Turbinenkomponente mit einer Beschichtung

Abstract

 Bei einer Turbinenkomponente (10) wird eine Beschichtung (12), die als eine aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension gestaltet ist, mit Aluminium- und oder Siliziumpartikel (14) geschaffen, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbinenkomponente mit einer Beschichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten einer Turbinenkomponente

[0002] Beim Betrieb von Turbinen, insbesondere Gas- und/oder Dampfturbinen, werden heutzutage zur Steigerung der Effizienz von zugehörigen Dampfkraftwerken die Prozessparameter wie Druck und Temperatur angehoben und auf diese Weise der Wirkungsgrad erhöht. Um solche erhöhten Prozessparameter realisieren zu können, werden Werkstoffe mit hoher Zeitstandfestigkeit für den Bau der Turbinen verwendet. Diese Werkstoffe besitzen jedoch wegen ihrer Optimierung auf höchstmögliche Festigkeit keine genügende Oxidationsbeständigkeit in einer Dampfatmosphäre.

[0003] Es werden daher zum Teil Schutzbeschichtungen auf die am heißesten werdenden Komponenten von Turbinen aufgebracht. Solche Beschichtungen beruhen teilweise auf dem Prinzip, dass aus einer aufgebrachten und ausgehärteten Beschichtung Aluminium in den Grundwerkstoff diffundiert. Auf diese Weise soll eine gute Anbindung an den zu schützenden Werkstoff erreicht und im späteren Betrieb eine Schicht aus Al₂O₃ gebildet werden, die den Werkstoff vor Oxidation schützt.

[0004] Bekannte Beschichtungen sind aber dennoch in der Regel in ihrer Ausprägung derart ungenügend, dass sie im strömenden Dampf nicht in allen Fällen eine genügend lange Lebensdauer der zugehörigen Turbinenkomponente gewährleisten.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenkomponente mit einer Beschichtung zu schaffen, die derart ausgeprägt hergestellt werden kann, dass die zugehörige Turbinenkomponente allen Betriebsbedingen auch über eine lange Lebensdauer hinweg gerecht wird.

[0006] Die Aufgabe ist mit einer Turbinenkomponente gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0007] Gemäß der Erfindung ist eine Turbinenkomponente mit einer Beschichtung geschaffen, die als eine aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension gestaltet ist, deren Aluminium-und/oder Siliziumpartikel bzw. -pigmente einen Durchmesser von kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 2 µm, haben.

[0008] Mit der erfindungsgemäßen Lösung können sowohl dünne als auch dicke und zugleich besonders gleichmäßige bzw. gleichförmige Diffusionsschichten ausgebildet werden. Die sich damit ergebenden Oxidschichten schützen den darunter befindlichen Grundwerkstoff besonders gut und lange. Daher lässt sich bei den erfindungsgemäßen Turbinenkomponenten aus ferritischen und austenitischen Werkstoffen auch in Dampf mit einer Temperatur von mehr als 600°C und hoher Strömungsgeschwindigkeit ein ausreichend langer Schutz des Grundwerkstoffs erzielen.

[0009] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen die die Aluminium- und/oder Siliziumpartikel einen Durchmesser von maximal 1 µm auf. Auf diese Weise können besonders gleichförmige Beschichtungen geschaffen werden.

[0010] Um den gewünschten dauerhaften Schutz der erfindungsgemäßen Turbinenkomponenten zu erzielen, ist ferner bevorzugt die Beschichtung mit einer Schichtdicke von mehr als 10 µm ausgebildet.

[0011] Als Grundwerkstoff wird für die erfindungsgemäßen Turbinenkomponenten bevorzugt ein ferritischer warmfester Werkstoff verwendet. Solche Werkstoffe sind z.B. Werkstoffe mit 1% CrMoV, wie etwa GS-17CrMoV5-11 oder mit 10%Cr, wie etwa P91, X12CrMoWVNbN10-1-1.

[0012] Alternativ wird als Grundwerkstoff der erfindungsgemäßen Turbinenkomponenten ein austenitischer warmfester Werkstoff verwendet, wie z.B. X8CrNiNb16-13.

[0013] Um die gewünschten Schutzeffekte zu erzielen, ist die erfindungsgemäße Beschichtung bevorzugt besonders gleichförmig gestaltet, nämlich besonders bevorzugt bereits ohne Nachbehandlung mit einer Rauhtiefe Ra von kleiner 2 µm.

[0014] Entsprechend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beschichten einer Turbinenkomponente als Beschichtung eine aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension aufgetragen, deren Aluminium- und oder Siliziumpartikel einen Durchmesser von kleiner als 10 µm, insbesondere von kleiner als 2 µm, haben.

[0015] Um die oben genannten Schichtdicken der erfindungsgemäßen Beschichtung zu erreichen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt die aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension in mehreren Schichten aufgetragen.

[0016] Zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten erfolgt ferner besonders bevorzugt eine Zwischentrocknung der aluminium-und/oder siliziumhaltigen Suspension.

[0017] Die erfindungsgemäß genutzten Aluminium- und/oder Siliziumpigmente werden vor dem Auftragen vorteilhaft in einem Lösungsmittel dispergiert.

