EP1541808A1 - Turbine component with a heat- and erosion resistant coating - Google Patents
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- Y10T428/12611—Oxide-containing component
Definitions
- the invention relates to a component with a thermal barrier coating and an erosion control layer according to claim 1.
- Thermal barrier coatings applied to components are known in the field of gas turbines, as e.g. in EP 1 029 115 are described.
- Thermal barrier coatings allow components to be used at higher temperatures than the base material allows, or to extend service life.
- Known base materials (substrates) for gas turbines allow operating temperatures of a maximum of 1000 ° C to 1100 ° C, whereas a coating with a thermal barrier coating allows operating temperatures of up to 1350 ° C.
- a metallic erosion control layer is of particular advantage because it is elastically and plastically deformable due to its ductility.
- the thermal barrier coating does not necessarily serve only the Purpose the range of service temperatures upwards but the thermal expansion due to the Temperature differences that are generated on the component or rest, is evened out in an advantageous manner and / or reduced. So can thermomechanical stresses be avoided or at least reduced.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a component 1 designed according to the invention.
- the component 1 is a component of a gas or steam turbine 300, 303 (FIG. 8), in particular a steam inflow region 333, a turbine blade 342, 354, 357 (FIG. 8) or a housing part 334, 335, 366 (FIG. 8) , 9) and consists of a substrate 4 (supporting structure) and a thermal insulation layer applied thereto 7 and an outer erosion protection layer 13.
- the erosion protection layer 13 can also act simultaneously as a thermal barrier coating, so that then physically only a single layer on the substrate 4 would be present.
- the erosion protection layer 13 is preferably made of a metal or a metal alloy and protects the component from erosion and / or wear, as is the case in particular with steam turbines 300, 303 (FIG. 8) subject to scaling, and at the mean flow velocities from about 50m / s (ie 20m / s - 100m / s) and pressures of 350 to 400 bar.
- the erosion protection layer 13 of a component 1 of a steam turbine 300, 303 may also consist of other materials (eg ceramic).
- the substrate 4 is for example a steel or a other iron-based alloy (for example 1% CrMoV or 10 - 12% chromium steels or IN617) or a nickel or cobalt-based superalloy.
- a steel or a other iron-based alloy for example 1% CrMoV or 10 - 12% chromium steels or IN617) or a nickel or cobalt-based superalloy.
- the heat-insulating layer 7 is in particular a ceramic layer, which consists for example at least partially of zirconium oxide (partially stabilized or fully stabilized by yttrium oxide and / or magnesium oxide) and / or at least partially of titanium oxide and is for example thicker than 0.1 mm.
- thermal barrier coatings 7 consisting of 100% of either zirconia or titanium oxide can be used.
- the ceramic layer 7 can by means of known Coating methods such as atmospheric plasma spraying (APS), vacuum plasma spraying (VPS), low pressure plasma spraying (LPPS) as well as by chemical or physical coating methods be applied (CVD, PVD).
- Coating methods such as atmospheric plasma spraying (APS), vacuum plasma spraying (VPS), low pressure plasma spraying (LPPS) as well as by chemical or physical coating methods be applied (CVD, PVD).
- FIG. 2 shows a further embodiment of the component 1 designed according to the invention.
- the intermediate protective layer 10 serves to protect against corrosion and / or oxidation of the substrate 4 and / or for better bonding of the thermal barrier coating 7 to the substrate 4. This is the case in particular if the thermal barrier coating 7 consists of ceramic and the substrate 4 consists of a metal.
- the intermediate protective layer 10 for protecting a substrate 4 against corrosion and oxidation at a high temperature has, for example, essentially the following elements (indication of the percentages by weight): 11.5 to 20.0 wt% chromium, 0.3 to 1.5 wt% silicon, 0.0 to 1.0 wt% aluminum, 0.0 to 0.7% by weight of yttrium and / or at least one equivalent metal from the group comprising scandium and the elements of the rare earths, Remainder iron, cobalt and / or nickel as well as production-related impurities.
- the metallic intermediate protective layer 10 is made 12.5 to 14.0 wt% Chrome, 0.5 to 1.0 wt% Silicon, 0.1 to 0.5 wt% Aluminum, 0.0 to 0.7 wt% Yttrium and / or at least an equivalent Metal from the group comprising Scandium and the elements of the rare earths, Remainder iron and / or cobalt and / or nickel as well as production-related impurities.
- the composition of the iron-based intermediate protective layer 10 exhibits particularly good properties, so that the intermediate protective layer 10 is outstandingly suitable for application to ferritic substrates 4.
- the coefficients of thermal expansion of substrate 4 and intermediate protective layer 10 can be matched to each other very well (up to 10% difference) or even equal, so that there is no thermally induced stress build-up between substrate 4 and intermediate protective layer 10 (thermal mismatch) could cause flaking of the intermediate protective layer 10.
- the substrate 4 is a ferritic Base alloy, a steel or a nickel or cobalt-based superalloy, in particular a 1% CrMoV steel or a 10 to 12 percent chromium steel.
- the thermal barrier coating 7 at least partially a certain open and / or closed porosity.
- the wear / erosion protective layer 13 a higher density than the thermal barrier coating 7 and exists for example, based on iron alloys, Chromium, nickel and / or cobalt or, for example, NiCr 80/20 or NiCrSiB with admixtures of boron (B) and silicon (Si) or NiAl (eg: Ni: 95wt%, Al 5wt%).
- a metallic erosion protection layer 13 used in steam turbines 300, 303, as the Operating temperatures in steam turbines at Steam inlet area 333 maximum at 450 ° C, 550 ° C, 650 ° C or 850 ° C lie. There are for such temperature ranges enough metallic layers that have a sufficiently large necessary erosion protection over the service life of the component 1 while having good oxidation resistance.
- Metallic erosion protection layers 13 in gas turbines a ceramic thermal barrier coating 7 within the first Stage of the turbine or inside the combustion chamber are not possible because metallic erosion protection layers 13 as outer Do not coat the application temperatures of up to 1350 ° C can withstand.
- a ceramic erosion protection layer 13 exists for example, partially or 100% chromium carbide.
- Other materials for the erosion protection layer 13 are, for example, a mixture of tungsten carbide, chromium carbide and nickel (WC, CrC-Ni), for example, with the weight percentages 73 wt% for tungsten carbide, 20 wt% for chromium carbide and 7 wt% for nickel, also chromium carbide with the Admixing of nickel (Cr 3 C 2 -Ni), for example, with a proportion of 83 wt% chromium carbide and 17 wt% nickel and a mixture of chromium carbide and nickel chromium (Cr 3 C 2 -NiCr), for example, with a share of 75 wt% Chromium carbide and 25 wt% nickel chromium and yttrium-stabilized zirconium oxide, for example, with a weight fraction of 80 wt% zirconium oxide and 20 wt% yttrium oxide.
- WC, CrC-Ni chromium
- the thermal barrier coating 7 is porous, for example.
- FIG. 5 shows a porous thermal barrier coating 7 with a gradient of porosity.
- the layer 7 can be used in the region of greater porosity for thermal insulation and, where appropriate, for erosion protection in the area of lower porosity.
- the substrate 4 or one, if necessary existing intermediate protective layer 10 out preferably one greater porosity than in the area of an outer surface or the contact surface with the erosion control layer 13.
- the erosion protection layer 13 preferably has a higher Density than the thermal barrier coating 7, so they 13 a has higher strength.
- FIGS. 7 a, 7 b show the influence of the thermal barrier coating 7 on the thermal deformation behavior of the component. 1
- FIG. 7a shows a component without a thermal barrier coating.
- a higher temperature T max and a lower temperature T min which gives a temperature difference dT (4).
- the temperature difference dT (4) can be at least 200 ° C.
- the higher temperature T max is, for example, at least 450 ° C., in particular even up to 850 ° C.
- the substrate 4 as indicated by dashed lines, expands significantly more in the region of the higher temperature T max due to the thermal expansion than in the region of the lower temperature T min . This differential expansion causes an undesirable deformation of the component (housing).
- a thermal barrier coating 7 is present on the substrate 4, wherein the substrate 4 and the thermal barrier coating 7 together are for example just as thick as the substrate 4 in FIG. 7a.
- the thermal barrier coating 7 reduces the maximum temperature at the surface of the substrate 4 disproportionately to a temperature T ' max , although the external temperature T max is the same as in FIG. 7 a. This results not only from the distance of the surface of the substrate 4 to the higher temperature, but in particular by the lower thermal conductivity of the thermal barrier coating 7.
