WO2009027457A2 - Method for measuring the thickness of a layer on a carrier - Google Patents

Method for measuring the thickness of a layer on a carrier Download PDF

Info

Publication number
WO2009027457A2
WO2009027457A2 PCT/EP2008/061289 EP2008061289W WO2009027457A2 WO 2009027457 A2 WO2009027457 A2 WO 2009027457A2 EP 2008061289 W EP2008061289 W EP 2008061289W WO 2009027457 A2 WO2009027457 A2 WO 2009027457A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thickness
layer
measured
protective layer
magnetic
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/061289
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2009027457A3 (en
Inventor
Jens Dahl Jensen
Jens Klingemann
Ursus KRÜGER
Daniel Körtvelyessy
Volkmar LÜTHEN
Ralph Reiche
Oliver Stier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2009027457A2 publication Critical patent/WO2009027457A2/en
Publication of WO2009027457A3 publication Critical patent/WO2009027457A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the thickness of a layer on a support.
  • objects, elements, for example, turbine or the like provided with protective layers which are the lifetime of the objects during their operation ver ⁇ lengthen.
  • German patent application DE 101 37 460 Al known to provide input and display devices with nanoparticle-containing protective layers.
  • the object of the invention is to specify a method with which the thickness of a layer located on a support can be measured particularly simply but nevertheless very accurately.
  • a method for measuring the thickness of a layer located on a carrier wherein the layer contains particles of a magnetizable material and the thickness is measured by means of a magnetic measuring process ⁇ driving.
  • a significant advantage of the method according to the invention is the fact that this allows a very precise measurement of the layer thickness even with very thin layers, because the thickness of the layer to be measured is very easily detectable due to the presence of the magnetizable particles.
  • a further significant advantage of the method according to the invention is that due to the particles it is also possible to measure the layer thickness in situ during the application of the layer in a contactless manner.
  • a material is selected for the particles, which can be magnetized very easily and generates a very strong magnetic field in the case of magnetization.
  • Suitable materials for the particles are, for example, iron, cobalt and nickel-containing materials and materials comprising a magnetic ceramic material, Fe 8 O 2 -containing Mate ⁇ material, material of 1, 4, 7-Triazacyclononane material group, Fe 8 O 2 (OH ) i2 (1, 4, 7-triazacyclononanes) 6 Br 8 .9H 2 O and / or Hexafer- ritmaterial at least also included.
  • the thickness of the layer is to be measured, the greater the Magneti ⁇ sierley of the particles is compared with the magnetization of the carrier material, the more accurate.
  • the distribution of the particles in the layer may be uniform or have a gradient, for example the concentration of the particles may decrease or increase with increasing layer thickness.
  • the material of the particles to a hard magnetic material and the material of the Trä ⁇ gers to a soft magnetic material may be added.
  • the hard magnetic particles are magnetized.
  • the thickness of the layer can then be characterized, for example, be ⁇ true that the induction effect of the heartmagneti- see particles is measured in an electrical coil.
  • Such a measurement is also referred to as "eddy-current" - measurement method, because the induction current in the coil, the so-called “eddy-current”, is measured.
  • nanoparticles in the base ⁇ material improve or increase their ability to build when nanoparticles are introduced or embedded with a core shell structure.
  • Such nanoparticles preferably have a core of a metal or a metal mixture and a shell of an oxide or ceramic material that is compatible with the base material of the object to be characterized so far that incorporation of the nanoparticles in the base material is made possible, at least better than at a nanoparticle surface of metal.
  • a sleeve may prevent the metal material of the particles diffuses into the material of the layer and its Schichtei ⁇ properties deteriorated.
  • oxide for the particle shell for example, aluminum ⁇ oxide, copper oxide or zirconium oxide may be used.
  • a core-shell structure is also recommended if iron nanoparticles are to be used.
  • Iron can namely with chlorides (Cl " ) Ferrichloride (FeCl 3 ) bil ⁇ those, which are very corrosive and can chemically attack, for example, the base material of the carrier, remain through a corresponding encapsulation in a nuclear envelope structure
  • the iron cores are magnetically active and measurable, they are chemically isolated and chemically inactive.
  • the material of the layer may be a magnetizable or also a non-magnetizable material han ⁇ spindles, the same applies to the base material of the support.
  • Nanoparticles are used as particles.
  • Nanoparticles are particles having a particle have large in the nanometer range (1 nm to 1000 nm), and usually show chemical and physical properties that differ from those of their particulate material as such under ⁇ .
  • the different properties of the nanoparticles are based on the relatively large outer surface relative to their volume.
  • a magnetic field is generated and coupled into the layer, the magnetic resistance of the layer and / or a directly or indirectly related to this measure, preferably location-dependent, is measured and the thickness of the layer is determined on the basis of the magnetic resistance and / or the measured variable .
  • a measured variable for example, the inductance of the layer, the AC resistance of a magnetic field generating coil or coil assembly, the size of an alternating current in a magnetic erzeu ⁇ ing coil or coil assembly at a constant AC voltage and / or the size of an AC voltage to a magnetic field generating coil or Coil arrangement are measured and evaluated at constant alternating current through the coil or coil assembly.
  • the induction of an electrical voltage in a coil or coil arrangement can be measured and evaluated due to a magnetic field generated by the particles.
  • eddy-current measuring methods with which a magnetic alternating field is generated and coupled into the material of the layer are particularly suitable as magnetic measuring methods.
  • eddy current measuring devices For eddy current measurement, it is possible, for example, to use sensors which have a meander-shaped conductor structure for magnetic field generation and a meander-shaped conductor structure complementary thereto for magnetic field measurement. Suitable eddy current measuring devices of this and other types are sold, for example, by JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453, USA.
  • Magnetic measurement methods currently a measurement resolution of up to 3 mm can be achieved measuring depth, for here be ⁇ specified measuring application, such as for the thickness measurement of thermal protection layers of machine elements in general is quite enough, since there thicknesses are within the specified measuring range ,
  • the thickness of the layer can for example be measure by the measuring ⁇ frequency and the excitation frequency of the generated magnetic field is changed in the implementation of the magnetic measurement method; because at low frequencies Mag ⁇ netfeld penetrates deeper into the surface than at high Frequen ⁇ zen, where magnetic fields are generated very close to the surface. If the measuring frequency is varied during the measurement, a layer to be characterized in the depth-that is to say vertical to the surface-can be scanned very accurately and its thickness determined very precisely.
  • the magnetic field can be generated with a superconducting quantum interference unit (SQUID: Superconducting Quantum Interference Device), as known for example from raster SQUID microscopes.
  • the operation of a quantum interference unit is generally based on the effect of flux quantization in superconducting rings and the so-called Josephson effect.
  • the thickness of the layer can for example be measured very simply and thus advantageously by determining the respective thickness of the layer on the basis of at least one calibration curve which has been generated and stored in advance on the basis of known thicknesses of the layer material.
  • the thickness of the layer during the beticiansge ⁇ MAESSEN use of the coated substrate can be measured and a maintenance signal is generated when the thickness of the layer falls below a predetermined minimum thickness.
  • layer thicknesses of protective layers in machine elements are measured.
  • Turbine element in particular a turbine blade, are ⁇ sets. Particular preference is given to thicknesses of TBC (thermal barrier coating) layers, for example zirconium oxide ceramic layers with a columnar structure, or of layers of MCrAlY material (metal matrix material based on chromium, aluminum and yttrium) measured in the manner described.
  • TBC thermal barrier coating
  • MCrAlY material metal matrix material based on chromium, aluminum and yttrium
  • a method of manufacturing a turbine element in particular a turbine acting ⁇ fel considered.
