WO2011000348A1 - Coating and method for coating a component - Google Patents

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WO2011000348A1
WO2011000348A1 PCT/DE2010/000708 DE2010000708W WO2011000348A1 WO 2011000348 A1 WO2011000348 A1 WO 2011000348A1 DE 2010000708 W DE2010000708 W DE 2010000708W WO 2011000348 A1 WO2011000348 A1 WO 2011000348A1
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coating
layer
solder
matrix material
particles
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PCT/DE2010/000708
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Inventor
Maik Zeugner
Jürgen RÖSING
Frank Seidel
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288Protective coatings for blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804Non-oxide ceramics
    • F05C2203/083Nitrides
    • F05C2203/0839Nitrides of boron
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
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    • F05D2300/22Non-oxide ceramics
    • F05D2300/228Nitrides
    • F05D2300/2283Nitrides of silicon

Definitions

  • the present invention relates to a coating for or on a component, in particular for or on a blade for a turbomachine, and to a method for coating a component.
  • Axial compressors and gas turbines such as used in gas turbine engines for aircraft or other mobile or stationary applications, typically include multiple stages with rotating blades and fixed vanes or stator vanes.
  • the rotor blades are rigidly connected to a rotor and rotate with it at high speed about an axis.
  • An essential feature of axial compressors and gas turbines are the pressure differences existing between the upstream side and the downstream side of each blade ring. Any pressure loss at the outer edge of a rotor blade ring or at the inner edge of a stator blade ring reduces the efficiency.
  • a sealing fin on the rotating component engages in a groove on the stationary component or vice versa.
  • EP 0 270 785 A2 discloses a coating of a blade tip with a mixture of powders of two MCrAlY alloys with different melting points. The coating is heated to a temperature above the melting temperature of one and below the melting temperature of the other MCrAlY alloy.
  • a blade tip armor with a metallic adhesive layer and a metallic cover layer is known.
  • the metallic cover layer has abrasive particles embedded in a metallic matrix material.
  • the metallic adhesive layer and the metallic matrix material are each formed from an MCrA-IY material.
  • a method for connecting an abrasive layer with a blade tip of a gas turbine is known.
  • the abrasive layer contains alumina particles coated with a thin layer of reactive material.
  • WO 2008/135803 A1 discloses a method for coating a rotor blade tip of a gas turbine, in which first a layer of a powder of an alloy having a high melting point and abrasive particles and then a layer of a powder of an alloy having a low melting point are applied , Both are then heated to a temperature above the low and below the high melting temperature.
  • US Pat. No. 7,063,250 B2 discloses a solder coating and a method for producing a blade tip armor.
  • the solder coating comprises a metallic solder layer, which has been added with boron, and a layer of material applied thereto, which contains CBN abrasive particles embedded in a binder and MCrAlY particles.
  • This layer formation is applied in the form of an adhesive tape to the blade tip and heated together with the rotor blade in a vacuum oven to about 600 ° C until the binder of the material layer has volatilized. Subsequently, the furnace is heated above the melting temperature of the solder (about 1000 ° C), and the liquefied solder penetrates into the material layer.
  • the boron of the solder layer diffuses into the MCrAlY particles and lowers their melting temperature.
  • the MCrAlY particles are thereby melted into a Condition convoluted, allowing a mixture of MCrAlY alloy with the already liquid solder.
  • a solid layer of CBN abrasive particles embedded in an MCrAlY matrix is formed. With the heating of the blade tip, however, there is still the risk of melting or crystallizing of the blade tip material.
  • the matrix material is a material suitable for embedding the coated hard material particles, in particular a material which also has a corrosion protection at high temperatures, for example an MCrAlY alloy.
  • the coated hard material particles can be embedded in the pure matrix material, or else in a mixture of the matrix material and another material, for example a solder. In the case of embedding the coated hard material particles in a mixture of the matrix material and the solder, this mixture may be a homogeneous or single-phase mixture or a heterogeneous or multiphase mixture.
  • the matrix material is in the form of particles or of a powder which is embedded in the solder, with essential properties, such as the corrosion protection, being determined by the matrix material. In this case, components of the mat Rixmaterials be diffused into the solder and / or components of the solder in the matrix material.
  • the coating of the individual hard material particles is in particular selected and designed to facilitate a cohesive connection of the hard material particles with the matrix material.
  • the hard-material particles are coated, for example, with a material which reacts chemically with the matrix material and / or, if appropriate, with a solder used for the coating, which is chemically similar to the matrix material or, if appropriate, to the solder or which, although not provided with the matrix material or If necessary, it reacts chemically with the solder, but due to its chemical and physical properties it is wetted by the matrix material or, if appropriate, by the solder.