- the erosion protection layer 13 is here for the sake of simplicity not shown.
- FIG. 8 shows an example of a steam turbine 300, 303 one extending along a rotation axis 306 Turbine shaft 309 shown.
- the steam turbine has a high pressure turbine part 300 and a medium-pressure turbine section 303, each with a Inner housing 312 and a surrounding this outer housing 315 on.
- the high pressure turbine part 300 is, for example, in Pot type executed.
- the medium-pressure turbine section 303 is double-flowed. It is also possible that the Medium-pressure turbine section 303 is designed to be single-entry.
- Along the axis of rotation 306 is between the high pressure turbine part 300 and the medium pressure turbine section 303 a bearing 318th arranged, wherein the turbine shaft 309 in the bearing 318th has a storage area 321.
- the turbine shaft 309 is on another camp 324 next to the high-pressure turbine section 300 superimposed.
- this camp 324 has the High pressure turbine part 300 a shaft seal 345 on.
- the Turbine shaft 309 is opposite to the outer housing 315 of Medium-pressure turbine section 303 by two more Shaft seals 345 sealed.
- These High-pressure blading 354, 357 provides with the associated, not shown blades one first blading area 360.
- the medium-pressure turbine section 303 has a central steam inflow area 333 on.
- the Turbine shaft 309 Associated with the steam inflow region 333, the Turbine shaft 309 a radially symmetric shaft shield 363, a cover plate, on the one hand to the division of Steam flow in the two floods of the medium-pressure turbine section 303 and to prevent direct contact of the hot steam with the turbine shaft 309 on.
- the Turbine shaft 309 points in the medium-pressure turbine section 303 a second blading area 366 with the medium pressure blades 354, 342 on.
- the second Blading region 366 flowing hot steam flows out the medium-pressure turbine section 303 from a discharge nozzle 369th to a flow downstream, not illustrated low-pressure turbine section.
- the turbine shaft 309 is composed of two turbine shafts 309a and 309b which are fixed in the area of the bearing 318 connected to each other.
- the steam inflow region 333 has a Thermal insulation layer 7 and an erosion protection layer 13 on.
- FIG. 9 shows an enlarged illustration of a region of the steam turbine 300, 303.
- the steam turbine 300, 303 consists of an outer housing 334, against which temperatures between 250 ° and 350 ° C. are applied. Temperatures of 450 ° to 800 ° C. prevail at the inflow region 333 as part of an inner housing 335. This results in a temperature difference of at least 200 ° C.
- the heat-insulating layer 7 is applied to the inside 336 (on the outside 337, for example, not).
- the thermal barrier coating 7 is present locally only on the inner housing 335 (and not in the blading area 366, for example).
- the heat input into the inner housing 335 is reduced, so that the thermal expansion behavior is influenced.
- the entire deformation behavior of the inner housing 335 and the Dampfeinström Anlagens 333 can be controlled. This can be done by a variation of the thickness of the thermal barrier coating 7 or the application of different materials at different locations of the surface of the inner housing 335th Likewise, the porosity at different locations of the inner housing 335 may be different.
- the thermal barrier coating 7 may be applied locally, for example in the inner housing 335 in the region of the inflow region 333. Likewise, the thermal barrier coating 7 can be applied locally only in the blading area 366 (FIG. 3). Especially in the inflow region 333, the use of an erosion protection layer 13 is required.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a component 1 according to the invention.
- the thickness of the thermal barrier coating 7 in the inflow region 333 is made thicker than in the blading region 366 of the steam turbine 300, 303. Due to the locally different thickness of the thermal barrier coating 7, the heat input and thus the thermal expansion and thus the expansion behavior of the inner housing 334, consisting of the inflow region 333 and the blading region 366, controlled. Since higher temperatures prevail in the inflow region 333 than in the blading region 366, the thicker heat-insulating layer 7 in the inflow region 333 reduces the heat input into the substrate 4 more than in the blading region 366, where lower temperatures prevail. Thus, the heat input in both the inflow region 333 and subsequent blading region 366 can be kept approximately equal so that the thermal expansion is approximately equal.
- thermal barrier coating 7 is here in the entire hot area, so applied globally.
- FIG. 11 shows another application example for the Use of a thermal barrier coating 7.
- the component 1, in particular a housing part, is here a valve housing 31, into which a hot steam flows through an inlet channel 46.
- the inflow passage 46 causes a mechanical weakening of the valve housing.
- the valve housing 31 consists for example of a cup-shaped housing part 34 and a lid 37th Within the housing part 31, a valve consisting of a valve plug 40 and a spindle 43 is present.
- the valve housing 31 would expand axially more strongly in the region of the channel 46, so that tilting of the cover with the spindle 43 occurs, as indicated by dashed lines.
- the valve cone 34 no longer sits properly, so that the tightness of the valve is reduced.
- a thermal barrier coating 7 on an inner side 49 of the housing 31, a homogenization of the deformation behavior is achieved, so that both ends 52, 55 of the housing 31 and the cover 37 expand uniformly.
- thermal barrier coating is used to Control deformation behavior and thus the tightness to ensure the valve.
- FIG. 10 shows the influence of the application of a Thermal insulation layer 7 on a remanufactured component.
- Refurbishment means that components 1 that were in use are reused and possibly repaired beforehand, ie that they are freed from corrosion and oxidation products and cracks are possibly detected and repaired, for example, by filling with solder or by welding. Each component 1 has a certain life until it is 100% damaged.
- the component 1 for example a turbine blade 342, 254, 357 or an inner housing 334 is inspected at a time t s and, if necessary, worked up again, a certain percentage S s of the damage has been reached.
- the time course of the damage of the component 1 is indicated by the reference numeral 22.
- the damage curve would continue without reprocessing using the dashed line 25 and increase sharply, since the component despite maintenance does not have the same mechanical properties as a newly manufactured component. The remaining operating time would be relatively short.
- the deformation behavior of components 1 is made uniform by the heat-insulating layer 7, so that, for example, less stress is generated, which could lead to damage of the component 1. This also increases the service life of the component 1. The life is thus extended by equalizing the deformation behavior of the component and / or by reducing the heat input into the component. 1
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Wärmedämmschicht
und einer Erosionsschutzschicht nach Anspruch 1.The invention relates to a component with a thermal barrier coating
and an erosion control layer according to
Wärmedämmschichten, die auf Bauteilen aufgebracht werden,
sind aus dem Bereich der Gasturbinen bekannt, wie sie z.B. in
der EP 1 029 115 beschrieben sind.Thermal barrier coatings applied to components
are known in the field of gas turbines, as e.g. in
Wärmedämmschichten erlauben es, Bauteile bei höheren
Temperaturen einzusetzen, als es der Grundwerkstoff zulässt,
oder die Einsatzdauer zu verlängern.
Bekannte Grundwerkstoffe (Substrate) für Gasturbinen
ermöglichen Einsatztemperaturen von maximal 1000°C bis
1100°C, wohingegen eine Beschichtung mit einer
Wärmedämmschicht Einsatztemperaturen von bis zu 1350°C
ermöglicht.Thermal barrier coatings allow components to be used at higher temperatures than the base material allows, or to extend service life.
Known base materials (substrates) for gas turbines allow operating temperatures of a maximum of 1000 ° C to 1100 ° C, whereas a coating with a thermal barrier coating allows operating temperatures of up to 1350 ° C.
Die Einsatztemperaturen von Bauteilen in einer Dampfturbine sind deutlich niedriger, so dass dort solche Anforderungen nicht gestellt werden.The operating temperatures of components in a steam turbine are significantly lower, so there are such requirements not be asked.
Aus der EP 1 029 104 A ist bekannt, eine keramische
Erosionsschutzschicht auf eine keramische Wärmedämmschicht
einer Gasturbinenschaufel aufzubringen.From
Aus der DE 195 35 227 A1 ist bekannt, eine Wärmedämmschicht in einer Dampfturbine vorzusehen, um Werkstoffe mit schlechteren mechanischen Eigenschaften, die aber kostengünstiger sind, für das Substrat, auf das die Wärmedämmschicht aufgebracht wird, verwenden zu können.From DE 195 35 227 A1 is known, a thermal barrier coating in a steam turbine to provide materials with worse mechanical properties, however are more cost effective, for the substrate to which the Heat-insulating layer is applied to use.