  • a protective layer in particular of zirconium oxide ceramic material with a columnar structure or of MCrAlY material, is applied to a base material of the turbine element, wherein particles of a magnetizable material are incorporated in the protective layer, during the application of the protective layer whose thickness is continuous , regular or un ⁇ regularly according to a method as described above, the WOR is measured and the application of further
  • the turbine element has a base material which has been coated with a protective layer, in particular of a zirconium oxide ceramic having a columnar structure and / or of MCrAlY material, wherein particles of a magnetizable material are contained in the protective layer , the thickness of the protective layer during the intended use of the turbine member according to a process - is measured and a maintenance signal is generated when the thickness of the protective layer falls below a predetermined min ⁇ least thick - de- scribe above.
  • a protective layer in particular of a zirconium oxide ceramic having a columnar structure and / or of MCrAlY material, wherein particles of a magnetizable material are contained in the protective layer , the thickness of the protective layer during the intended use of the turbine member according to a process - is measured and a maintenance signal is generated when the thickness of the protective layer falls below a predetermined min ⁇ least thick - de- scribe above.
  • FIGS. 2-4 show an exemplary embodiment of the production of the turbine blade according to FIG. 1, by means of which an exemplary embodiment of the thickness measuring method according to the invention is also explained, and
  • FIG. 1 In the figure 1 can be seen a turbine blade 10 having an airfoil 20 and a foot 30 in a dreidimensiona ⁇ len representation.
  • the airfoil 20 of the turbine blade 10 consists of a base material 35 and is provided with a protective ⁇ layer 40.
  • the base material 35 of the airfoil 20 may be, for example, Inconel (Ni-Cr alloys, as described, for example, in the publication "Corrosion-resistant Nickel Alloys” (Advanced Materials & Processes, June 2007, pages 37 to 39) in detail described) or co-based crystals A ⁇ or even a material containing Inconel or Co-based single crystals at least.
  • the protective layer 40 may, for example, of ceramic or of TBC (Thermal Barrier Coating) material based on a pillar-shaped zirconia ceramic layer or MCrAlY mA TERIAL (metal matrix material based on chromium, Alumi ⁇ nium and yttrium) exist.
  • the foot 30 of the turbine blade 10 is preferably uncoated.
  • the base material 35 in cross section ge ⁇ shows.
  • FIG. 2 also shows a magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 which generates an alternating magnetic field 110 as part of a magnetic eddy current measuring method and couples this into the surface 60.
  • a coil 120 is provided for generating the alternating magnetic field 110.
  • the field lines B of the magnetic field 110 penetrate through the surface 60 and also penetrate the base material 35, so that a magnetic flux B occurs in the base material 35.
  • the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will measure the resulting magnetic field 110 and, for example, determine the magnetic resistance and, based on this, determine whether a protective layer 40 is already present and how thick it may be.
  • a relative movement in the x direction between Magnetfelder Wegungs- and magnetic ⁇ measuring device 100 and the turbine blade 10 can be on the basis of appearance and disappearance of a Magnetfeldver- Strengthen the thickness d of an existing protective layer 40 also location-dependent, preferably two-dimensional measure.
  • FIG. 3 shows the turbine blade 10, after which a protective layer with the thickness d 1 and with a nanoparticle 80 made of a magnetizable material has been deposited on the surface 60.
  • Is used for the nanoparticles 80 is preferably one of the following materials: magneti ⁇ ULTRASONIC ceramic material, Fe 8 O 2 -containing material, the material of the 1, 4, 7-triazacyclononanes material group, Fe 8 O 2 (OH) 12 (1, 4, 7-triazacyclononanes) 6 Br 8 .9H 2 O and / or hexaferrite material.
  • the nanoparticles 80 ⁇ because of their small size, but also because of their particular ren surface finish, especially because of its large ratio between surface area and volume, very evenly distributed in the base material 35 and is very even increase the magnetization ,
  • the thickness of the protective layer 40 may be in addition also because ⁇ determined by, that the coupling of the magnetic field 110 is influenced with the coil 120; In this case, the external excitation also determines which depth ranges of the protective layer 40 or the base material 35 are to be scanned by the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100. In this way can be Depth areas down to the millimeter range selectively for the presence of nanoparticles 80 examine and measure.
  • the measuring frequency or the exciting frequency of the generated magnetic field is changed; because at low frequencies, a magnetic field penetrates deeper into the surface than at high frequencies, where magnetic fields are generated only very close to the surface.
  • the measurement frequency varies during the measurement, the layer may be characterized in the depth - in other words viewed vertical to the surface - are sampled very ge ⁇ precisely.
  • FIG. 4 the turbine blade 10 is shown, after which further layer material has been applied and the
  • Thickness of the protective layer 40 has a predetermined desired value d2 ⁇ he has enough.
  • the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 Upon reaching the target value d2, the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will generate a control signal ST indicating the completion of the protective layer 40. In this case, the application of additional layer material is terminated.
  • a measuring device with a superconducting quantum interference unit can be used as the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100.
  • sensors can also be used for the eddy-current measurement which have a meander-shaped conductor structure for magnetic field generation and a meander-shaped conductor structure for magnetic field measurement complementary thereto (eg sold by JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453). USA) .
  • FIGS. 5-7 an exemplary embodiment for the operation of the turbine blade 10 according to FIG. 1 will be explained below.
  • FIG. 5 also shows a magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 which generates an alternating magnetic field 110 as part of a magnetic eddy current measuring method and couples it into the surface 60.
  • a coil 120 is provided for generating the alternating magnetic field 110.
  • the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will preferably be arranged at a location in a turbine housing, at which a measurement of the layer thickness d of the protective layer 40 in a particularly stressed area of the turbine blade 10 is possible.
  • the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 is arranged such that the field lines B of the magnetic field 110 magnetically couple into the front edge of the airfoil.
  • the turbine blade 10 is shown according to which the thickness d ⁇ has reached a predetermined minimum thickness due to wear dm.
  • the magnetic field supply and magnetic field measuring device 100 generate a maintenance signal W, which indicates that the turbine blade is worn and must be provided with a new protective layer 40.

Abstract

The invention relates to a method for measuring the thickness (d) of a layer (40) on a carrier (20). According to the invention, the layer contains particles (80) of a magnetizable material and the thickness is measured with the aid of a magnetic measuring method.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Messen der Dicke einer auf einem Träger befindlichen SchichtMethod for measuring the thickness of a layer on a support
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Dicke einer auf einem Träger befindlichen Schicht.The invention relates to a method for measuring the thickness of a layer on a support.
Bekanntermaßen werden Gegenstände, beispielsweise Turbinen- elemente oder dergleichen, mit Schutzschichten versehen, die die Lebensdauer der Gegenstände während ihres Betriebs ver¬ längern sollen.As is known, objects, elements, for example, turbine or the like, provided with protective layers which are the lifetime of the objects during their operation ver ¬ lengthen.
Auch ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 37 460 Al bekannt, Eingabe- und Anzeigevorrichtungen mit nanopartikelhaltigen Schutzschichten zu versehen.Also, for example, from the German patent application DE 101 37 460 Al known to provide input and display devices with nanoparticle-containing protective layers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich die Dicke einer auf einem Träger be- findlichen Schicht besonders einfach, aber dennoch sehr genau messen lässt.The object of the invention is to specify a method with which the thickness of a layer located on a support can be measured particularly simply but nevertheless very accurately.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features according to claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Messen der Dicke einer auf einem Träger befindlichen Schicht vorgesehen, bei dem die Schicht Teilchen aus einem magnetisierbaren Material enthält und die Dicke mit Hilfe eines magnetischen Messver¬ fahrens gemessen wird. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass dieses eine sehr genaue Schichtdickenmessung auch bei sehr dünnen Schichten ermöglicht, weil die die Dicke der zu messenden Schicht aufgrund des Vorhanden- seins der magnetisierbaren Teilchen sehr gut detektierbar ist .Thereafter, a method for measuring the thickness of a layer located on a carrier is provided according to the invention, wherein the layer contains particles of a magnetizable material and the thickness is measured by means of a magnetic measuring process ¬ driving. A significant advantage of the method according to the invention is the fact that this allows a very precise measurement of the layer thickness even with very thin layers, because the thickness of the layer to be measured is very easily detectable due to the presence of the magnetizable particles.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es aufgrund der Teilchen auch möglich ist, die Schichtdicke während des Aufbringens der Schicht insitu berührungslos zu messen.A further significant advantage of the method according to the invention is that due to the particles it is also possible to measure the layer thickness in situ during the application of the layer in a contactless manner.
