EP1639152A1 - Method for producing a protective layer, protective layer, use thereof, and part provided with a protective layer - Google Patents

Method for producing a protective layer, protective layer, use thereof, and part provided with a protective layer

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Publication number
EP1639152A1
EP1639152A1 EP04738733A EP04738733A EP1639152A1 EP 1639152 A1 EP1639152 A1 EP 1639152A1 EP 04738733 A EP04738733 A EP 04738733A EP 04738733 A EP04738733 A EP 04738733A EP 1639152 A1 EP1639152 A1 EP 1639152A1
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EP
European Patent Office
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component
protective layer
layer
phosphate
silicate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04738733A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Erwin Bayer
Gerhard Wydra
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a protective layer according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a protective layer according to the preamble of patent claim 10, a component with a protective layer and the use of the protective layer.
  • components When components, in particular components of gas turbines, are operated at high temperatures, their free surfaces are exposed to strongly eroding, corrosive and oxidizing conditions.
  • such components can consist, for example, of a nickel-based or cobalt-based superalloy.
  • the components are coated. From DE 198 07 636 C1 and DE 199 09 675 A1 coatings for protection against corrosion, oxidation or erosion are known.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel method for producing a protective layer and a novel protective layer. Furthermore, it is within the scope of the invention to propose a component with a protective layer and a use for such a protective layer.
  • At least one paint material is provided, the paint material being a phosphate or silicate, preferably mixed with particles. At least one layer of the or each paint material is applied to a component to be protected against erosion. The or each applied layer of lacquer is converted into a layer of glass.
  • a plurality of lacquer layers are applied to the component either on a phosphate basis or on a silicate basis, the lacquer layers differing in the added particles.
  • the one with the The component coated with lacquer layers is heated and then cooled, a phosphate glass bond or a silicate glass bond being formed between the lacquer layers originally separated from one another.
  • the protective layer according to the invention is characterized by the features of independent claim 10.
  • the component according to the invention is in claim 16, the use according to the invention is defined in claims 18 and 19.
  • the protective layer according to the invention can with a layer sequence of at least two different layers, for. B. a layer of varnish based on phosphate or silicate with added aluminum powder and / or with added hollow spheres and a layer of varnish based on phosphate or silicate with added ceramic particles and / or nitrite particles, be repeated several times and thus form a so-called "multilayer".
  • Fig. 2 a rotor of a gas turbine with integral blading.
  • FIGS. 1 and 2 show a blade of a gas turbine
  • FIG. 2 shows a rotor of a gas turbine with integral blading. Both components are coated with the protective layer according to the invention, which is applied to the same in the sense of the method according to the invention.
  • the surfaces of the component to be coated are preferably coated prior to coating blasted in order to obtain a shiny metallic surface on the component.
  • any other method can of course be used to obtain a bright metallic surface.
  • a first main step at least one paint material is provided, the or each paint material being based on phosphate or silicate and particles being added to the or each paint material.
  • a second main step at least one layer of the or each coating material is applied to a component to be protected against erosion.
  • the or each applied lacquer layer is converted into a glass layer.
  • the paint material is a phosphate or a silicate in which particles are embedded. If a component to be coated is to be coated with several layers of lacquer, several lacquer materials are provided which either consist of phosphate or silicate and which differ in the added particles. It is within the scope of the present invention to add an aluminum powder or hollow spheres to the phosphate-based or silicate-based coating material. Such a paint material is then preferably used for a paint layer or coating close to the component. Furthermore, it is within the scope of the present invention to provide a coating material based on phosphate or silicate, to which ceramic particles or nitrite particles are added as particles.
  • Such a lacquer material is preferably used for an outer lacquer layer or coating remote from the component. It is therefore within the meaning of the present invention to coat a component to be coated and protected against erosion with a plurality of layers of coating materials, these coating material layers being constructed either on a silicate basis or on a phosphate basis.
  • the individual layers differ in the particles added to the phosphate or silicate. Depending on whether the layer is applied near or far from the component, i.e. depending on The tasks to be performed by the lacquer layer and thus the particles added to the phosphate or silicate differ from whether the lacquer layer forms an inner or an outer coating.
  • the component to be protected against erosion is preferably coated with a plurality of layers of the paint materials provided.
  • the coating is done by painting, i.e. by dipping, spraying or brushing. These coating processes can be carried out using simple means and therefore inexpensively.
  • the coated component After the lacquer technology application of the or each layer to the component to be protected against erosion, the coated component is subjected to a conversion process.
  • the coated component is heated and then cooled. It is in the spirit of the present invention that the phosphate-based or silicate-based lacquer layers are converted into a glass during this conversion process.
