes Edelmetall in einem Lichtbogen-Drahtspritzprozeß als Aerosol auf den Werkstoff aufgebracht wird, welcher anschließend alitiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol des Edelmetalls mittels eines Hochstrom-Lichtbogenüberschlags durch den das als Draht vorliegende Edelmetall geführt wird, erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol mit einem Prozessgas gemischt wird, wobei das Prozessgas ein Edelgas, Stickstoff, Wasserstoff oder eine beliebige Mischung daraus ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Konturdüsen ein gebündelter Aerosol-Strahl erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall Pt, Pd oder eine Mischung daraus ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall mit einer Schichtdicke von 30 bis zu 50 μm auf das Ni-Basismaterial aufgebracht wird.
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