Vorzugsweise wird ein Material für die Teilchen ausgewählt, das sich sehr einfach magnetisieren lässt und im Falle einer Magnetisierung ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt. Geeignete Materialien für die Teilchen sind beispielsweise Eisen, Kobalt und Nickel enthaltende Materialien sowie Materialien, die ein magnetisches Keramikmaterial, Fe8O2-haltiges Mate¬ rial, Material der 1, 4, 7-Triazacyclononane-Materialgruppe, Fe8O2 (OH) i2 (1, 4, 7-Triazacyclononane) 6Br8.9H2O und/oder Hexafer- ritmaterial zumindest auch enthalten. Je größer die Magneti¬ sierbarkeit der Teilchen im Vergleich zur Magnetisierbarkeit des Trägermaterials ist, desto genauer wird sich die Dicke der Schicht messen lassen.Preferably, a material is selected for the particles, which can be magnetized very easily and generates a very strong magnetic field in the case of magnetization. Suitable materials for the particles are, for example, iron, cobalt and nickel-containing materials and materials comprising a magnetic ceramic material, Fe 8 O 2 -containing Mate ¬ material, material of 1, 4, 7-Triazacyclononane material group, Fe 8 O 2 (OH ) i2 (1, 4, 7-triazacyclononanes) 6 Br 8 .9H 2 O and / or Hexafer- ritmaterial at least also included. The thickness of the layer is to be measured, the greater the Magneti ¬ sierbarkeit of the particles is compared with the magnetization of the carrier material, the more accurate.
Die Verteilung der Teilchen in der Schicht kann gleichmäßig sein oder einen Gradienten aufweisen, beispielsweise kann die Konzentration der Teilchen mit wachsender Schichtdicke abfallen oder ansteigen.The distribution of the particles in the layer may be uniform or have a gradient, for example the concentration of the particles may decrease or increase with increasing layer thickness.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Material der Teilchen um ein hartmagnetisches Material und bei dem Material des Trä¬ gers um ein weichmagnetisches Material. Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Dicke der Schicht bei- spielsweise bestimmt werden, indem mit einem Magnetisierungs¬ schritt die hartmagnetischen Teilchen magnetisiert werden. Die Dicke der Schicht kann dann beispielsweise dadurch be¬ stimmt werden, dass die Induktionswirkung der hartmagneti- sehen Teilchen auf eine elektrische Spule gemessen wird. Eine solche Messung wird fachsprachlich auch als „eddy-current"- Messverfahren bezeichnet, weil der Induktionsstrom in der Spule, der sogenannte „eddy-current", gemessen wird.Preferably, the material of the particles to a hard magnetic material and the material of the Trä ¬ gers to a soft magnetic material. In such an embodiment of the method, the thickness of the layer may be added. For example, be determined by using a magnetization ¬ step, the hard magnetic particles are magnetized. The thickness of the layer can then be characterized, for example, be ¬ true that the induction effect of the hartmagneti- see particles is measured in an electrical coil. Such a measurement is also referred to as "eddy-current" - measurement method, because the induction current in the coil, the so-called "eddy-current", is measured.
Besteht der Gegenstand aus einem Keramikmaterial oder einemIs the article made of a ceramic material or a
Oxyd, so lässt sich der Einbau der Nanopartikel in den Grund¬ werkstoff verbessern bzw. deren Einbaufähigkeit erhöhen, wenn Nanopartikel mit einer Kernhüllestruktur eingebracht oder eingebettet werden. Solche Nanopartikel weisen vorzugsweise einen Kern aus einem Metall oder einem Metallgemisch und eine Hülle aus einem Oxyd- oder Keramikmaterial auf, das mit dem Grundwerkstoff des zu charakterisierenden Gegenstandes soweit kompatibel ist, dass ein Einbau der Nanopartikel in dem Grundwerkstoff ermöglicht wird, zumindest besser als bei einer Nanopartikeloberflache aus Metall ist. Außerdem kann eine Hülle vermeiden, dass Metallmaterial der Teilchen in das Material der Schicht hineindiffundiert und deren Schichtei¬ genschaften verschlechtert.Oxyd, so can the incorporation of nanoparticles in the base ¬ material improve or increase their ability to build when nanoparticles are introduced or embedded with a core shell structure. Such nanoparticles preferably have a core of a metal or a metal mixture and a shell of an oxide or ceramic material that is compatible with the base material of the object to be characterized so far that incorporation of the nanoparticles in the base material is made possible, at least better than at a nanoparticle surface of metal. In addition, a sleeve may prevent the metal material of the particles diffuses into the material of the layer and its Schichtei ¬ properties deteriorated.
Als Oxyd für die Partikelhülle kann beispielsweise Aluminium¬ oxyd, Kupferoxyd oder Zirkoniumoxyd verwendet werden.As oxide for the particle shell, for example, aluminum ¬ oxide, copper oxide or zirconium oxide may be used.
Eine Kernhüllestruktur ist darüber hinaus empfehlenswert, wenn Nanopartikel aus Eisen eingesetzt werden sollen. Eisen kann nämlich mit Chloriden (Cl") Ferrichloride (FeCl3) bil¬ den, die sehr korrosiv sind und beispielsweise den Grundwerkstoff des Trägers chemisch angreifen können; durch eine entsprechende Einkapselung in einer Kernhüllestruktur bleiben die Eisenkerne zwar magnetisch aktiv und messbar, jedoch chemisch abgeschottet und chemisch inaktiv.A core-shell structure is also recommended if iron nanoparticles are to be used. Iron can namely with chlorides (Cl " ) Ferrichloride (FeCl 3 ) bil ¬ those, which are very corrosive and can chemically attack, for example, the base material of the carrier, remain through a corresponding encapsulation in a nuclear envelope structure Although the iron cores are magnetically active and measurable, they are chemically isolated and chemically inactive.
Bei dem Material der Schicht kann es sich um ein magnetisier- bares oder auch um ein nicht-magnetisierbares Material han¬ deln, entsprechendes gilt für den Grundwerkstoff des Trägers.The material of the layer may be a magnetizable or also a non-magnetizable material han ¬ spindles, the same applies to the base material of the support.
Vorzugsweise werden als Teilchen Nanopartikel verwendet. Bei Nanopartikeln handelt es sich um Partikel, die eine Partikel- große im Nanometerbereich (1 nm bis 1000 nm) aufweisen sowie meistens chemische und physikalische Eigenschaften zeigen, die sich von denen ihres Partikelmaterials als solchem unter¬ scheiden. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Nanopartikel beruhen auf der relativ großen äußeren Oberfläche relativ zu ihrem Volumen.Preferably, nanoparticles are used as particles. Nanoparticles are particles having a particle have large in the nanometer range (1 nm to 1000 nm), and usually show chemical and physical properties that differ from those of their particulate material as such under ¬. The different properties of the nanoparticles are based on the relatively large outer surface relative to their volume.