  • the coated component is heated and finally cooled without crystallization of the coating materials based on phosphate or silicate taking place.
  • an antifouling layer to the component as the final cover layer.
  • an antifouling layer Under fouling the deposition of dirt particles or organisms on material surfaces. So-called antifouling coatings therefore prevent contaminants from adhering to the surface of the component. Different antifouling coatings are known from the prior art. The selection of a suitable antifouling layer is the responsibility of the specialist addressed here.
  • the erosion-resistant protective layer to the gas-flow components of a gas turbine, in particular an aircraft engine. These can be all components of a gas turbine around which gas flows. However, it is preferred to use the protective layer according to the invention on blades of a gas turbine or on rotors with integral blades, namely on so-called Bjaded Disks (Blisks) or so-called Baths Rings (Blings).
  • Blisks Bjaded Disks
  • Baths Rings Baths Rings
  • the blade 10 comprises an airfoil 1 1, which can consist of a fiber-reinforced plastic and which is attached to a metallic blade root 12 made of a titanium-based alloy.
  • a blade 10 is used, for example, in a compressor of a gas turbine and is fixed with its blade root 12 to a rotor ring or a rotor carrier.
  • the formation of the airfoil 1 1 from fiber-reinforced plastic proves to be advantageous in terms of weight reduction. Disadvantages, however, are insufficient wear behavior against erosion.
  • the blade 10 is coated with a protective layer 13, the protective layer 13 being applied to the airfoil 11 or the entire blade 10 in the sense of the inventive method described above.
  • the protective layer 13 accordingly essentially consists of a phosphate glass or a silicate glass with particles embedded in the phosphate glass or in the silicate glass. Depending on the distance from the surface of the airfoil 11, different particles are embedded in the phosphate glass or the silicate glass.
  • An aluminum powder is embedded in proximity to the surface of the component or of the airfoil 11. Alternatively, hollow spheres can also be embedded. Ceramic particles or nitrite particles can be embedded in the phosphate glass or silicate glass in the distance from the component.
  • An antifouling layer is preferably applied as the final cover layer.
  • FIG. 2 shows an integrally bladed rotor 14 in a gas turbine (not shown in detail).
  • the rotor 14 has on its peripheral surface 15 a plurality of generally equidistantly arranged and essentially radial blades 16 which are an integral part of the rotor 14.
  • Such a rotor 14 with integral blading is also referred to as a bladed disk (blisk) or bladed ring (bling), depending on whether the rotor is designed as a disk or a ring.
  • Such a rotor 10 with integral blading can have poor wear behavior with respect to erosion.
  • the latter has a protective layer 17 according to the invention. To avoid repetitions, reference is made to the above explanations for this protective layer 17.
  • a protective layer against erosion for the gas-flow components of an aircraft engine by providing a component with at least one layer of a coating material based on phosphate or silicate.
  • Different particles can be embedded in the phosphate-based or silicate-based coating material.
  • the coated component is subjected to a conversion process, the phosphate or silicate being converted into a phosphate glass or silicate glass.
  • the individual layers of lacquer either form a phosphate glass bond or a silicate glass bond. The individual layers differ in the particles added to the phosphate or the silicate.
  • the protective layer according to the invention can be produced inexpensively using simple means.
  • the properties of the protective layer can be precisely adjusted by selecting and layering different layers.
  • An anti-fouling layer prevents dirt particles or organisms from sticking. Due to the fact that the individual lacquer layers form a phosphate glass bond or silicate glass bond after the conversion process, the problems of separate layers can be avoided. This avoids the risk of the coating flaking off.

Abstract

The invention relates to a method for producing an erosion-resistant protective layer. According to the invention, at least one paint material is provided that consists of a phosphate or silicate mixed with particles. Afterwards, at least one layer of the or each paint material is applied to a part to be protected against erosion. The or each applied paint layer is subsequently transformed into a glass layer.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht, Schutzschicht, Verwendung derselben und Bauteil mit einer Schutzschicht Process for producing a protective layer, protective layer, use thereof and component with a protective layer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Schutzschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, ein Bauteil mit einer Schutzschicht sowie die Verwendung der Schutzschicht.The invention relates to a method for producing a protective layer according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a protective layer according to the preamble of patent claim 10, a component with a protective layer and the use of the protective layer.