Aufgrund von Verunreinigungen in einem Medium und/oder hohen Strömungsgeschwindigkeiten des strömenden Mediums, das an Bauteilen mit einer Wärmedämmschicht vorbeiströmt, kommt es zu einer starken Erosion der Wärmedämmschicht.Due to impurities in a medium and / or high Flow velocities of the flowing medium, the Components with a thermal barrier flow past, it comes to a strong erosion of the thermal barrier coating.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein Bauteil aufzuzeigen, das dieses Problem überwindet.Therefore, it is an object of the invention to show a component, that overcomes this problem.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil für
Einsatztemperaturen kleiner 850°C gemäss Anspruch 1.The problem is solved by a component for
Use temperatures below 850 ° C according to
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bauteile aufgelistet. Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander verknüpft werden.In the subclaims are further advantageous Embodiments of the components of the invention listed. The measures listed in the subclaims can be found in advantageously linked together.
Insbesondere bei Bauteilen von Turbinen, die zum Antrieb
heißen Fluiden ausgesetzt sind, kommt es häufig durch
Verzunderungen zu einem mechanischen Einschlag von abgelösten
Zunder-Teilchen auf eine spröde keramische Schicht, was zum
Ausbrechen von Material, also zur Erosion führen könnte.
Obwohl die keramische Schicht dafür ausgelegt ist,
Thermoschocks zu überstehen, ist sie anfällig gegenüber der
lokal sehr begrenzt auftretenden mechanischen Beanspruchung,
da ein Thermoschock globaler auf die gesamte Schicht
einwirkt.
Daher ist eine metallische Erosionsschutzschicht von
besonderem Vorteil, da sie aufgrund ihrer Duktilität
elastisch und plastisch verformbar ist.In particular, in components of turbines, which are exposed to hot fluids, it often comes through scaling to a mechanical impact of detached scale particles on a brittle ceramic layer, which could lead to breakage of material, ie erosion. Although the ceramic layer is designed to survive thermal shocks, it is susceptible to localized mechanical stress because thermal shock affects the entire layer more globally.
Therefore, a metallic erosion control layer is of particular advantage because it is elastically and plastically deformable due to its ductility.
Die Wärmedämmschicht dient nicht notwendigerweise nur dem Zweck den Bereich der Einsatztemperaturen nach oben zu verschieben, sondern die thermische Dehnung aufgrund der Temperaturunterschiede, die an dem Bauteil erzeugt werden bzw. anliegen, wird in vorteilhafter Weise vergleichmäßigt und/oder reduziert. So können thermomechanischen Spannungen vermieden bzw. zumindest reduziert werden. The thermal barrier coating does not necessarily serve only the Purpose the range of service temperatures upwards but the thermal expansion due to the Temperature differences that are generated on the component or rest, is evened out in an advantageous manner and / or reduced. So can thermomechanical stresses be avoided or at least reduced.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt.Embodiments are shown in the figures.
Es zeigen
Figur 1, 2- Anordnungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht eines Bauteils,
Figur 3, 4, 9, 11- weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen ausgebildeten Bauteils,
- Figur 5, 6
- einen Gradienten der Porosität innerhalb der Wärmedämmschicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteils,
Figur 7- der Einfluss eines Temperaturunterschieds auf ein Bauteil,
- Figur 8
- eine Dampfturbine und
Figur 10- den Einfluss einer Wärmedämmschicht auf die Lebensdauer eines wieder aufgearbeiteten Bauteils.
- FIG. 1, 2
- Possible arrangements of a thermal barrier coating of a component according to the invention,
- 3, 4, 9, 11
- Further embodiments of a trained component according to the invention,
- FIG. 5, 6
- a gradient of porosity within the thermal barrier coating of a component designed according to the invention,
- FIG. 7
- the influence of a temperature difference on a component,
- FIG. 8
- a steam turbine and
- FIG. 10
- the influence of a thermal barrier coating on the life of a remanufactured component.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteils 1.
Das Bauteil 1 ist ein Bauteil einer Gas- oder einer
Dampfturbine 300, 303 (Fig. 8), insbesondere ein
Dampfeinströmbereich 333, eine Turbinenschaufel 342, 354, 357
(Fig. 8) oder ein Gehäuseteil 334, 335, 366 (Fig. 8, 9) und
besteht aus einem Substrat 4 (Tragstruktur) und einer darauf
aufgebrachten Wärmedämmschicht 7 sowie einer äußeren
Erosionsschutzschicht 13. Die Erosionsschutzschutzschicht 13
kann auch gleichzeitig als Wärmedämmschicht wirken, so dass
dann körperlich nur eine einzige Schicht auf dem Substrat 4
vorhanden wäre.
Die Erosionsschutzschicht 13 besteht vorzugsweise aus einem
Metall oder einer Metalllegierung und schützt das Bauteil vor
Erosion und/oder Verschleiß, wie es insbesondere bei
Dampfturbinen 300, 303 (Fig. 8), die einer Verzunderung
unterliegen, der Fall ist, und bei der mittlere
Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 50m/s (d.h. 20m/s - 100
m/s) und Drücke von 350 bis 400 bar auftreten.
Die Erosionsschutzschicht 13 eines Bauteils 1 einer
Dampfturbine 300, 303 kann auch aus anderen Materialien
bestehen (z.B. Keramik).FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a
The
The
The
Das Substrat 4 ist beispielsweise eine Stahl- oder eine
sonstige eisenbasierte Legierung (beispielsweise 1%CrMoV oder
10 - 12% Chromstähle oder IN617) oder eine nickel- oder
kobaltbasierte Superlegierung.The
Die Wärmedämmschicht 7 ist insbesondere eine keramische
Schicht, die beispielsweise zumindest teilweise aus
Zirkonoxid (teilstabilisiert oder vollstabilisiert durch
Yttriumoxid und/oder Magnesiumoxid) und/oder zumindest
teilweise aus Titanoxid besteht und beispielsweise dicker als
0.1 mm ist.
So können Wärmedämmschichten 7, die zu 100% entweder aus
Zirkonoxid oder Titanoxid bestehen, verwendet werden.The heat-insulating
Thus,
Die keramische Schicht 7 kann mittels bekannter
Beschichtungsverfahren wie atmosphärisches Plasmaspritzen
(APS), Vakuumplasmaspritzen (VPS), Niedrigdruckplasmaspritzen
(LPPS) sowie durch chemische oder physikalische Beschichtungsmethoden
aufgebracht werden (CVD, PVD).The
Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäß
ausgebildeten Bauteils 1.
Zwischen dem Substrat 4 und der Wärmedämmschicht 7 ist
zumindest eine weitere Zwischenschutzschicht 10 angeordnet.
Die Zwischenschutzschicht 10 dient zum Schutz vor Korrosion
und/oder Oxidation des Substrats 4 und/oder zur besseren
Anbindung der Wärmedämmschicht 7 an das Substrat 4. Dies ist
insbesondere der Fall, wenn die Wärmedämmschicht 7 aus
Keramik und das Substrat 4 aus einem Metall besteht. FIG. 2 shows a further embodiment of the
Between the
Die Zwischenschutzschicht 10 zum Schutz eines Substrats 4
gegen Korrosion und Oxidation bei einer hohen Temperatur
weist beispielsweise im wesentlichen folgende Elemente auf
(Angabe der Anteile in Gewichtsprozent):
Rest Eisen, Kobalt und/oder Nickel sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Remainder iron, cobalt and / or nickel as well as production-related impurities.
Insbesondere besteht die metallische Zwischenschutzschicht 10
aus
Metall aus der Gruppe umfassend Scandium und die Elemente der Seltenen Erden,
Rest Eisen und/oder Kobalt und/oder Nickel sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Metal from the group comprising Scandium and the elements of the rare earths,
Remainder iron and / or cobalt and / or nickel as well as production-related impurities.
Bevorzugt ist dabei, wenn der Rest nur Eisen ist.It is preferred if the remainder is only iron.
Die Zusammensetzung der Zwischenschutzschicht 10 auf
Eisenbasis zeigt besonders gute Eigenschaften, so dass die
Zwischenschutzschicht 10 hervorragend zur Aufbringung auf
ferritischen Substraten 4 geeignet ist.