Im Hinblick auf die Durchführung des magnetischen Messverfahrens wird es im Übrigen als vorteilhaft angesehen, wenn ein Magnetfeld erzeugt und in die Schicht eingekoppelt wird, der magnetische Widerstand der Schicht und/oder eine mit diesem unmittelbar oder mittelbar zusammenhängende Messgröße, vorzugsweise ortsabhängig, gemessen wird und die Dicke der Schicht anhand des magnetische Widerstands und/oder der Mess¬ größe ermittelt wird. Als Messgröße kann beispielsweise die Induktivität der Schicht, der Wechselspannungswiderstand einer das Magnetfeld erzeugenden Spule oder Spulenanordnung, die Größe eines Wechselstroms in einer das Magnetfeld erzeu¬ genden Spule oder Spulenanordnung bei konstanter Wechselspannung und/oder die Größe einer Wechselspannung an einer das Magnetfeld erzeugenden Spule oder Spulenanordnung bei konstantem Wechselstrom durch die Spule oder Spulenanordnung gemessen und ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Induktion einer elektrischen Spannung in einer Spule oder Spulenanordnung aufgrund eines durch die Teilchen erzeugten Magnetfeldes gemessen und ausgewertet werden.With regard to the implementation of the magnetic measuring method, it is also considered advantageous if a magnetic field is generated and coupled into the layer, the magnetic resistance of the layer and / or a directly or indirectly related to this measure, preferably location-dependent, is measured and the thickness of the layer is determined on the basis of the magnetic resistance and / or the measured variable . As a measured variable, for example, the inductance of the layer, the AC resistance of a magnetic field generating coil or coil assembly, the size of an alternating current in a magnetic erzeu ¬ ing coil or coil assembly at a constant AC voltage and / or the size of an AC voltage to a magnetic field generating coil or Coil arrangement are measured and evaluated at constant alternating current through the coil or coil assembly. Alternatively or additionally, the induction of an electrical voltage in a coil or coil arrangement can be measured and evaluated due to a magnetic field generated by the particles.
Als magnetische Messverfahren besonders geeignet sind bei- spielsweise Wirbelstrommessverfahren, mit denen ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und in das Material der Schicht eingekoppelt wird.For example, eddy-current measuring methods with which a magnetic alternating field is generated and coupled into the material of the layer are particularly suitable as magnetic measuring methods.
Zur Wirbelstrommessung können beispielsweise Sensoren einge- setzt werden, die eine meanderförmige Leiterstruktur zur Magnetfelderzeugung und eine dazu komplementäre meanderförmige Leiterstruktur zur Magnetfeldmessung aufweisen. Geeignete Wirbelstrommesseinrichtungen dieser und anderer Art werden beispielsweise von der Firma JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453, USA, vertrieben.For eddy current measurement, it is possible, for example, to use sensors which have a meander-shaped conductor structure for magnetic field generation and a meander-shaped conductor structure complementary thereto for magnetic field measurement. Suitable eddy current measuring devices of this and other types are sold, for example, by JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453, USA.
Mit Magnetmessverfahren lässt sich derzeit eine Messauflösung von bis zu 3 mm Messtiefe erreichen, was für die hier be¬ schriebene Messanwendung, beispielsweise für die Dickenmes- sung von thermischen Schutzschichten von Maschinenelementen, im Allgemeinen völlig ausreichend ist, da dort Schichtdicken innerhalb des genannten Messbereichs liegen.Magnetic measurement methods currently a measurement resolution of up to 3 mm can be achieved measuring depth, for here be ¬ specified measuring application, such as for the thickness measurement of thermal protection layers of machine elements in general is quite enough, since there thicknesses are within the specified measuring range ,
Die Dicke der Schicht lässt sich beispielsweise ausmessen, indem bei der Durchführung des Magnetmessverfahrens die Mess¬ frequenz bzw. die Anregefrequenz des erzeugten Magnetfeldes geändert wird; denn bei niedrigen Frequenzen dringt ein Mag¬ netfeld tiefer in die Oberfläche ein als bei hohen Frequen¬ zen, bei denen Magnetfelder nur sehr oberflächennah erzeugt werden. Wird nun die Messfrequenz während der Messung variiert, so kann eine zu charakterisierende Schicht in der Tiefe - also vertikal zu Oberfläche gesehen - sehr genau abgetastet und damit deren Dicke sehr genau bestimmt werden. Auch kann das Magnetfeld mit einer supraleitenden Quanteninterferenzeinheit (SQUID: Superconducting QUantum Interference Device) erzeugt werden, wie sie beispielsweise von Raster- SQUID-Mikroskopen bekannt ist. Die Funktionsweise einer Quan- teninterferenzeinheit basiert im Allgemeinen auf dem Effekt der Flussquantisierung in supraleitenden Ringen und dem so genannten Josephson-Effekt .The thickness of the layer can for example be measure by the measuring ¬ frequency and the excitation frequency of the generated magnetic field is changed in the implementation of the magnetic measurement method; because at low frequencies Mag ¬ netfeld penetrates deeper into the surface than at high Frequen ¬ zen, where magnetic fields are generated very close to the surface. If the measuring frequency is varied during the measurement, a layer to be characterized in the depth-that is to say vertical to the surface-can be scanned very accurately and its thickness determined very precisely. Also, the magnetic field can be generated with a superconducting quantum interference unit (SQUID: Superconducting Quantum Interference Device), as known for example from raster SQUID microscopes. The operation of a quantum interference unit is generally based on the effect of flux quantization in superconducting rings and the so-called Josephson effect.
Die Dicke der Schicht kann beispielsweise sehr einfach und damit vorteilhaft gemessen werden, indem anhand zumindest einer Kalibrierungskurve, die vorab anhand bekannter Dicken des Schichtmaterials erzeugt und abgespeichert worden ist, die jeweilige Dicke der Schicht bestimmt wird.The thickness of the layer can for example be measured very simply and thus advantageously by determining the respective thickness of the layer on the basis of at least one calibration curve which has been generated and stored in advance on the basis of known thicknesses of the layer material.
Um die Dicke bereits beim Aufbringen auf dem Träger möglichst genau einstellen zu können, wird es als vorteilhaft angese¬ hen, wenn die Dicke der Schicht bereits während des Aufbrin- gens der Schicht auf dem Träger - also insitu - gemessen wird und das Aufbringen beendet wird, sobald anhand der gemessenen Dicke festgestellt wird, dass eine vorgegebene Solldicke er¬ reicht worden ist.The thickness already be able to adjust precisely as possible when applied to the carrier, it will be advantageous angese ¬ hen, if the thickness of the layer already during the Aufbrin- gene of the layer on the support - is measured, and the application is stopped - so situ when it is determined based on the measured thickness that a predetermined desired thickness it has been sufficient ¬.
Auch kann die Dicke der Schicht während des bestimmungsge¬ mäßen Gebrauchs des beschichteten Trägers gemessen werden und ein Wartungssignal erzeugt werden, wenn die Dicke der Schicht eine vorgegebene Mindestdicke unterschreitet.Also, the thickness of the layer during the bestimmungsge ¬ MAESSEN use of the coated substrate can be measured and a maintenance signal is generated when the thickness of the layer falls below a predetermined minimum thickness.
Vorzugsweise werden Schichtdicken von Schutzschichten bei Maschinenelementen gemessen. Beispielsweise kann das Verfahren zum Messen der Dicke einer thermischen Schutzschicht einesPreferably, layer thicknesses of protective layers in machine elements are measured. For example, the method for measuring the thickness of a thermal protective layer of a
Turbinenelements, insbesondere einer Turbinenschaufel, einge¬ setzt werden. Besonders bevorzugt werden Dicken von TBC (Thermal barrier coating) -Schichten, beispielsweise Zir- konoxid-Keramikschichten mit säulenförmiger Struktur, oder von Schichten aus MCrAlY-Material (Metallmatrixmaterial auf der Basis von Chrom, Aluminium und Yttrium) in der beschriebenen Weise gemessen.Turbine element, in particular a turbine blade, are ¬ sets. Particular preference is given to thicknesses of TBC (thermal barrier coating) layers, for example zirconium oxide ceramic layers with a columnar structure, or of layers of MCrAlY material (metal matrix material based on chromium, aluminum and yttrium) measured in the manner described.