Beim Betrieb von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Gasturbinen, bei hohen Temperaturen sind deren freie Oberflächen stark erodierenden, korrodierenden und oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen können derartige Bauteile zum Beispiel aus einer Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis bestehen. Zum Schutz vor Erosion oder auch Korrosion und Oxidation werden die Bauteile mit Beschichtungen versehen. Aus der DE 198 07 636 C1 und der DE 199 09 675 A1 sind Beschichtungen zum Schutz vor Korrosion, Oxidation oder auch Erosion bekannt.When components, in particular components of gas turbines, are operated at high temperatures, their free surfaces are exposed to strongly eroding, corrosive and oxidizing conditions. When used in gas turbines, such components can consist, for example, of a nickel-based or cobalt-based superalloy. To protect against erosion or also corrosion and oxidation, the components are coated. From DE 198 07 636 C1 and DE 199 09 675 A1 coatings for protection against corrosion, oxidation or erosion are known.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht und eine neuartige Schutzschicht zu schaffen. Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung, ein Bauteil mit einer Schutzschicht und eine Verwendung für eine derartige Schutzschicht vorzuschlagen.Proceeding from this, the present invention is based on the problem of creating a novel method for producing a protective layer and a novel protective layer. Furthermore, it is within the scope of the invention to propose a component with a protective layer and a use for such a protective layer.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.This problem is solved in that the method mentioned at the outset is further developed by the features of the characterizing part of patent claim 1.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Lackwerkstoff bereitgestellt, wobei der Lackwerkstoff ein vorzugsweise mit Partikeln vermischtes Phosphat oder Silikat ist. Mindestens eine Schicht des oder jeden Lackwerkstoffs wird auf ein vor Erosion zu schützendes Bauteil aufgetragen. Die oder jede aufgetragene Lackschicht wird in eine Glasschicht umgewandelt.According to the invention, at least one paint material is provided, the paint material being a phosphate or silicate, preferably mixed with particles. At least one layer of the or each paint material is applied to a component to be protected against erosion. The or each applied layer of lacquer is converted into a layer of glass.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere Lackschichten entweder auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis auf das Bauteil aufgetragen, wobei sich die Lackschichten durch die zugesetzten Partikel unterscheiden. Das mit den Lackschichten beschichtete Bauteil wird erhitzt und anschließend abgekühlt, wobei zwischen den ursprünglich voneinander getrennten Lackschichten eine Phosphatglasbindung oder eine Silikatglasbindung entsteht.According to an advantageous development of the invention, a plurality of lacquer layers are applied to the component either on a phosphate basis or on a silicate basis, the lacquer layers differing in the added particles. The one with the The component coated with lacquer layers is heated and then cooled, a phosphate glass bond or a silicate glass bond being formed between the lacquer layers originally separated from one another.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht ist durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 10 gekennzeichnet. Das erfindungsgemäße Bauteil ist im Patentanspruch 16, die erfindungsgemäße Verwendung ist in den Patentansprüchen 18 und 19 definiert.The protective layer according to the invention is characterized by the features of independent claim 10. The component according to the invention is in claim 16, the use according to the invention is defined in claims 18 and 19.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann mit einer Schichtenfolge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten, z. B. einer Lackschicht auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis mit zugesetztem Aluminiumpulver und/oder mit zugesetzten Hohlkugeln und einer Lackschicht auf Phosphatbasis oder Silikatbasis mit zugesetzten Keramikpartikeln und/oder Nitritpartikeln, sich mehrfach wiederholend aufgebaut sein und auf diese Weise ein sog. „Multilayer" bilden.The protective layer according to the invention can with a layer sequence of at least two different layers, for. B. a layer of varnish based on phosphate or silicate with added aluminum powder and / or with added hollow spheres and a layer of varnish based on phosphate or silicate with added ceramic particles and / or nitrite particles, be repeated several times and thus form a so-called "multilayer".
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Preferred developments of the invention result from the dependent subclaims and the following description.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted to this. The drawing shows:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Schaufel einer Gasturbine; und1: a perspective view of a blade of a gas turbine; and
Fig. 2: einen Rotor einer Gasturbine mit integraler Beschaufelung.Fig. 2: a rotor of a gas turbine with integral blading.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 in größerem Detail erläutert. Fig. 1 zeigt eine Schaufei einer Gasturbine, Fig. 2 zeigt einen Rotor einer Gasturbine mit integraler Beschaufelung. Beide Bauteile sind mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht beschichtet, die im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dieselben aufgebracht wird.The invention is explained in greater detail below with reference to FIGS. 1 and 2. 1 shows a blade of a gas turbine, FIG. 2 shows a rotor of a gas turbine with integral blading. Both components are coated with the protective layer according to the invention, which is applied to the same in the sense of the method according to the invention.