Dabei können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
Substrat 4 und Zwischenschutzschicht 10 sehr gut aneinander
angeglichen werden (bis zu 10% Unterschied) oder sogar gleich
sein, so dass es zu keinem thermisch verursachten
Spannungsaufbau zwischen Substrat 4 und Zwischenschutzschicht
10 kommt (thermal mismatch), der ein Abplatzen der
Zwischenschutzschicht 10 verursachen könnte. The composition of the iron-based intermediate
The coefficients of thermal expansion of
Dies ist besonders wichtig, da bei ferritischen Werkstoffen
oft keine Wärmebehandlung zur Diffusionsanbindung
durchgeführt wird, sondern die Zwischenschutzschicht 10
(ferritisch) größtenteils oder nur durch Adhäsion auf dem
Substrat 4 haftet.This is especially important because of ferritic materials
often no heat treatment for diffusion bonding
is performed, but the intermediate protective layer 10th
(ferritic) mostly or only by adhesion on the
Insbesondere ist das Substrat 4 eine ferritische
Basislegierung, ein Stahl- oder eine Nickel- oder
kobaltbasierte Superlegierung, insbesondere ein 1%CrMoV-Stahl
oder ein 10 bis 12prozentiger Chromstahl.In particular, the
Weitere vorteilhafte ferritische Substrate 4 des
Schichtsystems 1 bestehen aus einem
wie z.B. 30CrMoNiV5-11 oder 23CrMoNiWV8-8,
G17CrMoV5-10 oder G17CrMo9-10,
X12CrMoWVNbN10-1-1 ,
GX12CrMoWVNbN10-1-1 oder GX12CrMoVNbN9-1.
such as 30CrMoNiV5-11 or 23CrMoNiWV8-8,
G17CrMoV5-10 or G17CrMo9-10,
X12CrMoWVNbN10-1-1,
GX12CrMoWVNbN10-1-1 or GX12CrMoVNbN9-1.
Für eine möglichst gute Wirkungsweise der Wärmedämmschicht 7
weist die Wärmedämmschicht 7 zumindest teilweise eine gewisse
offene und/oder geschlossene Porosität auf.For the best possible mode of action of the
Vorzugsweise weist die Verschleiß/Erosionsschutzschicht 13
eine höhere Dichte als die Wärmedämmschicht 7 auf und besteht
beispielsweise aus Legierungen auf der Basis von Eisen,
Chrom, Nickel und/oder Kobalt oder beispielsweise NiCr 80/20
oder NiCrSiB mit Beimengungen von Bor (B) und Silizium (Si)
oder NiAl (bspw.: Ni: 95wt%, Al 5wt%). Preferably, the wear / erosion protective layer 13
a higher density than the
Insbesondere kann eine metallische Erosionsschutzschicht 13
bei Dampfturbinen 300, 303 eingesetzt werden, da die
Einsatztemperaturen in Dampfturbinen beim
Dampfeinströmbereich 333 maximal bei 450°C, 550°C , 650°C
oder 850°C liegen. Für solche Temperaturbereiche gibt es
genügend metallische Schichten, die einen hinreichend großen
notwendigen Erosionsschutz über die Einsatzdauer des Bauteils
1 bei gleichzeitiger guter Oxidationsbeständigkeit aufweisen.In particular, a metallic
Metallische Erosionsschutzschichten 13 in Gasturbinen auf
einer keramischen Wärmedämmschicht 7 innerhalb der ersten
Stufe der Turbine oder innerhalb der Brennkammer sind nicht
möglich, da metallische Erosionsschutzschichten 13 als äußere
Schicht die Einsatztemperaturen von bis zu 1350°C nicht
aushalten können.Metallic erosion protection layers 13 in gas turbines
a ceramic
Eine keramische Erosionsschutzschicht 13 besteht
beispielsweise teilweise oder zu 100% aus Chromkarbid.A ceramic
Weitere Materialien für die Erosionsschutzschicht 13 sind
beispielsweise eine Mischung aus Wolframkarbid, Chromkarbid
und Nickel (WC, CrC-Ni) bspw. mit den Gewichtsanteilen 73 wt%
für Wolframkarbid, 20 wt% für Chromkarbid und 7 wt% für
Nickel, ferner Chromkarbid mit der Beimischung von Nickel
(Cr3C2-Ni) bspw. mit einem Anteil von 83 wt% Chromkarbid und
17 wt% Nickel sowie eine Mischung aus Chromkarbid und
Nickelchrom (Cr3C2-NiCr) bspw. mit einem Anteil von 75 wt%
Chromkarbid und 25 wt% Nickelchrom sowie Yttrium-stabilisiertes
Zirkonoxid bspw. mit einem Gewichtsanteil von
80 wt% Zirkonoxid und 20 wt% Yttriumoxid.Other materials for the
Die Wärmedämmschicht 7 ist beispielsweise porös.
Figur 5 zeigt eine poröse Wärmedämmschicht 7 mit einem
Gradienten der Porosität. The
FIG. 5 shows a porous
In der Wärmedämmschicht 7 sind Poren 16 vorhanden. In
Richtung einer äußeren Oberfläche nimmt die Dichte ρ der
Wärmedämmschicht 7 zu.
So kann die Schicht 7 im Bereich der größeren Porosität zur
Wärmedämmung und im Bereich der geringeren Porosität
gegebenenfalls auch zum Erosionsschutz verwendet werden.In the
Thus, the
Somit besteht zum Substrat 4 oder zu einer gegebenenfalls
vorhandenen Zwischenschutzschicht 10 hin vorzugsweise eine
größere Porosität als im Bereich einer äußeren Oberfläche
oder der Kontaktfläche zu der Erosionsschutzschicht 13.Thus, there is the
In Figur 6 verläuft der Gradient in der Dichte p der
Wärmedämmschicht 7 entgegengesetzt zu dem in Figur 5.In FIG. 6, the gradient runs in the density p of FIG
Die Erosionsschutzschicht 13 weist vorzugsweise eine höhere
Dichte als die Wärmedämmschicht 7 auf, damit sie 13 eine
höhere Festigkeit aufweist.The
Die Figuren 7a, 7b zeigen den Einfluss der Wärmedämmschicht 7
auf das thermische Verformungsverhalten des Bauteils 1.FIGS. 7 a, 7 b show the influence of the
Figur 7a zeigt ein Bauteil ohne Wärmedämmschicht.
An zwei gegenüberliegenden Seiten des Substrats 4 herrschen
zwei verschiedene Temperaturen, eine höhere Temperatur Tmax
und eine niedrigere Temperatur Tmin, wodurch ein
Temperaturunterschied dT(4) gegeben ist.
Der Temperaturunterschied dT(4) kann mindestens 200°C
betragen.
Die höhere Temperatur Tmax beträgt beispielsweise mindestes
450°C, insbesondere sogar bis 850°C.
Somit dehnt sich das Substrat 4, wie es gestrichelt
angedeutet ist, im Bereich der höheren Temperatur Tmax
aufgrund der thermischen Ausdehnung deutlich stärker aus als
im Bereich der kleineren Temperatur Tmin. Diese
unterschiedliche Ausdehnung verursacht eine unerwünschte
Verformung des Bauteils (Gehäuse).FIG. 7a shows a component without a thermal barrier coating.
On two opposite sides of the
The temperature difference dT (4) can be at least 200 ° C.
The higher temperature T max is, for example, at least 450 ° C., in particular even up to 850 ° C.
Thus, the
Hingegen ist bei der Figur 7b auf dem Substrat 4 eine
Wärmedämmschicht 7 vorhanden, wobei das Substrat 4 und die
Wärmedämmschicht 7 zusammen beispielsweise genauso dick sind
wie das Substrat 4 in Figur 7a.
Die Wärmedämmschicht 7 reduziert die maximale Temperatur an
der Oberfläche des Substrats 4 überproportional auf eine
Temperatur T'max, obwohl die äußere Temperatur Tmax genauso
hoch ist wie in Figur 7a. Dies ergibt sich nicht nur aus dem
Abstand der Oberfläche des Substrats 4 zur höheren
Temperatur, sondern insbesondere durch die geringere
thermische Leitfähigkeit der Wärmedämmschicht 7. Dort ist ein
sehr viel größerer Temperaturgradient vorhanden als im
metallischen Substrat 4.
Dadurch wird der Temperaturunterschied dT(4,7) (= T'max - Tmin)
kleiner als der Temperaturunterschied gemäß Figur 7a (dT(4) =
dT(7) + dT(4,7)).
