Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Beschichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,

Beim Betrieb von Bauteilen, insbesondere Bauteilen von Gasturbinen, bei hohen Temperaturen sind deren freie Oberflächen stark 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 Korrosion, Oxydation oder auch Erosion werden die Bauteile mit Beschichtungen versehen. Bevorzugt sind PtA1-Beschichtungen, mit denen ein besonders guter Korrosionsschutz und/oder Oxidationsschutz realisiert werden kann.

Die EP 0 784 104 Bl offenbart eine PtA1-Beschichtung für Gasturbinenbauteile sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird eine PtA1-Beschichtung auf einem Substrat dadurch hergestellt, dass auf eine Substratoberfläche eine Platinschicht abgeschieden wird, wobei nach dem Abscheiden der Platinschicht ein Eindiffundieren von Platin aus der Platinschicht in die Substratoberfläche durchgeführt wird. Nach dem Abscheiden der Platinschicht und dem Eindiffundieren des Platins wird das so beschichtete Substrat a-litiert, also mit Aluminium beschichtet, wobei das Aluminium vorzugsweise in die Substratoberfläche eindiffundiert wird.

Aus den Dokumenten US 5 415 761 A und WO 03/088316 A sind Verfahren zum galvanischen Abscheiden von metallischen Beschichtungen auf Substratoberflächen bekannt, welche prozesstechnisch in zwei oder mehr zeitlich aufeinander folgenden Stufen ablaufen. Die Prozesstufen unterscheiden sich vorzugsweise durch eine unterschiedliche Stromstärke bzw. Stromdichte und somit ein unterschiedliches Abscheidungsverhalten.

Das Abscheiden von Platin auf die Substratoberfläche vor dem Alitieren des Substrats erfolgt vorzugsweise auf galvanischem Weg. Die hier vorliegende Erfindung betrifft Details eines Verfahrens zum Herstellen einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Beschichtung auf einem Substrat, die das galvanische Abscheiden eines Metalls der Platingruppe, insbesondere von Platin und/oder Palladium, oder einer Legierung auf Basis mindestens eines Metalls der Platingruppe betreffen. So ist es für die Qualität der korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Beschichtung von wesentlicher Bedeutung, dass eine gleichmäßig definierte Abscheidung von insbesondere Platin auf galvanischem Weg realisiert wird, um so eine gleichmäßige Dicke der Platinbeschichtung zu realisieren. So darf zum Beispiel ein Minimalwert der Beschichtungsdicke von ca. 1 µm nicht unterschritten werden, da dies eine ungenügende Heißgasbeständigkeit und ein lokal rasches Versagen der Beschichtung nach sich ziehen würde. Auf der anderen Seite dürfen Schichtdicken von 8 bis 15 µm nicht überschritten werden, da hierdurch einerseits wertvolles Edelmetall verschwendet würde und andererseits die ligenschaften der Beschichtung verschlechtert würden. Ein weiteres Problem beim galvanischen Abscheiden von insbesondere Platin auf ein Substrat besteht dann, wenn das Platin zum Beispiel auf Bauteile mit einer komplexen dreidimensionalen Gestalt abgeschieden werden soll. Bei solchen Substraten mit einer komplexen dreidimensionalen Kontur handelt es sich zum Beispiel um Gasturbinenschaufeln, weil dieselben einerseits stark unsymmetrisch sind, und anderseits kanten-, ecken- und spitzenbehaftete Oberflächen sowie Hohlräume und Hinterschneidungen aufweisen. Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Platin lässt sich eine gleichmäßig definierte Abscheidung von Platin auf Substraten mit einer komplexen dreidimensionalen Kontur nur unzureichend realisieren.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Beschichtung zu schaffen, die eine Platingruppenmetall-A1 Beschichtung ist.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer korrosionsbeständigen und/oder oxidationsbeständigen Beschichtung im Sinne von Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird das galvanische Abscheiden des oder jeden Metalls der Platingruppe bzw. der entsprechenden Legierung in einem zweistufigen Abscheideprozess durchgeführt, wobei in einer ersten Stufe des Abscheideprozesses in einer Beschichtungszeit T1 eine zum Galvanisieren angelegte Stromstarke ausgehend von einem Anfangswert kontinuierlich oder stufenweise auf einen Maximalwert gesteigert wird, und wobei in einer zweiten Stufe des Abscheideprozesses in einer Beschichtungszeit T2 die zum Galvanisieren angelegte Stromstärke konstant auf dem Maximalwert gehalten wird.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen and/oder oxidationsbeständigen Beschichtung, vorzugsweise einer PtAl-Beschichtung, in größerem Detail beschrieben.