Als Erfindung wird darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenelements, insbesondere einer Turbinenschau¬ fel, angesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Schutzschicht, insbesondere aus Zirkonoxid-Keramikmaterial mit säulenförmiger Struktur oder aus MCrAlY-Material, auf einem Grundwerkstoff des Turbinenelements aufgebracht wird, wobei Teilchen aus einem magnetisierbaren Material in der Schutzschicht eingebaut werden, während des Aufbringens der Schutzschicht deren Dicke kontinuierlich, regelmäßig oder un¬ regelmäßig nach einem Verfahren, wie es oben beschrieben wor- den ist, gemessen wird und das Aufbringen von weiteremAs the invention is further provided a method of manufacturing a turbine element, in particular a turbine acting ¬ fel considered. According to the invention, it is provided that a protective layer, in particular of zirconium oxide ceramic material with a columnar structure or of MCrAlY material, is applied to a base material of the turbine element, wherein particles of a magnetizable material are incorporated in the protective layer, during the application of the protective layer whose thickness is continuous , regular or un ¬ regularly according to a method as described above, the WOR is measured and the application of further
Schichtmaterial beendet wird, sobald anhand der gemessenen Dicke der Schutzschicht festgestellt wird, dass eine vorgege¬ bene Solldicke erreicht worden ist.When it is determined based on the measured thickness of the protective layer, that a specified differently bene target thickness has been reached is ended layer material.
Als Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Messen des Verschleißes eines Turbinenelements, insbesondere einer Turbi¬ nenschaufel, angesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Turbinenelement einen Grundwerkstoff aufweist, der mit einer Schutzschicht, insbesondere aus einer Zirkonoxid-Kera- mik mit säulenförmiger Struktur und/oder aus MCrAlY-Material, beschichtet worden ist, wobei in der Schutzschicht Teilchen aus einem magnetisierbaren Material enthalten sind, die Dicke dieser Schutzschicht während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Turbinenelements nach einem Verfahren - wie oben be- schreiben - gemessen wird und ein Wartungssignal erzeugt wird, wenn die Dicke der Schutzschicht eine vorgegebene Min¬ destdicke unterschreitet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaftIn addition, a method for measuring the wear of a turbine element, in particular a turbine blade as the invention, is viewed. According to the invention, it is provided that the turbine element has a base material which has been coated with a protective layer, in particular of a zirconium oxide ceramic having a columnar structure and / or of MCrAlY material, wherein particles of a magnetizable material are contained in the protective layer , the thickness of the protective layer during the intended use of the turbine member according to a process - is measured and a maintenance signal is generated when the thickness of the protective layer falls below a predetermined min ¬ least thick - de- scribe above. The invention will be explained in more detail with reference to Ausführungsbeispie ¬ len; thereby show by way of example
Figur 1 eine Turbinenschaufel mit einer Schutzschicht,1 shows a turbine blade with a protective layer,
Figuren 2-4 ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung der Turbinenschaufel gemäß der Figur 1, anhand dessen auch ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Dickenmessverfahren erläutert wird, undFIGS. 2-4 show an exemplary embodiment of the production of the turbine blade according to FIG. 1, by means of which an exemplary embodiment of the thickness measuring method according to the invention is also explained, and
Figuren 5-7 die Turbinenschaufel gemäß der Figur 1 während des Turbinenbetriebs, wobei während des Turbi¬ nenbetriebs ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Dickenmessverfahren durchgeführt wird.Figures 5-7, the turbine blade according to Figure 1 during turbine operation, with a further embodiment of the inventive thickness measurement method is carried out during the Turbi ¬ nenbetriebs.
In den Figuren werden aus Gründen der Übersicht für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugs- zeichen verwendet.For reasons of clarity, the same reference numbers are always used in the figures for identical or comparable components.
In der Figur 1 erkennt man eine Turbinenschaufel 10 mit einem Schaufelblatt 20 sowie einem Fuß 30 in einer dreidimensiona¬ len Darstellung. Das Schaufelblatt 20 der Turbinenschaufel 10 besteht aus einem Grundwerkstoff 35 und ist mit einer Schutz¬ schicht 40 versehen.In the figure 1 can be seen a turbine blade 10 having an airfoil 20 and a foot 30 in a dreidimensiona ¬ len representation. The airfoil 20 of the turbine blade 10 consists of a base material 35 and is provided with a protective ¬ layer 40.
Bei dem Grundwerkstoff 35 des Schaufelblatts 20 kann es sich beispielsweise um Inconel (Ni-Cr-Legierungen, wie sie zum Beispiel in der Druckschrift „Corrosion-resistant Nickel alloys" (Advanced Materials & Processes, Juni 2007, Seiten 37 bis 39) im Detail beschrieben sind) oder um Co-basierte Ein¬ kristalle handeln oder auch um ein Material, das Inconel oder Co-basierte Einkristalle zumindest auch enthält. Die Schutzschicht 40 kann beispielsweise aus Keramik oder aus TBC (Thermal Barrier Coating) -Material auf der Basis einer säulenförmigen Zirkonoxid-Keramikschicht oder aus MCrAlY-Ma- terial (Metallmatrixmaterial auf der Basis von Chrom, Alumi¬ nium und Yttrium) bestehen. Der Fuß 30 der Turbinenschaufel 10 ist vorzugsweise unbeschichtet.The base material 35 of the airfoil 20 may be, for example, Inconel (Ni-Cr alloys, as described, for example, in the publication "Corrosion-resistant Nickel Alloys" (Advanced Materials & Processes, June 2007, pages 37 to 39) in detail described) or co-based crystals A ¬ or even a material containing Inconel or Co-based single crystals at least. The protective layer 40 may, for example, of ceramic or of TBC (Thermal Barrier Coating) material based on a pillar-shaped zirconia ceramic layer or MCrAlY mA TERIAL (metal matrix material based on chromium, Alumi ¬ nium and yttrium) exist. The foot 30 of the turbine blade 10 is preferably uncoated.
Im Zusammenhang mit den Figuren 2 - 4 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung der Turbinenschaufel 10 erläutert .In connection with FIGS. 2 to 4, an embodiment for producing the turbine blade 10 will be explained below.
In der Figur 2 ist der Grundwerkstoff 35 im Querschnitt ge¬ zeigt. Man erkennt die Oberfläche 60, bevor diese mit der Schutzschicht 40 versehen worden ist.In the figure 2, the base material 35 in cross section ge ¬ shows. One recognizes the surface 60 before it has been provided with the protective layer 40.
In der Figur 2 ist außerdem eine Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 gezeigt, die im Rahmen eines magnetischen Wirbelstrommessverfahrens ein Wechselmagnetfeld 110 erzeugt und dieses in die Oberfläche 60 einkoppelt. Zum Erzeugen des Wechselmagnetfelds 110 ist beispielsweise eine Spule 120 vorhanden. Die Feldlinien B des Magnetfeldes 110 dringen durch die Oberfläche 60 hindurch und durchsetzen auch den Grundwerkstoff 35, so dass es zu einem magnetischen Fluss B im Grundwerkstoff 35 kommt.FIG. 2 also shows a magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 which generates an alternating magnetic field 110 as part of a magnetic eddy current measuring method and couples this into the surface 60. For example, a coil 120 is provided for generating the alternating magnetic field 110. The field lines B of the magnetic field 110 penetrate through the surface 60 and also penetrate the base material 35, so that a magnetic flux B occurs in the base material 35.