Dadurch findet eine geringere oder kaum unterschiedliche
thermische Ausdehnung des Substrats 4 statt, wie es
gestrichelt angedeutet ist, so dass lokal unterschiedliche
Ausdehnungen zumindest vergleichmäßigt werden.
Das Substrat 4 in Figur 7b kann auch genauso dick sein wie
das in Figur 7a.On the other hand, in the case of FIG. 7b, a
The
(= T 'max - T min), characterized the temperature difference dT (4,7) becomes smaller than the temperature difference according to Figure 7a (dT (4) = dT (7) + dT (4,7)).
As a result, there is less or hardly any difference in thermal expansion of the
The
Die Erosionsschutzschicht 13 ist hier der Vereinfachung wegen
nicht dargestellt.The
In Figur 8 ist beispielhaft eine Dampfturbine 300, 303 mit
einer sich entlang einer Rotationsachse 306 erstreckenden
Turbinenwelle 309 dargestellt.FIG. 8 shows an example of a
Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und
eine Mitteldruck-Teilturbine 303 mit jeweils einem
Innengehäuse 312 und einem dieses umschließendes Außengehäuse
315 auf. Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in
Topfbauart ausgeführt. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist
zweiflutig ausgeführt. Es ist ebenfalls möglich, dass die
Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausgeführt ist. Entlang
der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck-Teilturbine
300 und der Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318
angeordnet, wobei die Turbinenwelle 309 in dem Lager 318
einen Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist
auf einem weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine
300 aufgelagert. Im Bereich dieses Lagers 324 weist die
Hochdruck-Teilturbine 300 eine Wellendichtung 345 auf. Die
Turbinenwelle 309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 der
Mitteldruck-Teilturbine 303 durch zwei weitere
Wellendichtungen 345 abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich
348 und einem Dampfaustrittsbereich 351
weist die Turbinenwelle 309 in der Hochdruck-Teilturbine 300
die Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 auf. Diese
Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 stellt mit den
zugehörigen, nicht näher dargestellten Laufschaufeln einen
ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine
303 weist einen zentralen Dampfeinströmbereich
333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet weist die
Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische Wellenabschirmung
363, eine Abdeckplatte, einerseits zur Teilung des
Dampfstromes in die beiden Fluten der Mitteldruck-Teilturbine
303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des
heißen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf. Die
Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303
einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck-Laufschaufeln
354, 342 auf. Der durch den zweiten
Beschaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus
der Mitteldruck-Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369
zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht
dargestellten Niederdruck-Teilturbine. The steam turbine has a high
Die Turbinenwelle 309 ist aus zwei Teilturbinenwellen 309a
und 309b zusammengesetzt, die im Bereich des Lagers 318 fest
miteinander verbunden sind.The
Insbesondere weist der Dampfeinströmbereich 333 eine
Wärmedämmschicht 7 und eine Erosionsschutzschicht 13 auf.In particular, the
Figur 9 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der
Dampfturbine 300, 303.
Die Dampfturbine 300, 303 besteht im Bereich des
Einströmbereichs 333 aus einem äußeren Gehäuse 334, an dem
Temperaturen zwischen 250° bis 350°C anliegen.
An dem Einströmbereich 333 als Teil eines Innengehäuses 335
herrschen Temperaturen von 450° bis 800°C.
Somit ergibt sich eine Temperaturdifferenz von mindestens
200°C.
Auf das Innengehäuse 335, an dem die hohen Temperaturen
anliegen, wird die Wärmedämmschicht 7 auf der Innenseite 336
aufgebracht (auf der Außenseite 337 beispielsweise nicht).
Die Wärmedämmschicht 7 ist lokal nur an dem Innengehäuse 335
vorhanden (und beispielsweise nicht im Beschaufelungsbereich
366).
Durch die Aufbringung einer Wärmedämmschicht 7 wird der
Wärmeeintrag in das Innengehäuses 335 verringert, so dass das
thermische Ausdehnungsverhalten beeinflusst wird. Dadurch
kann das gesamte Verformungsverhalten des Innengehäuses 335
und des Dampfeinströmbereichs 333 kontrolliert eingestellt
werden.
Dies kann erfolgen durch eine Variation der Dicke der
Wärmedämmschicht 7 oder die Aufbringung von verschiedenen
Materialien an verschiedenen Stellen der Oberfläche des
Innengehäuses 335.
Ebenso kann die Porosität an verschiedenen Stellen des
Innengehäuses 335 verschieden sein. FIG. 9 shows an enlarged illustration of a region of the
In the region of the
Temperatures of 450 ° to 800 ° C. prevail at the
This results in a temperature difference of at least 200 ° C.
On the
The
By applying a
This can be done by a variation of the thickness of the
Likewise, the porosity at different locations of the
Die Wärmedämmschicht 7 kann lokal, beispielsweise im
Innengehäuse 335 im Bereich des Einströmbereichs 333
aufgebracht sein.
Ebenso kann die Wärmedämmschicht 7 nur im
Beschaufelungsbereich 366 lokal aufgebracht sein (Fig. 3).
Besonderes im Einströmbereich 333 ist der Einsatz einer
Erosionsschutzschicht 13 gefordert.The
Likewise, the
Figur 4 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Bauteils 1.
Hier ist die Dicke der Wärmedämmschicht 7 im Einströmbereich
333 dicker ausgeführt als im Beschaufelungsbereich 366 der
Dampfturbine 300, 303.
Durch die lokal unterschiedliche Dicke der Wärmedämmschicht 7
wird der Wärmeeintrag und damit die thermische Ausdehnung und
somit das Ausdehnungsverhalten des Innengehäuses 334,
bestehend aus dem Einströmbereich 333 und dem
Beschaufelungsbereich 366, kontrolliert eingestellt.
Da im Einströmbereich 333 höhere Temperaturen herrschen als
im Beschaufelungsbereich 366 wird durch die dickere
Wärmedämmschicht 7 im Einströmbereich 333 der Wärmeeintrag in
das Substrat 4 stärker reduziert als im Beschaufelungsbereich
366, wo geringere Temperaturen herrschen. Somit kann der
Wärmeeintrag sowohl im Einströmbereich 333 und anschließendem
Beschaufelungsbereich 366 ungefähr gleich gehalten werden, so
dass die thermische Ausdehnung ungefähr gleich ist.FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a
Here, the thickness of the
Due to the locally different thickness of the
Since higher temperatures prevail in the
Ebenso kann im Bereich des Einströmbereichs 333 ein anderes
Material vorhanden sein als im Beschaufelungsbereich 366.
Die Wärmedämmschicht 7 ist hier im gesamten heißen Bereich,
also global, aufgebracht.Likewise, in the region of the
The
Figur 11 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel für die
Verwendung einer Wärmedämmschicht 7. FIG. 11 shows another application example for the
Use of a
Das Bauteil 1, insbesondere ein Gehäuseteil, ist hier ein
Ventilgehäuse 31, in das durch einen Einströmkanal 46 ein
heißer Dampf einströmt.
Der Einströmkanal 46 bewirkt eine mechanische Schwächung des
Ventilgehäuses.
Das Ventilgehäuse 31 besteht beispielsweise aus einem
topfförmigen Gehäuseteil 34 und einem Deckel 37.
Innerhalb des Gehäuseteils 31 ist ein Ventil bestehend aus
einem Ventilkegel 40 und einer Spindel 43 vorhanden.
Infolge Bauteil-Kriechens kommt es zu einer ungleichförmigen
axialen Verformung des Gehäuses 31 und Deckels 37. Das
Ventilgehäuse 31 würde sich im Bereich des Kanals 46 axial
stärker ausdehnen, so dass es zu einer Verkippung des Deckels
mit der Spindel 43 kommt, wie gestrichelt angedeutet. Dadurch
sitzt der Ventilkegel 34 nicht mehr richtig auf, so dass die
Dichtheit des Ventils reduziert wird.
Durch die Aufbringung einer Wärmedämmschicht 7 auf eine
Innenseite 49 des Gehäuses 31 wird eine Vergleichmäßigung des
Verformungsverhaltens erreicht, so dass sich beide Enden 52,
55 des Gehäuses 31 und des Deckels 37 gleichmäßig ausdehnen.The
The
The
Within the
As a result of component creeping, non-uniform axial deformation of the
By applying a
Insgesamt dient das Aufbringen der Wärmedämmschicht dazu, das Verformungsverhalten zu kontrollieren und damit die Dichtheit des Ventils zu gewährleisten.Overall, the application of the thermal barrier coating is used to Control deformation behavior and thus the tightness to ensure the valve.