Zur Herstellung der erosionsbeständigen Beschichtung für ein Bauteil werden vorzugsweise vor der Beschichtung die zu beschichtenden Oberflächen des Bauteils gestrahlt, um so eine metallisch blanke Oberfläche am Bauteil zu erhalten. Anstelle des Strahlens kann selbstverständlich jedes andere Verfahren eingesetzt werden, um eine metallisch blanke Oberfläche zu erhalten.To produce the erosion-resistant coating for a component, the surfaces of the component to be coated are preferably coated prior to coating blasted in order to obtain a shiny metallic surface on the component. Instead of blasting, any other method can of course be used to obtain a bright metallic surface.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erosionsbeständigen Schutzschicht wird nachfolgend in drei Hauptschritten vorgegangen. In einem ersten Hauptschritt wird mindestens ein Lackwerkstoff bereitgestellt, wobei der oder jeder Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder Silikatbasis besteht und wobei dem oder jedem Lackwerkstoff Partikel zugesetzt sind. In einem zweiten Hauptschritt wird mindestens eine Schicht des oder jeden Lackwerkstoffs auf ein vor Erosion zu schützendes Bauteil aufgetragen. Anschließend wird in einem dritten Hauptschritt die oder jede aufgetragene Lackschicht in eine Glasschicht umgewandelt. Nachfolgend wird auf die einzelnen Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in größerem Detail eingegangen.In the method according to the invention for producing an erosion-resistant protective layer, three main steps are followed below. In a first main step, at least one paint material is provided, the or each paint material being based on phosphate or silicate and particles being added to the or each paint material. In a second main step, at least one layer of the or each coating material is applied to a component to be protected against erosion. Then, in a third main step, the or each applied lacquer layer is converted into a glass layer. The individual main steps of the method according to the invention are discussed in greater detail below.
Wie bereits oben erwähnt, wird in einem ersten Hauptschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens ein Lackwerkstoff bereitgestellt. Bei dem Lackwerkstoff handelt es sich um ein Phosphat oder ein Silikat, in das Partikel eingelagert sind. Soll ein zu beschichtendes Bauteil mit mehreren Lackschichten beschichtet werden, so werden mehrere Lackwerkstoffe bereitgestellt, die entweder auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis bestehen und die sich durch die zugesetzten Partikel unterscheiden. So liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dem Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder Silikatbasis ein Aluminiumpulver oder Hohlkugeln zuzusetzen. Ein derartiger Lackwerkstoff wird dann vorzugsweise für eine bauteilnahe Lackschicht bzw. Beschichtung verwendet. Weiterhin liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, einen Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder Silikatbasis bereitzustellen, dem als Partikel Keramikpartikel oder Nitritpartikel zugesetzt werden. Ein derartiger Lackwerkstoff wird vorzugsweise für eine bauteilferne, äußere Lackschicht bzw. Beschichtung verwendet. Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, ein zu beschichtendes und vor Erosion zu schützendes Bauteil mit mehreren Lagen von Lackwerkstoffen zu beschichten, wobei diese Lackwerkstofflagen entweder auf Silikatbasis oder auf Phosphatbasis aufgebaut sind. Die einzelnen Lagen unterscheiden sich durch die dem Phosphat oder Silikat zugesetzten Partikel. Abhängig davon, ob die Schicht in Bauteilnähe oder Bauteilferne aufgetragen wird, also abhängig da- von, ob die Lackschicht eine innere oder eine äußere Beschichtung bildet, unterscheiden sich die von der Lackschicht zu übernehmenden Aufgaben und damit die dem Phosphat oder Silikat zugesetzten Partikel.As already mentioned above, at least one coating material is provided in a first main step of the method according to the invention. The paint material is a phosphate or a silicate in which particles are embedded. If a component to be coated is to be coated with several layers of lacquer, several lacquer materials are provided which either consist of phosphate or silicate and which differ in the added particles. It is within the scope of the present invention to add an aluminum powder or hollow spheres to the phosphate-based or silicate-based coating material. Such a paint material is then preferably used for a paint layer or coating close to the component. Furthermore, it is within the scope of the present invention to provide a coating material based on phosphate or silicate, to which ceramic particles or nitrite particles are added as particles. Such a lacquer material is preferably used for an outer lacquer layer or coating remote from the component. It is therefore within the meaning of the present invention to coat a component to be coated and protected against erosion with a plurality of layers of coating materials, these coating material layers being constructed either on a silicate basis or on a phosphate basis. The individual layers differ in the particles added to the phosphate or silicate. Depending on whether the layer is applied near or far from the component, i.e. depending on The tasks to be performed by the lacquer layer and thus the particles added to the phosphate or silicate differ from whether the lacquer layer forms an inner or an outer coating.