Die Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 wird das resultierende Magnetfeld 110 messen und beispiels¬ weise den magnetischen Widerstand bestimmen und anhand dessen erkennen, ob bereits eine Schutzschicht 40 vorhanden ist und wie dick diese gegebenenfalls ist. Durch eine Relativbewegung in x-Richtung zwischen Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeld¬ messeinrichtung 100 und der Turbinenschaufel 10 lässt sich anhand des Auftretens und Verschwindens einer Magnetfeldver- Stärkung die Dicke d einer vorhandenen Schutzschicht 40 auch ortsabhängig, vorzugsweise zweidimensional, messen.The magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will measure the resulting magnetic field 110 and, for example, determine the magnetic resistance and, based on this, determine whether a protective layer 40 is already present and how thick it may be. By a relative movement in the x direction between Magnetfelderzeugungs- and magnetic ¬ measuring device 100 and the turbine blade 10 can be on the basis of appearance and disappearance of a Magnetfeldver- Strengthen the thickness d of an existing protective layer 40 also location-dependent, preferably two-dimensional measure.
In der Figur 3 ist die Turbinenschaufel 10 dargestellt, nach- dem eine Schutzschicht mit der Dicke dl sowie mit Nanoparti- kel 80 aus einem magnetisierbaren Material auf der Oberfläche 60 abgeschieden worden ist. Für die Nanopartikel 80 verwendet wird vorzugsweise eines der folgenden Materialien: magneti¬ sches Keramikmaterial, Fe8O2-haltiges Material, Material der 1, 4, 7-Triazacyclononane-Materialgruppe, Fe8O2 (OH) 12 (1, 4, 7- Triazacyclononane) 6Br8.9H2O und/oder Hexaferritmaterial .FIG. 3 shows the turbine blade 10, after which a protective layer with the thickness d 1 and with a nanoparticle 80 made of a magnetizable material has been deposited on the surface 60. Is used for the nanoparticles 80 is preferably one of the following materials: magneti ¬ ULTRASONIC ceramic material, Fe 8 O 2 -containing material, the material of the 1, 4, 7-triazacyclononanes material group, Fe 8 O 2 (OH) 12 (1, 4, 7-triazacyclononanes) 6 Br 8 .9H 2 O and / or hexaferrite material.
Es lässt sich erkennen, dass sich die Nanopartikel 80 auf¬ grund ihrer kleinen Größe, aber auch aufgrund ihrer besonde- ren Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere aufgrund ihres großen Verhältnisses zwischen Oberfläche und Volumen, sehr gleichmäßig in dem Grundwerkstoff 35 verteilen und darin sehr gleichmäßig die Magnetisierbarkeit erhöhen.It can be seen that the nanoparticles 80 ¬ because of their small size, but also because of their particular ren surface finish, especially because of its large ratio between surface area and volume, very evenly distributed in the base material 35 and is very even increase the magnetization ,
Unter Verwendung von Kalibrierungskurven, die vorab anhand bekannter Schichtdicken der Schutzschicht 40 aufgenommen worden sind, lässt sich nun die jeweilige Dicke d der Schutz¬ schicht 40 bestimmen, da die absolute Größe des Magnetfelds im Vergleich zu einem unbeschichteten Grundwerkstoff 35 durch die Nanopartikel 80 verändert wird.Using calibration curves which have been taken in advance by known film thicknesses of the protective layer 40, can now be the respective thickness d of the protective ¬ layer determine 40 since the absolute magnitude of the magnetic field compared to an uncoated base material 35 is changed by the nanoparticles 80 ,
Die Dicke der Schutzschicht 40 kann darüber hinaus auch da¬ durch bestimmt werden, dass die Einkopplung des Magnetfelds 110 mit der Spule 120 beeinflusst wird; in diesem Falle wird bereits durch die äußere Erregung mitbestimmt, welche Tiefen¬ bereiche der Schutzschicht 40 bzw. des Grundwerkstoffs 35 durch die Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 abgetastet werden sollen. In dieser Weise lassen sich Tiefenbereiche bis in den Millimeterbereich selektiv auf das Vorhandensein von Nanopartikeln 80 untersuchen und ausmessen.The thickness of the protective layer 40 may be in addition also because ¬ determined by, that the coupling of the magnetic field 110 is influenced with the coil 120; In this case, the external excitation also determines which depth ranges of the protective layer 40 or the base material 35 are to be scanned by the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100. In this way can be Depth areas down to the millimeter range selectively for the presence of nanoparticles 80 examine and measure.
Beispielsweise wird bei der Durchführung des Magnetmessver- fahrens die Messfrequenz bzw. die Anregefrequenz des erzeugten Magnetfeldes geändert; denn bei niedrigen Frequenzen dringt ein Magnetfeld tiefer in die Oberfläche ein als bei hohen Frequenzen, bei denen Magnetfelder nur sehr oberflächennah erzeugt werden. Wird nun die Messfrequenz während der Messung variiert, so kann die zu charakterisierende Schicht in der Tiefe - also vertikal zu Oberfläche gesehen - sehr ge¬ nau abgetastet werden.For example, in the implementation of the magnetic measuring method, the measuring frequency or the exciting frequency of the generated magnetic field is changed; because at low frequencies, a magnetic field penetrates deeper into the surface than at high frequencies, where magnetic fields are generated only very close to the surface. Now, the measurement frequency varies during the measurement, the layer may be characterized in the depth - in other words viewed vertical to the surface - are sampled very ge ¬ precisely.
In der Figur 4 ist die Turbinenschaufel 10 dargestellt, nach- dem weiteres Schichtmaterial aufgetragen worden ist und dieIn FIG. 4, the turbine blade 10 is shown, after which further layer material has been applied and the
Dicke der Schutzschicht 40 einen vorgegebenen Sollwert d2 er¬ reicht hat. Bei Erreichen des Sollwerts d2 wird die Magnet- felderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 ein Steuersignal ST erzeugen, das die Fertigstellung der Schutzschicht 40 anzeigt. In diesem Falle wird das Auftragen weiteren Schichtmaterials beendet.Thickness of the protective layer 40 has a predetermined desired value d2 ¬ he has enough. Upon reaching the target value d2, the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will generate a control signal ST indicating the completion of the protective layer 40. In this case, the application of additional layer material is terminated.
Als Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 kann beispielsweise eine Messeinrichtung mit einer supralei- tenden Quanteninterferenzeinheit (Superconducting QUantum In- terference Device) verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können zur Wirbelstrommessung auch Sensoren eingesetzt werden, die eine meanderförmige Leiterstruktur zur Magnetfelderzeugung und eine dazu komplementäre meanderförmige Lei- terstruktur zur Magnetfeldmessung aufweisen (z. B. vertrieben durch Firma JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453, USA) . Im Zusammenhang mit den Figuren 5 - 7 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel für den Betrieb der Turbinenschaufel 10 gemäß der Figur 1 erläutert.For example, a measuring device with a superconducting quantum interference unit (Superconducting Quantum Interference Device) can be used as the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100. Alternatively or additionally, sensors can also be used for the eddy-current measurement which have a meander-shaped conductor structure for magnetic field generation and a meander-shaped conductor structure for magnetic field measurement complementary thereto (eg sold by JENTEC Sensors, 110-1 Clematis Avenue, Waltham, MA 02453). USA) . In connection with FIGS. 5-7, an exemplary embodiment for the operation of the turbine blade 10 according to FIG. 1 will be explained below.
In der Figur 5 erkennt man den Grundwerkstoff 35 im Quer¬ schnitt, nachdem die Schutzschicht 40, beispielsweise wie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 beschrieben, aufgebracht worden ist.In Figure 5 one can see the base material 35 in cross-section ¬ after the protective layer 40, for example as described in connection with Figures 2 through 4, has been applied.