Figur 10 zeigt den Einfluss der Aufbringung einer
Wärmedämmschicht 7 auf ein wiederaufgearbeitetes Bauteil 1.FIG. 10 shows the influence of the application of a
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 1,
die im Einsatz waren, wiederverwendet und vorher ggf.
repariert werden, d.h. dass sie von Korrosions- und
Oxidationsprodukten befreit werden sowie Risse ggf.
detektiert und beispielsweise durch Auffüllen mit Lot oder
durch Schweißen repariert werden.
Jedes Bauteil 1 hat eine bestimmte Lebensdauer bis es zu 100%
geschädigt ist. Refurbishment means that
Each
Wenn das Bauteil 1, beispielsweise eine Turbinenschaufel 342,
254, 357 oder ein Innengehäuse 334 zu einem Zeitpunkt ts
inspiziert und ggf. wieder aufgearbeitet wird, ist ein
bestimmter Prozentsatz Ss der Schädigung erreicht. Der
zeitliche Verlauf der Schädigung des Bauteil 1 ist mit dem
Bezugszeichen 22 gekennzeichnet.
Nach dem Servicezeitpunkt ts würde die Schädigungskurve ohne
eine Wiederaufarbeitung anhand der gestrichelten Linie 25
weiter verlaufen und stark ansteigen, da das Bauteil trotz
Wartung nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften
aufweist wie ein neu hergestelltes Bauteil.
Die restliche Betriebsdauer wäre dadurch relativ kurz.
Durch die Aufbringung einer Wärmedämmschicht 7 und/oder
Erosionsschutzschicht 13 auf das vorgeschädigte oder
mikrostrukturell veränderte Bauteil 1 wird die Einsatzdauer
des Bauteils 1 erheblich verlängert.
Durch die Wärmedämmschicht 7 wird der Wärmeeintrag und die
Schädigung von Bauteilen verringert, so dass der
Lebensdauerverlauf anhand der Kurve 28 weiter verläuft.If the
After the service time t s , the damage curve would continue without reprocessing using the dashed
The remaining operating time would be relatively short.
By applying a
By the
Ebenso wird das Verformungsverhalten von Bauteilen 1 durch
die Wärmedämmschicht 7 vergleichmäßigt, so dass
beispielsweise weniger Spannungen entstehen, die zur
Schädigung des Bauteils 1 führen könnten.
Auch dadurch wird die Lebensdauer des Bauteils 1 erhöht.
Die Lebensdauer wird also verlängert durch Vergleichmäßigung
des Verformungsverhaltens des Bauteils und/oder durch die
Reduzierung des Wärmeeintrags in das Bauteil 1.Likewise, the deformation behavior of
This also increases the service life of the
The life is thus extended by equalizing the deformation behavior of the component and / or by reducing the heat input into the component. 1
Der Verlauf der Kurve eines Bauteils 1 mit Wärmedämmschicht 7
ist gegenüber dem Kurvenverlauf 25 deutlich abgeflacht, so
dass ein solches beschichtetes Bauteil 1 mindestens noch
einmal so lange eingesetzt werden kann.The course of the curve of a
Claims (33)
mit einer Wärmedämmschicht (7),
insbesondere einer keramischen Wärmedämmschicht (7), und
mit einer Erosionsschutzschicht (13), die nur
bei Einsatztemperaturen bis max. 850°C,
insbesondere bis max. 650°C für einen längeren Einsatz beständig ist.Component (1, 31, 334, 335, 342, 354, 357, 366), in particular for a steam turbine (300, 303),
with a thermal barrier coating (7),
in particular a ceramic thermal barrier coating (7), and
with an erosion control layer (13), which only
at operating temperatures up to max. 850 ° C,
especially up to max. 650 ° C is stable for prolonged use.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) ein Gehäuseteil (31, 334, 335, 366) einer Gas- oder Dampfturbine (300, 303) ist.Component according to claim 1,
characterized in that
the component (1) is a housing part (31, 334, 335, 366) of a gas or steam turbine (300, 303).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuseteil ein Turbinengehäuse (366) ist.Component according to claim 2,
characterized in that
the housing part is a turbine housing (366).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuseteil ein Ventilgehäuse (31) ist.Component according to claim 2,
characterized in that
the housing part is a valve housing (31).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuseteil ein Gehäuseteil (334, 335) eines Dampfeinströmbereichs (333) ist. Component according to claim 2,
characterized in that
the housing part is a housing part (334, 335) of a steam inflow region (333).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) eine Turbinenschaufel (342, 354, 357) ist.Component according to claim 1,
characterized in that
the component (1) is a turbine blade (342, 354, 357).
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) aus einem Substrat (4) besteht,
auf dem (4) die Wärmedämmschicht (7) vorhanden ist, und das Substrat (4) aus einer nickel-, kobalt- oder insbesondere eisenbasierten Legierung gebildet ist..Component according to claim 1 to 6,
characterized in that the component (1) consists of a substrate (4),
on which (4) the thermal barrier coating (7) is present, and the substrate (4) is formed of a nickel-, cobalt- or in particular iron-based alloy.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) zumindest teilweise, insbesondere ganz aus Zirkonoxid (ZrO2) besteht.Component according to claim 1 or 7,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) consists at least partially, in particular entirely of zirconium oxide (ZrO 2 ).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) zumindest teilweise, insbesondere ganz aus Titanoxid (TiO2 besteht. Component according to claim 1, 7 or 8,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) consists at least partially, in particular entirely of titanium oxide (TiO 2) .
dadurch gekennzeichnet, dass
unterhalb der Wärmedämmschicht (7) eine Zwischenschutzschicht (10),
insbesondere eine MCrAIX-Schicht,
angeordnet ist,
wobei M für zumindest ein Element der Gruppe Nickel, Kobalt und insbesondere Eisen steht
sowie X Yttrium und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden ist.Component according to claim 1,
characterized in that
below the thermal barrier coating (7) an intermediate protective layer (10),
in particular an MCrAIX layer,
is arranged
where M represents at least one element of the group nickel, cobalt and in particular iron
and X is yttrium and / or silicon and / or at least one element of the rare earths.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) angelegt ist auf eine Temperaturdifferenz im Betrieb,
insbesondere eine Temperaturdifferenz von mindestens 200°C,
gegeben durch eine höhere Temperatur auf der einen Seite (336) des Bauteils (1) und eine niedrigere Temperatur auf der anderen Seite (337) des Bauteils (1, 334),
wobei die Wärmedämmschicht (7) auf der Seite (336) des Bauteils (1, 334) aufgebracht ist,
die der höheren Temperatur ausgesetzt ist,
um das Verformungsverhalten des Bauteils (1) aufgrund des Temperaturunterschiedes zu vergleichmäßigen.Component according to claim 1 to 5,
characterized in that
the component (1) is applied to a temperature difference during operation,
in particular a temperature difference of at least 200 ° C,
given by a higher temperature on the one side (336) of the component (1) and a lower temperature on the other side (337) of the component (1, 334),
wherein the thermal barrier coating (7) is applied to the side (336) of the component (1, 334),
which is exposed to the higher temperature,
to even out the deformation behavior of the component (1) due to the temperature difference.
