Verwendung einer Sprühkompaktierungsanlage zur Erzeugung einer Schicht und Schichtsystem hergestellt mittels einer Sprühkompaktierungsanlage und Schichtsystem

Abstract

 Beschichtungen für Bauteile können nach dem Stand der Technik auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden. Dabei müssen nicht nur bestimmte Anforderungen für bestimmte Einsatzbedingungen erfüllt werden, sondern auch die Herstellung muss schnell, einfach und kostengünstig sein.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Sprühkompaktierungsanlage (1) zur Erzeugung einer Schicht (16, 19) ermöglicht dies, indem ein erfindungsgemäßes Schichtsystem (28) in bekannten Sprühkompaktierungsanlagen (1) eingebracht wird und dort beschichtet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Sprühkompaktierungsanlage zur Erzeugung einer Schicht und ein Schichtsystem, das mittels einer Sprühkompaktierungsanlage herstellbar ist und ein Schichtsystem mit einer Schicht mit Hinterschneidungen gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 3.

[0002] Beschichtungen von Bauteilen, wie z.B. Bondschichten oder Wärmedämmschichten von hochtemperaturbelasteten Bauteilen, wie z.B. Gasturbinenbauteilen, werden oft mittels Plasmaspritzen beschichtet, wie es in der US-PS 3,839,618 oder US-PS 4,447,466 beschrieben ist.

[0003] Ein Sprühkompaktierungsverfahren ist aus der US-PS 4,418,124 bekannt, bei dem massive Körper hergestellt werden.

[0004] Sprühkompaktierungsverfahren, bei dem ein geschmolzenes Metall verdüst wird und in eine Form gespritzt wird um massive dichte Bauteile herzustellen, sind in dem Artikel "Microstructure and properties of spray cast Cu-Zr-alloys", Materials Science and Engineering A145(1991), Seite 243-255 von R.P. Singh beschrieben.

[0005] Die Herstellungsbedingungen von massiven dichten Bauteilen mittels einem Sprühkompaktierungsverfahren sind in dem Artikel "Impingement Behavior of a Spray Cast Aluminum Alloy" in dem Proceedings Conference "Solidification 1993 in San Antonia, Texas, Februar 15-19, 1998 von D.P. M Matson" beschrieben.

[0006] In der US-PS 6,444,331 ist beschrieben, dass eine poröse Bondschicht, die mittels Plasmaspritzen hergestellt wird, zur besseren Haftung dient.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf vereinfachte Art und Weise Schichten mit verbesserter Haftung, insbesondere dicke Schichten, herstellen zu können.

[0008] Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Sprühkompaktierungsanlage gemäß Anspruch 1 und ein Schichtsystem gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3.

[0009] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Schichtsystems beschrieben.

[0010] Es zeigen

Figur 1 vereinfacht eine Sprühkompaktierungsanlage zwecks Verwendung zur Erzeugung einer Beschichtung auf einem Bauteil,

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Schichtsystem und

Figur 3 ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem.

[0011] Figur 1 zeigt eine Sprühkompaktierungsanlage 1, die verwendet wird, um zumindest eine erfindungsgemäße Schicht 16 (Figur 2) auf einem Substrat 30 (Figur 2) zu erzeugen, wobei die Schicht 16, die auch eine Zwischenschicht 16 sein kann, auf dem Substrat 30 haften soll.

[0012] In der Sprühkompaktierungsanlage 1 wird beispielsweise aus einer Düse 4 aufgeschmolzenes, bspw. metallisches, Material ausgedüst, so dass ein Materialstrom aus zumindest teilweise flüssigen Teilchen 7 entsteht, die auf die Oberfläche 13 eines Bauteils 10 auftreffen und dort eine Schicht 16, 19 (Fig. 2, 3) erzeugen.

[0013] Im Gegensatz zu den herkömmlichen Sprühkompaktierungsanlagen werden die geschmolzenen Teilchen 7 nicht in eine Form eingedüst, wo sie einen massiven Körper bilden sollen, sondern bilden eine Schicht 16 auf einem Bauteil 10.

[0014] Insbesondere können mit dieser Beschichtungsmethode einfach, kostengünstig und sehr schnell dicke Schichten auf einem Bauteil 10 hergestellt werden.

[0015] Die Mikrostruktur der Schicht kann durch die Verfahrensparameter der Sprühkompaktierungsanlage eingestellt werden. So können die Porosität und/oder Hinterschneidungen gezielt eingestellt werden.

[0016] Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Schichtsystem 28 eines Bauteils 1, das in einer Sprühkompaktierungsanlage 1 hergestellt worden ist.

[0017] Auf dem Bauteil 1 ist eine Zwischenschicht 16 vorhanden, die mittels Sprühkompaktierung hergestellt worden ist.

[0018] Die Zwischenschicht 16 kann dicht sein aber auch durch entsprechende Variation der Verfahrensparameter eine poröse Struktur ggf. auch mit Hinterschneidungen 22 aufweisen, die eine bessere Verankerung einer auf der Schicht 16 aufgebrachten Schicht 19 gegenüber einer Schicht ohne Hinterschneidungen und/oder Poren ermöglichen.
Die verbesserte Haftung wird nicht nur durch die Hinterschneidungen 22 erreicht, sondern auch durch die vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Schicht 16 und 19.

[0019] Solche Schichten 16 mit Hinterschneidungen 22 können auch mit anderen Methoden (Plasmaspritzen, CVD; PVD) hergestellt werden.

[0020] Die Schicht 19 kann, muss aber nicht in einer Sprühkompaktierungsanlage 1 hergestellt worden sein.

[0021] Beispielsweise ist das Bauteil 10 eine Turbinenschaufel oder allgemein ein Bauteil 10, das hochtemperaturbelastet ist, und dessen Substrat 30 beispielsweise aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht.
Die Schicht 16 ist eine so genannte Zwischenschicht der Zusammensetzung MCrAlY, wobei M für ein Element der Gruppe Eisen, Nickel oder Cobalt steht.
Die Schicht 19 kann eine Verankerungsschicht oder keramische Wärmedämmschicht sein.

[0022] Figur 3 zeigt ein Schichtsystem 28, das nur eine Schicht 16 aufweist.
Die Schicht 16 hat eine geringe Porosität und ist beispielsweise mindestens 0,5 mm dick.
Solche dicken Schichten lassen sich besonders gut mittels in einer Sprühkompaktierungsanlage 1 herstellen.

Ansprüche

1. Verwendung einer Sprühkompaktierungsanlage zur Erzeugung zumindest einer auf einem Substrat (30) haftenden Schicht (16, 19).

2. Schichtsystem,
bestehend aus
einem Substrat (30),
und zumindest einer Schicht (16) auf dem Substrat (30), wobei zumindest eine Schicht (16) in einer Sprühkompaktierungsanlage (1) hergestellt ist.

3. Schichtsystem, bestehend aus
einem Substrat (30),
einer Zwischenschicht (16)
und zumindest einer Schicht (19) auf der Zwischenschicht (16),
wobei die Zwischenschicht (16) Hinterschneidungen (22) und/oder Poren aufweist.

4. Schichtsystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschicht (16) in einer Sprühkompaktierungsanlage hergestellt ist.

5. Schichtsystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (16, 19) mindestens 0,3mm dick ist.

Zeichnung