[0018] Damit von Anfang an eine stabile Ankopplung der erfindungsgemäßen Beschichtung an den Grundwerkstoff gewährleistet ist, wird die aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension nach dem Aufbringen bevorzugt eingebrannt. Das Einbrennen erfolgt bevorzugt unterhalb oder oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium bzw. Silizium. Auf das Einbrennen wird vorteilhaft in jenem Fall verzichtet, dass sich durch die Betriebstemperatur des Bauteils eine hinreichend gute und rasche Diffusionsanbindung der Beschichtung an den Grundwerkstoff ergibt.

[0019] Besonders vorteilhaft erfolgt das Einbrennen bei einer Temperatur von zwischen 300°C und 750°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 700°C, d. h. unterhalb der letzten Wärmebehandlungstemperatur.

[0020] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Turbinenkomponente gemäß der Erfindung und

Fig. 2

ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschichten der Turbinenkomponente gemäß Fig. 1.

[0021] In Fig. 1 ist ein Teil einer als Rohr gestalteten Turbinenkomponente 10 dargestellt.

[0022] Die Turbinenkomponente 10 ist an ihrer Funktionsoberfläche mit einer Beschichtung 12 gestaltet, die mit einer aluminium-und siliziumhaltigen Suspension gebildet ist. Die Suspension weist Aluminium- und Siliziumpartikel 14 mit einem Durchmesser von durchgängig kleiner als 2 µm, insbesondere von maximal 1 µm auf.

[0023] Die Beschichtung 12 ist mit einer Schichtdicke von zwischen 14 µm und 20 µm ausgebildet und auf einem ferritischen warmfesten Grundwerkstoff 16 aufgebracht. Bei einer nicht dargestellten Variante ist als Grundwerkstoff ein austenitischer warmfester Werkstoff vorgesehen. Die Rauhtiefe Ra der Beschichtung beträgt ohne Nachbehandlung ca. 1 µm.

[0024] In Fig. 2 ist ein zugehöriges Verfahren 18 zum Beschichten der Turbinenkomponente 10 veranschaulicht, mittels dem die Beschichtung 12 gemäß Fig. 1 aufgebracht worden ist.

[0025] Das Verfahren 18 umfasst aufeinanderfolgende Schritte 20, 22 und 24. Der Schritt 20 betrifft ein Dispergieren der Partikel bzw. Pigmente 14 in einem Lösungsmittel. Der Schritt 22 beschreibt ein Aufbringen einer Schicht der aluminium- und siliziumhaltigen Suspension auf die Oberfläche der Turbinenkomponente 10 und der Schritt 24 eine Zwischentrocknung der aufgebrachten Schicht. Die Schritte 22 und 24 werden insgesamt siebenmal wiederholt, so dass sieben übereinander angeordnete Schichten eine gesamte Beschichtung 12 ergeben.

[0026] Nach dem derartigen Aufbringen der aluminium- und siliziumhaltigen Suspension werden die genannten Schichten in einem Schritt 26 eingebrannt. Das Einbrennen erfolgt bei einer Temperatur von zwischen 400°C und 700°C, jedoch stets ca. 20°C unter der letzten Vergütungstemperatur der Legierung.

Ansprüche

1. Turbinenkomponente (10) mit einer Beschichtung (12),
die als eine aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension gestaltet ist,
deren Aluminium- und oder Siliziumpartikel (14) einen Durchmesser von kleiner als 10 µm haben.

2. Turbinenkomponente nach Anspruch 1,
bei der die Aluminium- und/oder Siliziumpartikel (14) einen Durchmesser von maximal 1 µm aufweisen.

3. Turbinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Beschichtung (12) mit einer Schichtdicke von mehr als 10 µm ausgebildet ist.

4. Turbinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Grundwerkstoff (16) ein ferritischer warmfester Werkstoff ist.

5. Turbinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Grundwerkstoff (16) ein austenitischer warmfester Werkstoff ist.

6. Turbinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Beschichtung (12) ohne Nachbehandlung eine Rauhtiefe Ra von kleiner 2 µm aufweist.

7. Verfahren (18) zum Beschichten einer Turbinenkomponente (10),
bei dem als Beschichtung (12) eine aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension aufgetragen wird,
deren Aluminium- und oder Siliziumpartikel (14) einen Durchmesser von kleiner als 10 µm haben.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
bei dem die aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension in mehreren Schichten aufgetragen wird (22).

9. Verfahren nach Anspruch 8,
bei dem zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten eine Zwischentrocknung (24) der aluminium- und/oder siliziumhaltigen Suspension erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
bei dem die Aluminium- und/oder Siliziumpartikel (14) vor dem Auftragen in einem Lösungsmittel dispergiert werden (20).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
bei dem die aluminium- und/oder siliziumhaltige Suspension nach dem Aufbringen eingebrannt wird (26).

12. Verfahren nach Anspruch 11,
bei dem das Einbrennen (26) bei einer Temperatur von zwischen 300°C und 750°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 700°C erfolgt.

Zeichnung