Die hier vorliegende Erfindung betriffz dabei insbesondere solche Details, die das galvanischen Abscheiden mindestens eines Metalls der Platingruppe, insbesondere von Platin und/oder Palladium, oder einer Legierung auf Basis mindestens eines Metalls der Platingruppe auf ein zu besthichtendes Substrat betreffen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass nach dem galvanischen Abscheiden von Platin und/oder Palladium oder einer diesbezüglichen Legierung auf das Substrat und vor dem Alitieren des so galvanisch beschichteten Substrats ein Eindiffundieren des Platins und/oder Palladiums oder der entsprechenden Legierung in das Substrat erfolgen kann.

Vor dem eigentlichen galvanischen Abscheiden des oder jeden Metalls der Platingruppe bzw. der entsprechenden Legierung erfolgt eine Oberflächenvorbehandlung des Substrats. Die Oberflächenvorbehandlung des Substrats umfasst zumindest die folgenden drei Schritte: In einem ersten Schritz der Oberflächenvorbehandlung wird die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats gestrahlt. Das Strahlen erfolgt mit Al₂O₃-Partikeln, die einen Partikeldurchmesser von 100 bis 200 µm aufweisen und mit einem Druck von 1,5 bis 3,5 bar auf die zu strahlende Substratoberfläche gerichtet werden. Beim Strahlen wird mit einem Überdeckungsgrad von 200 bis 1500 % gearbeitet, was bedeutet, dass jeder Oberflächenabschnitt zwischen zwei und fünfzehn Mal gestrahlt bzw. von einer entsprechenden Partikelstrahlanzahl erfasst wird. Nach dem Strahlen liegt eine metallisch blanke sowie oxidfreie Substratoberfläche vor. Im Anschluss an das Strahlen wird die gestrahlte Oberfläche elektrochemisch gereinigt bzw. entfettet, und zwar in einer NaOH-haltigen Lösung. Im Anschluss an das Entfetten bzw. Reinigen der Substratoberfläche erfolgt eine Aktivierung derselben in einer 40 bis 60 Vol-%igen HCl-Lösung.

Im Arschluss an die Oberflächenvorbehandlung des Substrats erfolgt das galvanische Abscheiden des oder jeden Metalls der Platingruppe bzw. der entsprechenden Legierung mithilfe eines Abscheideprozesses. Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung erfolgt das galvanische Abscheiden in einem zweistufigen Abscheideprozess, wobei in einer ersten Stufe des Abscheideprozesses eine zum Galvanisierung angelegte Stromstärke ausgehend von einem Anfangswert kontinuierlich oder stufenweise auf einen Maximalwert gesteigert wird, und wobei in einer zweiten Stufe des Abscheideprozesses die zum Galvanisieren angelegte Stromstärke konstant auf dem Maximalwert gehalten wird.

Das galvanische Abscheiden wird dabei über eine Gsamtbeschichtungszeit T durchgeführt, wobei die erste Stufe des Abschneideprozesses, in welcher die zum Galvanisieren angelegte Stromstärke ausgehend von dem Anfangswert kontinuierlich oder stufenweise auf den Maximalwert gesteigert wird, in einer Beschichtungszeit T₁ erfolgt, und wobei die zweite Stufe des Abscheideprozesses, in welcher die zum Galvanisieren angelegte Stromstärke auf dem Maximalwert konstant gehalten wird, in einer Beschichtungszeit T₂ durchgeführt wird. Die Beschichtungszeit T₁ der ersten Stufe des Abscheideprozesses beträgt dabei in etwa 50 % der Gesamtbeschichtungszeit, die Beschichtungszeit T₂ der zweiten Stufe des Abscheideprozesses beträgt ebenfalls in etwa 50 % der Gesamtbeschichtungszeit T. Demnach gilt dann für die Gesamtbeschichtungszeit T: T = T₁ + T₂.