dadurch gekennzeichnet, dass
die höhere Temperatur mindestens 400°C,
insbesondere bis zu 800°C beträgt. Component according to claim 11,
characterized in that
the higher temperature at least 400 ° C,
in particular up to 800 ° C.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschutzschicht (10) aus
11,5 wt% bis 20 wt% Chrom,
0,3 wt% bis 1,5 wt% Silizium,
0 wt% bis 1 wt% Aluminium,
0 bis 4 wt% Yttrium, sowie
Rest Eisen besteht.Component according to claim 10,
characterized in that
the intermediate protective layer (10)
11.5 wt% to 20 wt% chromium,
0.3 wt% to 1.5 wt% silicon,
0 wt% to 1 wt% aluminum,
0 to 4 wt% yttrium, as well
Rest iron exists.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschutzschicht (10) aus
12,5 wt% bis 14 wt% Chrom,
0,5 wt% bis 1,0 wt% Silizium,
0,1 wt% bis 0,5 wt% Aluminium,
0 bis 4 wt% Yttrium, sowie
Rest Eisen besteht.Component according to claim 13,
characterized in that
the intermediate protective layer (10)
12.5 wt% to 14 wt% chromium,
0.5 wt% to 1.0 wt% silicon,
0.1 wt% to 0.5 wt% aluminum,
0 to 4 wt% yttrium, as well
Rest iron exists.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) metallisch ist.Component according to claim 1,
characterized in that
the erosion control layer (13) is metallic.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) keramisch ist. Component according to claim 1,
characterized in that
the erosion control layer (13) is ceramic.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) eine eisen-, nickel-, chrom- oder kobaltbasierte Legierung,
insbesondere NiCr80/20, ist.Component according to claim 1 or 15,
characterized in that
the erosion control layer (13) is an iron, nickel, chromium or cobalt-based alloy,
especially NiCr80 / 20.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) zumindest teilweise, insbesondere zu 100% aus Chromkarbid besteht.Component according to claim 1 or 16,
characterized in that
the erosion protection layer (13) at least partially, in particular consists of 100% chromium carbide.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) aus Nickel-Chrom mit Beimengungen von Silizium (Si) und Bor (B) (NiCrSiB) besteht.Component according to claim 1, 15 or 17,
characterized in that
the anti-erosion layer (13) consists of nickel-chromium with admixtures of silicon (Si) and boron (B) (NiCrSiB).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) aus Nickel-Aluminium besteht. Component according to claim 1, 15 or 17,
characterized in that
the erosion protection layer (13) consists of nickel-aluminum.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) ausgewählt wird aus der Gruppe oder einem Gemisch aus der Gruppe Wolframkarbid, Chromkarbid und Nickel (WC-CrC-Ni), insbesondere mit den Gewichtsanteilen 73 wt% für Wolframkarbid, 20 wt% für Chromkarbid und 7 wt% für Nickel, und/oder
Chromkarbid mit der Beimischung von Nickel (Cr3C2-Ni), insbesondere mit einem Anteil von 83 wt% Chromkarbid und 17 wt% Nickel, und/oder
einer Mischung aus Chromkarbid und Nickelchrom (Cr3C2-NiCr),
insbesondere mit einem Anteil von 75 wt% Chromkarbid und 25 wt% Nickelchrom, und/oder
Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid,
insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 80 wt% Zirkonoxid und 20 wt% Yttriumoxid.Component according to claim 1, 15 or 16,
characterized in that
the anti-erosion layer (13) is selected from the group or a mixture from the group tungsten carbide, chromium carbide and nickel (WC-CrC-Ni), in particular with the proportions by weight 73 wt% for tungsten carbide, 20 wt% for chromium carbide and 7 wt% for nickel , and or
Chromium carbide with the admixture of nickel (Cr 3 C 2 -Ni), in particular with a share of 83 wt% chromium carbide and 17 wt% nickel, and / or
a mixture of chromium carbide and nickel chromium (Cr 3 C 2 -NiCr),
in particular with a proportion of 75 wt% chromium carbide and 25 wt% nickel chromium, and / or
Yttrium-stabilized zirconia,
in particular with a weight fraction of 80 wt% zirconium oxide and 20 wt% yttrium oxide.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erosionsschutzschicht (13) eine geringere Porosität als die Wärmedämmschicht (7) aufweist.Component according to claim 1,
characterized in that
the erosion protection layer (13) has a lower porosity than the thermal barrier coating (7).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) zumindest teilweise porös ist. Component according to claim 1, 8, 9 or 10,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) is at least partially porous.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) einen Gradienten in der Porosität aufweist.Component according to claim 1 or 22,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) has a gradient in porosity.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Porosität der Wärmedämmschicht (7) an einer äußeren Fläche am größten ist.Component according to claim 24,
characterized in that
the porosity of the thermal barrier coating (7) is greatest on an outer surface.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Porosität der Wärmedämmschicht (7) im äußeren Bereich der Wärmedämmschicht (7) am kleinsten ist.Component according to claim 24,
characterized in that
the porosity of the thermal barrier coating (7) in the outer region of the thermal barrier coating (7) is the smallest.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der Wärmedämmschicht (7) auf dem Bauteil (1) lokal (335, 366) unterschiedlich ist.Component according to claim 1 or 11,
characterized in that
the thickness of the thermal barrier coating (7) on the component (1) is different locally (335, 366).
dadurch gekennzeichnet, dass
verschiedene Materialien für die Wärmedämmschicht (7) an verschiedenen Stellen (335, 366) des Bauteils (1, 335, 366) verwendet werden. Component according to claim 1, 8, 9 or 11,
characterized in that
various materials for the thermal barrier coating (7) at different points (335, 366) of the component (1, 335, 366) are used.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) im Einströmbereich (333) und im Beschaufelungsbereich (366) einer Dampfturbine (300, 303) aufgebracht ist.Component according to claim 1 or 2,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) is applied in the inflow region (333) and in the blading region (366) of a steam turbine (300, 303).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) nur im Einströmbereich (333) einer Dampfturbine (300, 303) aufgebracht ist.Component according to claim 1 or 2,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) is applied only in the inflow region (333) of a steam turbine (300, 303).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) nur im Beschaufelungsbereich (366) einer Dampfturbine (300, 303) aufgebracht ist.Component according to claim 1 or 2,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) is applied only in the blading region (366) of a steam turbine (300, 303).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der Wärmedämmschicht (7) im Einströmbereich (333) dicker ist als im Beschaufelungsbereich (366).Component according to claim 1 or 27,
characterized in that
the thickness of the thermal barrier coating (7) in the inflow region (333) is thicker than in the blading region (366).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht (7) mit Erosionsschutzschicht (13) bei wieder aufgearbeiteten Bauteilen (1) aufgebracht ist.Component according to claim 1,
characterized in that
the thermal barrier coating (7) with erosion protection layer (13) is applied to refurbished components (1).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03028576A EP1541808A1 (en) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | Turbine component with a heat- and erosion resistant coating |
PCT/EP2004/013660 WO2005061856A1 (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Turbine component comprising a thermal insulation layer and an anti-erosion layer |
CN200480036878.5A CN1890456B (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Component comprising a thermal insulation layer and an anti-erosion layer |
US10/582,604 US7758968B2 (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Component with thermal barrier coating and erosion-resistant layer |
EP04801188A EP1692371A1 (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Turbine component comprising a thermal insulation layer and an anti-erosion layer |
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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EP04801188A Withdrawn EP1692371A1 (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Turbine component comprising a thermal insulation layer and an anti-erosion layer |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP04801188A Withdrawn EP1692371A1 (en) | 2003-12-11 | 2004-12-01 | Turbine component comprising a thermal insulation layer and an anti-erosion layer |
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WO (1) | WO2005061856A1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1734145A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Coating system for a component having a thermal barrier coating and an erosion resistant coating, method for manufacturing and method for using said component |
US20090130424A1 (en) * | 2007-05-30 | 2009-05-21 | Tholen Susan M | Closed pore ceramic composite article |
EP2112252A1 (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-28 | Zircotec Limited | A thermal barrier, an article with a thermal barrier, and a method of applying a thermal barrier to a surface |
EP2128306A1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Ceramic thermal barrier coating system with two ceramic layers |
US9222163B2 (en) | 2009-05-26 | 2015-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Layered coating system with a MCrAlX layer and a chromium rich layer and a method to produce it |
CN109162774A (en) * | 2018-08-30 | 2019-01-08 | 江苏华强新能源科技有限公司 | A kind of inside holding plate for combustion turbine exhaustion diffuser |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007087081A2 (en) * | 2005-11-04 | 2007-08-02 | Zolo Technologies, Inc. | Method and apparatus for spectroscopic measurements in the combustion zone of a gas turbine engine |