In der Figur 5 ist außerdem eine Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 gezeigt, die im Rahmen eines magnetischen Wirbelstrommessverfahrens ein Wechselmagnetfeld 110 erzeugt und in die Oberfläche 60 einkoppelt. Zum Erzeugen des Wechselmagnetfelds 110 ist beispielsweise eine Spule 120 vorhanden.FIG. 5 also shows a magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 which generates an alternating magnetic field 110 as part of a magnetic eddy current measuring method and couples it into the surface 60. For example, a coil 120 is provided for generating the alternating magnetic field 110.
Die Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 wird vorzugsweise an einer Stelle in einem Turbinengehäuse angeordnet sein, an der eine Messung der Schichtdicke d der Schutzschicht 40 in einem besonders beanspruchten Bereich der Turbinenschaufel 10 möglich ist. Beispielsweise ist die Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 derart angeordnet, dass die Feldlinien B des Magnetfeldes 110 in die vordere Kante des Schaufelblatts magnetisch einkoppeln.The magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 will preferably be arranged at a location in a turbine housing, at which a measurement of the layer thickness d of the protective layer 40 in a particularly stressed area of the turbine blade 10 is possible. For example, the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100 is arranged such that the field lines B of the magnetic field 110 magnetically couple into the front edge of the airfoil.
In der Figur 6 ist die Turbinenschaufel gezeigt, nachdem die die Dicke d der Schutzschicht aufgrund von Abnutzung geringer geworden ist. Die entsprechende Restdicke dl wird durch die Magnetfelderzeugungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 ge- messen.In Figure 6, the turbine blade is shown after the thickness d of the protective layer due to wear has become smaller. The corresponding residual thickness d1 is measured by the magnetic field generating and magnetic field measuring device 100.
In der Figur 7 ist die Turbinenschaufel 10 dargestellt, nach¬ dem die Dicke d durch Abnutzung eine vorgegebene Mindestdicke dm erreicht hat. In diesem Falle wird die Magnetfelderzeu- gungs- und Magnetfeldmesseinrichtung 100 ein Wartungssignal W erzeugen, das anzeigt, dass die Turbinenschaufel abgenutzt ist und mit einer neuen Schutzschicht 40 versehen werden muss . In Figure 7, the turbine blade 10 is shown according to which the thickness d ¬ has reached a predetermined minimum thickness due to wear dm. In this case, the magnetic field supply and magnetic field measuring device 100 generate a maintenance signal W, which indicates that the turbine blade is worn and must be provided with a new protective layer 40.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Messen der Dicke (d) einer auf einem Träger (20) befindlichen Schicht (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Teilchen (80) aus einem magnetisierbaren Material enthält und die Dicke mit Hilfe eines magnetischen Messver¬ fahrens gemessen wird.1. A method for measuring the thickness (d) on a support (20) located layer (40), characterized in that the layer comprises particles (80) of a magnetizable material and the thickness is measured by means of a magnetic measuring process ¬ proceedings ,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen durch Nanopartikel (80) gebildet sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the particles are formed by nanoparticles (80).
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetisches Messverfahren ein Wirbelstrommessverfahren eingesetzt wird, mit dem ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und in die Schicht (40) eingekoppelt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that is used as a magnetic measuring method, an eddy current measuring method, with which generates a magnetic alternating field and is coupled into the layer (40).
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
—ein Magnetfeld (110) erzeugt und in die Schicht (40) einge¬ koppelt wird,-A magnetic field generated (110) and into the layer (40) is inserted ¬ coupled,
—der magnetische Widerstand der Schicht (40) und/oder eine mit diesem unmittelbar oder mittelbar zusammenhängendeThe magnetic resistance of the layer (40) and / or a directly or indirectly related thereto
Messgröße, insbesondere ortsabhängig, gemessen wird und — die Dicke (d) der Schicht anhand des magnetische Wider¬ stands und/oder der Messgröße ermittelt wird.Measured variable, in particular location-dependent, is measured and - the thickness (d) of the layer is determined based on the magnetic resistance ¬ and / or the measured variable.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand zumindest einer Kalibrierungskurve, die vorab anhand von Schichten mit bekannter Dicke erzeugt und abgespeichert worden ist, die jeweilige Dicke der Schicht (40) bestimmt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the basis of at least one calibration curve, which in advance generated by means of layers of known thickness and stored has been determined, the respective thickness of the layer (40) is determined.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer Schicht gemessen wird, die Teilchen (80) aus einem magnetischen Keramikmaterial, Fe8O2-haltigem Material, Material der 1, 4, 7-Triazacyclononane-Materialgruppe, Fe8O2 (OH) i2 (1, 4, 7-Triazacyclononane) 6Br8.9H2O und/oder Hexafer- ritmaterial enthält.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of a layer is measured comprising particles (80) of a magnetic ceramic material, Fe 8 O 2 -containing material, material of the 1, 4, 7-triazacyclononane material group, Fe 8 O 2 (OH) i 2 (1, 4, 7-triazacyclononanes) contains 6 Br 8 .9H 2 O and / or hexaferrite material.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
Nanopartikel mit einer Kern-Hülle-Struktur in der Schicht (40) eingebracht oder eingebettet sind.Nanoparticles are incorporated or embedded with a core-shell structure in the layer (40).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hüllenmaterial der Nanopartikel aus einem Oxid oder einer Keramik besteht oder ein Oxid oder eine Keramik zumindest auch enthält.8. The method according to claim 7, characterized in that at least one shell material of the nanoparticles consists of an oxide or a ceramic or at least also contains an oxide or a ceramic.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllenmaterial aus einem der folgenden Oxide besteht oder ein solches Oxid zumindest auch aufweist: Aluminiumoxid, Kup¬ feroxid, Zirkoniumoxid.9. The method according to claim 8, characterized in that the shell material consists of one of the following oxides or at least also comprises such an oxide: alumina, Kup ¬ feroxid, zirconium oxide.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Schicht (40) während des Aufbringens der Schicht (40) auf dem Träger (20) gemessen wird und das Auf¬ bringen beendet wird, sobald anhand der gemessenen Dicke festgestellt wird, dass eine vorgegebene Solldicke (d2) er¬ reicht worden ist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness (d) of the layer (40) during the application of the layer (40) on the carrier (20) is measured and the on ¬ bring is terminated as soon as based measured thickness it is determined that a predetermined target thickness (d2), it is sufficient ¬.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des beschichteten Trägers gemessen wird und ein Wartungssignal (W) erzeugt wird, wenn die Dicke der Schicht eine vorgegebene Mindestdicke (dm) unterschreitet.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the layer is measured during the intended use of the coated carrier and a maintenance signal (W) is generated when the thickness of the layer falls below a predetermined minimum thickness (dm).
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer Schutzschicht (40) auf einem Turbinenelement (10), insbesondere einer Turbinenschaufel (20), gemessen wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of a protective layer (40) on a turbine element (10), in particular a turbine blade (20), is measured.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer Zirkonoxid-Keramikschicht mit säulenförmiger Struktur oder die Dicke einer Schicht aus MCrAlY-Material ge¬ messen wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of a zirconia ceramic layer with a columnar structure or the thickness of a layer of MCrAlY material ge ¬ measured.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld mit einer supraleitenden Quanteninterferenzeinheit (Superconducting QUantum Interference Device) erzeugt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field with a superconducting quantum interference unit (Superconducting Quantum Interference Device) is generated.