In einem zweiten Hauptschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vor Erosion zu schützende Bauteil vorzugsweise mit mehreren Lagen der bereitgestellten Lackwerkstoffe beschichtet. Das Beschichten erfolgt durch Lackieren, d.h. durch Auftragen mittels Tauchen, Spritzen oder Pinseln. Diese Beschichtungsverfahren sind mit einfachen Mitteln und damit kostengünstig durchführbar.In a second main step of the method according to the invention, the component to be protected against erosion is preferably coated with a plurality of layers of the paint materials provided. The coating is done by painting, i.e. by dipping, spraying or brushing. These coating processes can be carried out using simple means and therefore inexpensively.
Nach dem lackiertechnischen Auftragen der oder jeden Schicht auf das vor Erosion zu schützendes Bauteil wird das beschichtete Bauteil einem Umwandlungsverfahren unterzogen. Hierbei wird das beschichtete Bauteil erhitzt und anschließend abgekühlt. Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass bei diesem Umwandlungsprozess die Lackschichten auf Phosphatbasis oder Silikatbasis in ein Glas umgewandelt werden. Das beschichtete Bauteil wird hierzu, wie bereits erwähnt, erhitzt und abschließend abgekühlt, ohne dass eine Kristallisation der Lackwerkstoffe auf Phosphatbasis oder Silikatbasis stattfindet.After the lacquer technology application of the or each layer to the component to be protected against erosion, the coated component is subjected to a conversion process. The coated component is heated and then cooled. It is in the spirit of the present invention that the phosphate-based or silicate-based lacquer layers are converted into a glass during this conversion process. For this purpose, as already mentioned, the coated component is heated and finally cooled without crystallization of the coating materials based on phosphate or silicate taking place.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass alle Schichten eines vor Erosion zu schützenden Bauteils entweder mit einem Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder einem Lackwerkstoff auf Silikatbasis erzeugt werden. Beim Umwandlungsprozess ist dann gewährleistet, dass die ursprünglich voneinander getrennten Schichten eine durchgehende Phosphatglasbindung oder Silikatglasbindung eingehen. Die ursprünglich voneinander getrennten Schichten werden demnach in eine einzelne Phosphatglasschicht oder Silikatglasschicht umgewandelt, wobei abhängig vom Abstand zu der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils die unterschiedlichen Partikeln in die Phosphatglasschicht oder die Silikatglasschicht eingelagert sind. Demnach bleibt der gradiell unterschiedliche Aufbau bzw. die gradiell unterschiedliche Zusammensetzung der Beschichtung beibehalten, ohne jedoch die Probleme von getrennten Schichten bzw. Lagen aufzuweisen.In this context, it is important that all layers of a component to be protected against erosion are produced either with a coating material based on phosphate or with a coating material based on silicate. The conversion process then ensures that the layers originally separated from one another enter into a continuous phosphate glass bond or silicate glass bond. The layers which were originally separated from one another are accordingly converted into a single phosphate glass layer or silicate glass layer, the different particles being embedded in the phosphate glass layer or the silicate glass layer depending on the distance from the surface of the component to be coated. Accordingly, the gradually different structure or the gradually different composition of the coating is retained, but without the problems of separate layers or layers.
Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, als abschließende Deckschicht eine Antifouling-Schicht auf das Bauteil aufzutragen. Unter Fouling versteht man die Ablagerung von Scmutzpartikeln oder auch von Organismen auf Materialoberflächen. Sogenannte Antifouling-Beschichtungen verhindern demnach das Anhaften von Verunreinigungen auf der Oberfläche des Bauteils. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Antifouling-Beschichtungen bekannt. Die Auswahl einer geeigneten Antifouling-Schicht obliegt dem hier angesprochenen Fachmann.It is also within the meaning of the present invention to apply an antifouling layer to the component as the final cover layer. Under fouling the deposition of dirt particles or organisms on material surfaces. So-called antifouling coatings therefore prevent contaminants from adhering to the surface of the component. Different antifouling coatings are known from the prior art. The selection of a suitable antifouling layer is the responsibility of the specialist addressed here.
Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die erosionsbeständige Schutzschicht auf die gasumströmten Bauteile einer Gasturbine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, aufzutragen. Es kann sich hierbei um alle gasumströmten Bauteile einer Gasturbine handeln. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung der erfindungsgemäßen Schutzschicht auf Schaufeln einer Gasturbine oder auf Rotoren mit integraler Beschaufelung, nämlich auf sogenannten Bjaded Disks (Blisks) oder sogenannten B|ades Rings (Blings).It is also within the meaning of the present invention to apply the erosion-resistant protective layer to the gas-flow components of a gas turbine, in particular an aircraft engine. These can be all components of a gas turbine around which gas flows. However, it is preferred to use the protective layer according to the invention on blades of a gas turbine or on rotors with integral blades, namely on so-called Bjaded Disks (Blisks) or so-called Baths Rings (Blings).