Nach einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieses ersten Aspekts der hier vorliegenden Erfindung wird die Stromstärke I aufgehend von einem Anfangswert, der in etwa 10 % des Maximalwerts I_MAX der zum Galvanisieren angelegten Stromstärke entspricht, innerhalb der Beschichtungszeit T₁ kontinuierlich auf den Maximalwert gesteigert. Alternativ hierzu kann die Stromstärke I in der Beschichtungszeit T₁ ausgehend von diesem Anfangswert stufenweise auf den Maximalwert I_MAX gesteigert werden. Nach dem Erreichen dieses Maximalwerts I_MAX wird in jedem Fall während der zweiten Stufe des Abscheideprozesses die zum galvanischen Abscheiden angelegte Stromstärke I auf diesem Maximalwert I_MAX gehalten.

In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, in welchen die Beschichtungszeit T₁ der ersten Stufe sowie die Beschichtungszeit T₂ der zweiten Stufe jeweils 50 % der Gesamtbeschichtungszeit T betragen, und in welcher der Anfangswert der Stromstärke I in der ersten Stufe des Abscheideprozesses 10 % der maximalen Stromstärke I_MAX beträgt, gilt für den zum galvanischen Abscheiden angelegten Strom I vorzugsweise eine der folgenden Bedingungen, wobei die Bedingung (1) dem kontinuierlichen Ansteigen des Stroms I in der ersten Phase des Abscheideprozesses entspricht, und wobei die Bedingung (2) der stufenweisen Vergrößerung des Stroms I während der ersten Phase des Abscheideprozesses entspricht. $$I=\{\begin{array}{c}0,1*I_{\mathit{MAX}}+\frac{0,9*I_{\mathit{MAX}}}{0,5*T}*t\mathit{für}0\le t\le 0,5*T\\ I_{\mathit{MAX}}\mathit{für}0,5*T\le t\le T\end{array}$$ $$I=\{\begin{array}{c}0,1*I_{\mathit{MAX}}\mathit{für}0\le t<0,1*T\\ 0,4*I_{\mathit{MAX}}\mathit{für}0,1\le t<0,3*T\\ 0,7*I_{\mathit{MAX}}\mathit{für}0,3\le t<0,5*T\\ I_{\mathit{MAX}}\mathit{für}0,5*T\le t<T\end{array}$$

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der zum galvanischen Abscheiden angelegte Maximalstrom I_MAX je nach verwendeten Typ eines galvanischen Bads in einer Größenordnung von 0,2 bis 3,5 A/dm² entspricht, vorzugsweise wird mit maximalen Strömen von 1,5 A/dm² bzw. 2 A/dm² gearbeitet. Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel mit einem Anfangswert der Stromstärke I gearbeitet wird, der in etwa 10% der maximalen Stromstärke I_MAX beträgt, kann auch mit einem Anfangswert der Stromstärke I gearbeitet wird, der in etwa 15% oder auch 20% der maximalen Stromstärke I_MAX beträgt.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist das zu beschichtende Substrat während des gesamten Abscheideprczesses, also während der gesamten ersten Stufe und der gesamten zweiten Stufe des Abscheideprozesses, kathodisch und damit negativ geschaltet. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung kann vor dem eigentlichen Abscheideprozess das zu beschichtende Substrat anodisch bzw. positiv geachaltet und so in das galvanische Bad eingebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, das zu beschichtenden Substrat unmittelbar kathodisch zu schalten.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere Substrate gleichzeitig in einem galvanischen Bad mit dem oder jedem Metall der Platingruppe bzw. einer entsprechenden Legierung beschichtet. Eierdurch ist eine rationale Fertigung von relativ großen Stückzahlen im Batchbetrieb möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darüber hinaus eine gleichmäßige Abscheidung von Platin und/oder Palladium bzw. einer entsprechenden Legierung auf Substraten mit einer komplexen, dreidimensionalen Geometrie möglich.