15. Verfahren zum Herstellen eines Turbinenelements (10), insbesondere einer Turbinenschaufel, wobei15. A method for producing a turbine element (10), in particular a turbine blade, wherein
—eine Schutzschicht (40), insbesondere aus Zirkonoxid- Keramikmaterial mit säulenförmiger Struktur oder aus MCrAlY-Material, auf einem Grundwerkstoff (35) des Turbi¬ nenelements (20) aufgebracht wird, wobei Teilchen (80) aus einem magnetisierbaren Material in der Schutzschicht einge¬ bettet werden,-A protective layer (40), in particular of zirconium oxide ceramic material having columnar structure or MCrAlY material on a base material (35) of Turbi ¬ nenelements (20) is applied, in which particles (80) a magnetizable material in the protective layer is to be ¬ embeds
- während des Aufbringens der Schutzschicht deren Dicke (d) kontinuierlich, regelmäßig oder unregelmäßig nach einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1-9 gemessen wird und- During the application of the protective layer whose thickness (d) continuously, regularly or irregularly measured by a method according to one of the preceding claims 1-9, and
— das Aufbringen von weiterem Schichtmaterial beendet wird, sobald anhand der gemessenen Dicke der Schutzschicht fest¬ gestellt wird, dass eine vorgegebene Solldicke (d2) er- reicht worden ist.- The application of further layer material is terminated as soon as it is determined ¬ based on the measured thickness of the protective layer, that a predetermined desired thickness (d2) has been reached.
16. Verfahren zum Messen des Verschleißes eines Turbinenele¬ ments, insbesondere einer Turbinenschaufel (10), wobei16. A method for measuring the wear of a Turbinenele ¬ ment, in particular a turbine blade (10), wherein
- das Turbinenelement einen Grundwerkstoff (35) aufweist, der mit einer Schutzschicht (40), insbesondere aus einer Zir- konoxid-Keramik mit säulenförmiger Struktur und/oder aus MCrAlY-Material, beschichtet worden ist, wobei in der Schutzschicht Teilchen (80) aus einem magnetisierbaren Material enthalten sind, — die Dicke (d) dieser Schutzschicht während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Turbinenelements nach einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1-9 gemessen wird- The turbine element has a base material (35) which has been coated with a protective layer (40), in particular of zirconia ceramic with columnar structure and / or MCrAlY material, wherein in the protective layer particles (80) a magnetizable material is contained, - the thickness (d) of this protective layer is measured during the intended use of the turbine element according to a method according to one of the preceding claims 1-9
— und ein Wartungssignal (W) erzeugt wird, wenn die Dicke der Schutzschicht eine vorgegebene Mindestdicke (dm) unter¬ schreitet . - And a maintenance signal (W) is generated when the thickness of the protective layer a predetermined minimum thickness (dm) under ¬ stride.
PCT/EP2008/061289 2007-08-29 2008-08-28 Method for measuring the thickness of a layer on a carrier WO2009027457A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007041433A DE102007041433A1 (en) 2007-08-29 2007-08-29 Method for measuring the thickness of a layer on a support
DE102007041433.3 2007-08-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009027457A2 true WO2009027457A2 (en) 2009-03-05
WO2009027457A3 WO2009027457A3 (en) 2009-04-30

Family

ID=39971100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/061289 WO2009027457A2 (en) 2007-08-29 2008-08-28 Method for measuring the thickness of a layer on a carrier

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007041433A1 (en)
WO (1) WO2009027457A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011038705A1 (en) * 2009-09-29 2011-04-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Component having a protective layer that can be monitored magnetically and method for operating a component

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947573C (en) * 1953-08-29 1956-08-16 Sarl Pyral Device for checking the thickness of a magnetic coating on a non-magnetic carrier tape
EP0392598A1 (en) * 1989-04-14 1990-10-17 SKF Industrial Trading & Development Co, B.V. Method and device for measuring the thickness of a lubricant film
US20040105980A1 (en) * 2002-11-25 2004-06-03 Sudarshan Tirumalai S. Multifunctional particulate material, fluid, and composition

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10137460A1 (en) 2001-08-02 2003-02-13 Woehr Richard Gmbh Input and/or display device, e.g. for electrical and electronic equipment, mobile telephones, has nano-coating with nano-scale particles or nano-structuring on exposed surface part(s)
DE102004058305B3 (en) * 2004-12-02 2006-05-18 Infineon Technologies Ag Semiconductor component with polymer cover layer over electrical linkages leaving contacts exposed
DE102005040857B3 (en) * 2005-08-29 2007-02-01 Siemens Ag To establish the characteristics of substrate coating, e.g. anti-corrosion layers on turbine vane wheels, reference coated substrates are subjected to alter magnetic field to give frequency spectrums for comparison with the test substrate
CA2573585A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-16 Sulzer Metco Coatings B.V. A component, an apparatus and a method for the manufacture of a layer system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947573C (en) * 1953-08-29 1956-08-16 Sarl Pyral Device for checking the thickness of a magnetic coating on a non-magnetic carrier tape
EP0392598A1 (en) * 1989-04-14 1990-10-17 SKF Industrial Trading & Development Co, B.V. Method and device for measuring the thickness of a lubricant film
US20040105980A1 (en) * 2002-11-25 2004-06-03 Sudarshan Tirumalai S. Multifunctional particulate material, fluid, and composition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011038705A1 (en) * 2009-09-29 2011-04-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Component having a protective layer that can be monitored magnetically and method for operating a component

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007041433A1 (en) 2009-03-05
WO2009027457A3 (en) 2009-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009007479B4 (en) Thin-film magnetic sensor
DE19620926C2 (en) Magnet arrangement for an NMR tomography system, in particular for skin and surface examinations, method for producing the magnet arrangement and gradient coil system
DE112010002899T5 (en) A method of manufacturing a magnetoresistance effect element, a magnetic sensor, a rotation angle detection device
EP0674769A1 (en) Magneto-resistive sensor with a synthetic anti-ferromagnet, and a method of producing the sensor.
DE102014116953A1 (en) Method and apparatus for producing a magnetic field sensor device and related magnetic field sensor device
DE102016112008A1 (en) MAGNETIC SENSOR ELEMENT AND MAGNETIC DETECTION METHOD
Shishkovsky et al. Peculiarities of selective laser melting process for permalloy powder
WO2006100223A1 (en) Magnetoresistive multi-layer system of the spin-valve type comprising a magnetically softer electrode composed of several layers
EP1394360A1 (en) Nondestructive method for testing a component as well as method to produce a gas turbine blade
WO2009019246A1 (en) Method for the detection of cracks on a surface
WO2009027457A2 (en) Method for measuring the thickness of a layer on a carrier
DE4238861C2 (en) Device for determining the position of an axially movable body
DE69727574T2 (en) MAGNETIC SENSOR AND METHOD FOR PRODUCING A MAGNETIC SENSOR
DE102011008704A1 (en) Thin-film magnetic sensor and method for its production
DE4238862A1 (en) Magnetic temperature sensor - contains film of specified composition on expanding body varying in permeability and influencing flux in coil
DE10004383A1 (en) Magnetic spin resistance sensor for the magnetic read head of a computer hard drive has ferromagnetic deposited layers separated by an intermediate layer
EP0572465B1 (en) Multi-layer system for use in magneto-resistive sensors, and a process for manufacturing it
DE102012204083A1 (en) Nanoparticles, permanent magnet, motor and generator
EP1527351A1 (en) Magnetoresistive layer system and sensor element comprising said layer system
DE102019113639A1 (en) MAGNETIC RECORDING DEVICE
DE102006021260A1 (en) Component of e.g. gas turbine, includes hard- and soft-magnetic nanoparticles used to determine local temperature through Curie effect
DE102017130033A1 (en) Detection device and method for the detection of magnetic particles in lubricants
DE4238863A1 (en) Arrangement for measuring mechanical stress states in components - has part of defined composition formed by atomic growth on measurement component causing change in magnetic flux of coil related to stress state
EP3948319A1 (en) Method for detecting and/or identifying magnetic supraparticles using magnet particle spectroscopy or magnet particle imaging
DE102020130672A1 (en) COMPOSITE MAGNETS AND METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE MAGNETS

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08803315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08803315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2