So zeigt Fig. 1 stark schematisiert eine perspektivische Ansicht einer Schaufeln 10 einer Gasturbine. Die Schaufel 10 umfasst ein Schaufelblatt 1 1, welches aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann und welches an einem metallischen, aus einer Titan-Basislegierung bestehenden Schaufelfuß 12 befestigt ist. Eine derartige Schaufel 10 wird beispielsweise in einem Verdichter einer Gasturbine eingesetzt und mit ihrem Schaufelfuß 12 an einem Rotorkranz bzw. einem Rotorträger befestigt. Die Ausbildung des Schaufelblatts 1 1 aus faserverstärktem Kunststoff erweist sich im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung als vorteilhaft. Nachteile bestehen jedoch in dem unzureichenden Verschleißverhalten gegen Erosion. Aus diesem Grund wird die Schaufel 10 mit einer Schutzschicht 13 beschichtet, wobei die Schutzschicht 13 im Sinne des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Schaufelblatt 1 1 bzw. die gesamte Schaufel 10 aufgebracht wird. Die Schutzschicht 13 besteht demnach im wesentlichen aus einem Phosphatglas oder einem Silikatglas mit in das Phosphatglas oder in das Silikatglas eingelagerten Partikeln. Abhängig vom Abstand zur Oberfläche des Schaufelblatts 1 1 sind in das Phosphatglas oder das Silikatglas unterschiedliche Partikel eingelagert. In Nähe zur Oberfläche des Bauteils bzw. des Schaufelblatts 1 1 ist ein Aluminiumpulver eingelagert. Alternativ können auch Hohlkugeln eingelagert sein. In Bauteilferne können Keramikpartikel oder Nitritpartikel in das Phosphatglas oder Silikatglas eingelagert sein. Als abschließende Deckschicht ist vorzugsweise eine Antifouling-Schicht aufgebracht. Fig. 2 zeigt einen integral beschaufelten Rotor 14 in einer im Detail nicht- dargestellten Gasturbine. Der Rotor 14 verfügt an seiner Umfangsfläche 15 über mehrere, im allgemeinen äquidistant angeordnete und im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckende Schaufeln 16, die integraler Bestandteil des Rotors 14 sind. Ein derartiger Rotor 14 mit integraler Beschaufelung wird auch als Bladed Disk (Blisk) oder Bladed Ring (Bling) bezeichnet, je nachdem ob der Rotor als Scheibe oder Ring ausgebildet ist. Ein solcher Rotor 10 mit integraler Beschaufelung kann ein schlechtes Verschleißverhalten gegenüber Erosion aufweisen. Zur Verbesserung des Widerstands gegen abrasiven oder erosiven Verschleiß während des Betriebs des Rotors 14 trägt derselbe eine erfindungsgemäße Schutzschicht 17. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird für diese Schutzschicht 17 auf die obigen Ausführungen verwiesen.1 shows a highly schematic perspective view of a blades 10 of a gas turbine. The blade 10 comprises an airfoil 1 1, which can consist of a fiber-reinforced plastic and which is attached to a metallic blade root 12 made of a titanium-based alloy. Such a blade 10 is used, for example, in a compressor of a gas turbine and is fixed with its blade root 12 to a rotor ring or a rotor carrier. The formation of the airfoil 1 1 from fiber-reinforced plastic proves to be advantageous in terms of weight reduction. Disadvantages, however, are insufficient wear behavior against erosion. For this reason, the blade 10 is coated with a protective layer 13, the protective layer 13 being applied to the airfoil 11 or the entire blade 10 in the sense of the inventive method described above. The protective layer 13 accordingly essentially consists of a phosphate glass or a silicate glass with particles embedded in the phosphate glass or in the silicate glass. Depending on the distance from the surface of the airfoil 11, different particles are embedded in the phosphate glass or the silicate glass. An aluminum powder is embedded in proximity to the surface of the component or of the airfoil 11. Alternatively, hollow spheres can also be embedded. Ceramic particles or nitrite particles can be embedded in the phosphate glass or silicate glass in the distance from the component. An antifouling layer is preferably applied as the final cover layer. 2 shows an integrally bladed rotor 14 in a gas turbine (not shown in detail). The rotor 14 has on its peripheral surface 15 a plurality of generally equidistantly arranged and essentially radial blades 16 which are an integral part of the rotor 14. Such a rotor 14 with integral blading is also referred to as a bladed disk (blisk) or bladed ring (bling), depending on whether the rotor is designed as a disk or a ring. Such a rotor 10 with integral blading can have poor wear behavior with respect to erosion. To improve the resistance to abrasive or erosive wear during operation of the rotor 14, the latter has a protective layer 17 according to the invention. To avoid repetitions, reference is made to the above explanations for this protective layer 17.