WO2008049081A1 (en) * | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Inframat Corporation | Casting molds coated for surface enhancement and methods of making them |
US8530050B2 (en) * | 2007-05-22 | 2013-09-10 | United Technologies Corporation | Wear resistant coating |
EP2090825A1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Burner element and burner with corrosion-resistant insert |
US7914904B2 (en) * | 2008-03-25 | 2011-03-29 | General Electric Company | Component in a combustion system, and process for preventing slag, ash, and char buildup |
KR101716917B1 (en) | 2009-08-10 | 2017-03-15 | 졸로 테크놀러지스, 아이엔씨. | Mitigation of optical signal noise using a multimode transmit fiber |
US9267218B2 (en) * | 2011-09-02 | 2016-02-23 | General Electric Company | Protective coating for titanium last stage buckets |
US9366621B2 (en) | 2012-04-19 | 2016-06-14 | Zolo Technologies, Inc. | In-furnace retro-reflectors with steerable tunable diode laser absorption spectrometer |
EP2767616A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-20 | Alstom Technology Ltd | Turbomachine component with an erosion and corrosion resistant coating system and method for manufacturing such a component |
US9102015B2 (en) | 2013-03-14 | 2015-08-11 | Siemens Energy, Inc | Method and apparatus for fabrication and repair of thermal barriers |
DE102013108154A1 (en) * | 2013-07-30 | 2015-02-05 | Abb Technology Ag | breakers |
JP2017110248A (en) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 株式会社神戸製鋼所 | Hard film and metal mold |
JP6908973B2 (en) * | 2016-06-08 | 2021-07-28 | 三菱重工業株式会社 | Manufacturing methods for thermal barrier coatings, turbine components, gas turbines, and thermal barrier coatings |
JP6607837B2 (en) * | 2016-10-06 | 2019-11-20 | 三菱重工業株式会社 | Thermal barrier coating film, turbine member and thermal barrier coating method |
CN108598350A (en) * | 2018-04-13 | 2018-09-28 | 辽宁泰盛恒新能源科技有限公司 | A kind of preparation method of the thermal cell lead with thermal Sperayed Ceramic Coatings |
RU2710761C1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-01-13 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" | Method of applying an erosion-resistant coating onto the surface of a steel blade of a steam turbine |
CN110643925A (en) * | 2019-09-19 | 2020-01-03 | 成都正恒动力股份有限公司 | Multilayer inner hole coating and spraying method thereof |
EP3967846B1 (en) * | 2020-09-10 | 2024-04-03 | General Electric Technology GmbH | Nozzle segment, steam turbine with diaphragm of multiple nozzle segments and method for assembly thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5273712A (en) * | 1989-08-10 | 1993-12-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Highly corrosion and/or oxidation-resistant protective coating containing rhenium |
US5350599A (en) * | 1992-10-27 | 1994-09-27 | General Electric Company | Erosion-resistant thermal barrier coating |
EP0783043A1 (en) * | 1996-01-02 | 1997-07-09 | General Electric Company | Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter |
US5683226A (en) * | 1996-05-17 | 1997-11-04 | Clark; Eugene V. | Steam turbine components with differentially coated surfaces |
US5740515A (en) * | 1995-04-06 | 1998-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erosion/corrosion protective coating for high-temperature components |
WO2000070190A1 (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Component and method for producing a protective coating on a component |
US20030035892A1 (en) * | 2000-04-24 | 2003-02-20 | Ramgopal Darolia | Nickel-base superalloy article with rhenium-containing protective layer, and its preparation |
US20030152814A1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-08-14 | Dinesh Gupta | Hybrid thermal barrier coating and method of making the same |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4248940A (en) * | 1977-06-30 | 1981-02-03 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating for nickel and cobalt base super alloys |
DE3018620C2 (en) * | 1980-05-16 | 1982-08-26 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Thermally insulating and sealing lining for a thermal turbo machine |
US4446199A (en) * | 1982-07-30 | 1984-05-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Overlay metallic-cermet alloy coating systems |
US4761346A (en) * | 1984-11-19 | 1988-08-02 | Avco Corporation | Erosion-resistant coating system |
US5190598A (en) * | 1990-02-26 | 1993-03-02 | Westinghouse Electric Corp. | Steam turbine components having duplex coatings for improved erosion resistance |
US5401307A (en) | 1990-08-10 | 1995-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | High temperature-resistant corrosion protection coating on a component, in particular a gas turbine component |
DE4038852A1 (en) * | 1990-12-03 | 1992-06-04 | Bergmann Borsig Gmbh | Turbine blade protection from erosion - by laser beam hardening with carburising gas |
DE4238369C2 (en) * | 1992-11-13 | 1996-09-26 | Mtu Muenchen Gmbh | Component made of a metallic base substrate with a ceramic coating |
DE19535227A1 (en) | 1995-09-22 | 1997-03-27 | Asea Brown Boveri | Casing for high pressure steam turbine |
US6924040B2 (en) * | 1996-12-12 | 2005-08-02 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating systems and materials |
JP2001521990A (en) | 1997-11-03 | 2001-11-13 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Gas jet PVD method for producing MoSi2 containing layer |
US6302318B1 (en) * | 1999-06-29 | 2001-10-16 | General Electric Company | Method of providing wear-resistant coatings, and related articles |
CH695689A5 (en) | 2001-05-23 | 2006-07-31 | Sulzer Metco Ag | A method for generating a thermally insulating layer system on a metallic substrate. |
GB0117110D0 (en) * | 2001-07-13 | 2001-09-05 | Siemens Ag | Coolable segment for a turbomachinery and combustion turbine |
US6558814B2 (en) | 2001-08-03 | 2003-05-06 | General Electric Company | Low thermal conductivity thermal barrier coating system and method therefor |
-
2003
- 2003-12-11 EP EP03028576A patent/EP1541808A1/en not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-12-01 WO PCT/EP2004/013660 patent/WO2005061856A1/en active Application Filing
- 2004-12-01 CN CN200480036878.5A patent/CN1890456B/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-01 EP EP04801188A patent/EP1692371A1/en not_active Withdrawn
- 2004-12-01 US US10/582,604 patent/US7758968B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5273712A (en) * | 1989-08-10 | 1993-12-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Highly corrosion and/or oxidation-resistant protective coating containing rhenium |
US5350599A (en) * | 1992-10-27 | 1994-09-27 | General Electric Company | Erosion-resistant thermal barrier coating |
US5740515A (en) * | 1995-04-06 | 1998-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erosion/corrosion protective coating for high-temperature components |
EP0783043A1 (en) * | 1996-01-02 | 1997-07-09 | General Electric Company | Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter |
US5683226A (en) * | 1996-05-17 | 1997-11-04 | Clark; Eugene V. | Steam turbine components with differentially coated surfaces |
WO2000070190A1 (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Component and method for producing a protective coating on a component |
US20030035892A1 (en) * | 2000-04-24 | 2003-02-20 | Ramgopal Darolia | Nickel-base superalloy article with rhenium-containing protective layer, and its preparation |
US20030152814A1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-08-14 | Dinesh Gupta | Hybrid thermal barrier coating and method of making the same |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006133980A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Layer system for a component comprising a thermally insulating layer and a metallic anti-erosion layer, method for the production and method for the operation of a steam turbine |
US8047775B2 (en) | 2005-06-13 | 2011-11-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Layer system for a component comprising a thermal barrier coating and metallic erosion-resistant layer, production process and method for operating a steam turbine |
EP1734145A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Coating system for a component having a thermal barrier coating and an erosion resistant coating, method for manufacturing and method for using said component |
US9447503B2 (en) * | 2007-05-30 | 2016-09-20 | United Technologies Corporation | Closed pore ceramic composite article |
US20090130424A1 (en) * | 2007-05-30 | 2009-05-21 | Tholen Susan M | Closed pore ceramic composite article |
US10669213B2 (en) | 2007-05-30 | 2020-06-02 | Raytheon Technologies Corporation | Method for closed pore ceramic |
EP2112252A1 (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-28 | Zircotec Limited | A thermal barrier, an article with a thermal barrier, and a method of applying a thermal barrier to a surface |
EP2385155A1 (en) * | 2008-05-26 | 2011-11-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Ceramic thermal barrier coating system with two ceramic layers |
US9567664B2 (en) | 2008-05-26 | 2017-02-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Ceramic thermal barrier coating system with two ceramic layers |
EP2128306A1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Ceramic thermal barrier coating system with two ceramic layers |
US9222163B2 (en) | 2009-05-26 | 2015-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Layered coating system with a MCrAlX layer and a chromium rich layer and a method to produce it |
CN109162774A (en) * | 2018-08-30 | 2019-01-08 | 江苏华强新能源科技有限公司 | A kind of inside holding plate for combustion turbine exhaustion diffuser |
CN109162774B (en) * | 2018-08-30 | 2021-05-18 | 江苏华强新能源科技有限公司 | Internal insulation board for exhaust diffusion section of gas turbine |
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Publication number | Publication date |
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