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Schutzschicht gegen Erosion für die gasumströmten Bauteile eines Flugzeugtriebwerks dadurch bereitzustellen, dass ein Bauteil mit mindestens einer Schicht eines Lackwerkstoffs auf Phosphatbasis oder Silikatbasis versehen wird. In den Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder Silikatbasis können unterschiedliche Partikel eingelagert sein. In einem nachgelagerten Prozess wird das beschichtete Bauteil einem Umwandlungsprozess unterzogen, wobei dabei das Phosphat oder Silikat in ein Phosphatglas oder Silikatglas umgewandelt wird. Bei der Beschichtung des Bauteils mit mehreren Lackschichten gehen die einzelnen Lackschichten entweder eine Phosphatglasbindung oder Silikatglasbindung ein. Die einzelnen Lagen unterscheiden sich durch die dem Phosphat oder dem Silikat zugesetzten Partikeln.It is therefore within the meaning of the present invention to provide a protective layer against erosion for the gas-flow components of an aircraft engine by providing a component with at least one layer of a coating material based on phosphate or silicate. Different particles can be embedded in the phosphate-based or silicate-based coating material. In a downstream process, the coated component is subjected to a conversion process, the phosphate or silicate being converted into a phosphate glass or silicate glass. When coating the component with several layers of lacquer, the individual layers of lacquer either form a phosphate glass bond or a silicate glass bond. The individual layers differ in the particles added to the phosphate or the silicate.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann kostengünstig mit einfachen Mitteln hergestellt werden. Die Eigenschaften der Schutzschicht lassen sich durch Auswahl und Schichtung verschiedener Lagen genau einstellen. Ein Anhaften von Schmutzpartikeln oder Organismen wird durch eine Antifouling-Schicht vermieden. Bedingt dadurch, dass die einzelnen Lackschichten nach dem Umwandlungsprozess eine Phosphatglasbindung oder Silikatglasbindung eingehen, können die Probleme voneinander getrennter Lagen vermieden werden. Hierdurch wird die Gefahr von flächigen Abplatzungen der Beschichtung vermieden. The protective layer according to the invention can be produced inexpensively using simple means. The properties of the protective layer can be precisely adjusted by selecting and layering different layers. An anti-fouling layer prevents dirt particles or organisms from sticking. Due to the fact that the individual lacquer layers form a phosphate glass bond or silicate glass bond after the conversion process, the problems of separate layers can be avoided. This avoids the risk of the coating flaking off.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer erosionsbeständigen Schutzschicht, gekennzeichnet dadurch: a) Bereitstellen mindestens eines Lackwerkstoffs, wobei der Lackwerkstoff ein vorzugsweise mit Partikeln vermischtes Phosphat oder Silikat ist, b) Auftragen mindestens einer Schicht des oder jeden Lackwerkstoffs auf ein vor Erosion zu schützendes Bauteil, c) Umwandeln der oder jeder aufgetragenen Lackschicht in eine Glasschicht.1. A process for producing an erosion-resistant protective layer, characterized by: a) providing at least one paint material, the paint material being a phosphate or silicate preferably mixed with particles, b) applying at least one layer of the or each paint material to a component to be protected against erosion, c) converting the or each applied layer of lacquer into a glass layer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Verfahrenschritt a) mehrere Lackwerkstoffe entweder auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis bereitgestellt werden, wobei die Lackwerkstoffe sich jeweils durch die dem Phosphat oder dem Silikat zugesetzten Partikel unterscheiden.2. The method according to claim 1, characterized in that in connection with process step a) several coating materials are provided either on the basis of phosphate or on the basis of silicate, the coating materials differing in each case by the particles added to the phosphate or the silicate.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Verfahrenschritt b) mehrere Lackschichten entweder auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis auf das Bauteil aufgetragen werden, wobei sich die Lackschichten durch die zugesetzten Partikel unterscheiden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in connection with process step b) a plurality of lacquer layers are applied to the component either on a phosphate basis or on a silicate basis, the lacquer layers differing in the added particles.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine bauteilnahe Lackschicht ein Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis mit zugesetztem Aluminiumpulver und/oder mit zugesetzten Hohlkugeln verwendet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that a paint material based on phosphate or silicate with added aluminum powder and / or with added hollow spheres is used for a paint layer close to the component.
5. Verfahren nach Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine bauteilferne, äußere Lackschicht ein Lackwerkstoff auf Phosphatbasis oder auf Silikatbasis mit zugesetzten Keramikpartikeln und/oder Nitridpartikeln verwendet wird. 5. The method according to claims 3 or 4, characterized in that a paint material based on phosphate or silicate with added ceramic particles and / or nitride particles is used for an external paint layer remote from the component.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung einer äußeren, eine Deckschicht bildenden Schicht eine Antifouling-Schicht aufgetragen wird.6. The method according to one or more of claims 3 to 5, characterized in that an antifouling layer is applied to provide an outer layer forming a cover layer.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtfolge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten sich mehrfach wiederholend aufgetragen wird.7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a layer sequence of at least two different layers is applied repeatedly.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Verfahrenschritt c) das mit den Lackschichten beschichtete Bauteil erhitzt und anschließend abgekühlt wird, wobei zwischen den ursprünglich voneinander getrennten Lackschichten eine Phosphatglasbindung oder eine Silikatglasbindung entsteht.8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in connection with process step c) the component coated with the lacquer layers is heated and then cooled, a phosphate glass bond or a silicate glass bond being formed between the lacquer layers originally separated from one another.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Verfahrenschritt b) die oder jede Lackschicht durch Lackieren, insbesondere durch Tauchen, Spritzen oder Streichen, aufgetragen wird.9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in connection with process step b) the or each lacquer layer is applied by painting, in particular by dipping, spraying or painting.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil ein gasumströmtes Bauteil einer Gasturbine beschichtet wird.10. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a gas-flowing component of a gas turbine is coated as a component.
1 1. Schutzschicht, nämlich erosionsbeständige Schutzschicht, die auf eine zu schützende Oberfläche eines mechanisch und/oder strömungsmechanisch belasteten Bauteils aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht im wesentlichen aus einem Phosphatglas oder einem Silikatglas mit in das Phosphatglas oder das Silikatglas eingelagerten Partikeln besteht.1 1. protective layer, namely erosion-resistant protective layer, which is applied to a surface to be protected of a mechanically and / or fluid mechanically loaded component, characterized in that the protective layer consists essentially of a phosphate glass or a silicate glass with particles embedded in the phosphate glass or the silicate glass ,
12. Schutzschicht nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in das Phosphatglas oder das Silikatglas abhängig vom Abstand zum zu beschichtenden Bauteil unterschiedliche Partikel eingelagert sind. 12. Protective layer according to claim 1 1, characterized in that different particles are embedded in the phosphate glass or the silicate glass depending on the distance to the component to be coated.
13. Schutzschicht nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Bauteilnähe Aluminiumpulver und/oder Hohlkugeln eingelagert sind.13. Protective layer according to claim 1 1 or 12, characterized in that aluminum powder and / or hollow spheres are embedded in the vicinity of the component.
14. Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Bauteilferne Keramikpartikel und/oder Nitridpartikel eingelagert sind.14. Protective layer according to one or more of claims 1 1 to 13, characterized in that ceramic particles and / or nitride particles are embedded in the component.
15. Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere, eine Deckschicht bildende Schicht als Antifouling-Schicht ausgebildet ist.15. Protective layer according to one or more of claims 1 1 to 14, characterized in that an outer layer forming a cover layer is designed as an antifouling layer.
16. Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtenfolge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten sich mehrfach wiederholend ausgebildet ist.16. Protective layer according to one or more of claims 1 1 to 15, characterized in that a layer sequence of at least two different layers is repeatedly repeated.
17. Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe auf einem gasumströmten Bauteil eines Gasturbine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, aufgebracht ist.17. Protective layer according to one or more of claims 1 1 to 16, characterized in that the same is applied to a gas-flow component of a gas turbine, in particular an aircraft engine.
18. Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, gekennzeichnet durch eine Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 17.18. Component of a gas turbine, in particular an aircraft engine, characterized by a protective layer according to one or more of claims 1 1 to 17.
19. Bauteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als gasumströmten Bauteil eines Flugzeugtriebwerks, insbesondre als Verdichterrotor mit integraler Beschaufelung, ausgebildet ist.19. The component according to claim 18, characterized in that the component is designed as a component of an aircraft engine around which gas flows, in particular as a compressor rotor with integral blading.
20. Verwendung einer Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 17 auf einem gasumströmten Bauteil eines Gasturbine, insbesondere auf einem gasumströmten Bauteil eines Flugzeugtriebwerks.20. Use of a protective layer according to one or more of claims 1 1 to 17 on a gas-flow component of a gas turbine, in particular on a gas-flow component of an aircraft engine.
21. Verwendung einer Schutzschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 17 auf einem Rotor mit integraler Beschaufelung, nämlich auf einer sogenannten Blisk (Bladed Disk) eines Verdichters einer Gasturbine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks. 21. Use of a protective layer according to one or more of claims 1 1 to 17 on a rotor with integral blading, namely on one So-called blisk (bladed disk) of a compressor of a gas turbine, in particular an aircraft engine.
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