  • the coating of the hard material particles has, for example, at least one of Ti, Cr, Hf, another reactive element, Ni, Co, Al or Fe.
  • the coating may comprise exclusively or almost exclusively one or more of the named elements, the sum of the mass fractions of further elements being less than 10% or less than 5% or less than 1%.
  • the coating comprises an alloy with one or more of said elements as main alloy components, wherein in particular the mass fractions of all further elements or even the sum of the mass fractions of all further elements are smaller than the mass fractions of the main alloy components.
  • the coating has, for example, a thickness of at most 50 ⁇ m or at most 20 ⁇ m or at most 10 ⁇ m.
  • a coating is advantageous whose mass is not greater than that of the uncoated hard material particle.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • galvanically on the hard material particles galvanically on the hard material particles.
  • One advantage of this coating is that the excellent properties of cubic boron nitride, silicon nitride, and silicon aluminum oxynitride, which have been proven by the Applicant to be used on blades of turbomachinery in particular as hard material particles can now be combined with a fixed integration into the matrix material.
  • the coating of the hard material particles improves their incorporation into the material structure of the coating, in particular into the matrix material and / or the solder.
  • the coated hard material particles of cubic boron nitride, silicon nitride or silicium aluminum oxynitride can be embedded or embedded in a layer which, apart from the coated hard material particles, essentially consists only of the solid matrix material, for example an MCrAlY alloy.
  • the matrix material is originally present as a powder, which is mixed with the hard material particles at least on the surface of the coating.
  • a solder For bonding the layer of the powder of the matrix material and the hard material particles, a solder can be used which wets the powder particles of the matrix material and the coated hard material particles at least after the application of the coating to the component and a corresponding thermal treatment, and the open-pore structure of the particles completely penetrates, so that the powder particles of the matrix material and the hard particles are embedded in the finished coating in the solder.
  • a solder wets the powder particles of the matrix material and the coated hard material particles at least after the application of the coating to the component and a corresponding thermal treatment, and the open-pore structure of the particles completely penetrates, so that the powder particles of the matrix material and the hard particles are embedded in the finished coating in the solder.
  • the coating may comprise a solder for the material-locking connection of the matrix material to the component or a surface of the component.
  • the solder is in particular a cobalt base solder having a cobalt mass fraction of at least 30% or at least 40%, preferably with a cobalt mass fraction of between 50% and 60%, in particular 55.6%.
  • the composition of the solder it is advantageous for many applications. liable if the solidus temperature of the solder is below the solidus temperatures of the matrix material and the hard material particles.
  • the matrix material and the solder can be chosen such that at a predetermined temperature above the solidus temperature of the solder and below the solidus temperature of the matrix material at least either constituents of the matrix material (28) into the solder (23) or constituents of the solder (23) into the solder Diffuse matrix material (28). This can go to a breakdown of matrix material and material of the solder and to form a new alloy. As a result, the material properties of the solder and the material-o-positive connection between the solder and the powder particles of the matrix material can be further improved.
  • the matrix material has, for example, the following mass fractions: 22% ⁇ 5% (in particular approx. 22.5%) Cr; 10% ⁇ 2% (especially about 10%) Al; 0.5% to 1.5% Y. Remaining mass fractions can be formed by any metals or even non-metals, in the case of the matrix material, in particular Ni.
  • the coating may comprise a layer structure having a first layer and a second layer, wherein the first layer comprises the solder, and wherein the second layer comprises the matrix material or the matrix material and the hard material particles.
  • the layer structure may further comprise a third layer whose composition is different from the compositions of the first layer and the second layer and which is disposed between the first layer and the second layer.
  • the third layer and / or a fourth or fifth or further layer each have a mixture of solder and a matrix material or a mixture of a solder, a matrix material and a hard material (in particular in particle form).
  • alloys other than solder, matrix material or hard material may be present in the third, fourth, fifth or further layer, for example.
  • positive properties can be achieved with respect to segregation effects.
  • the setting of an optimized thermal expansion system is possible.
  • the coating may also have a predetermined variation in composition continuous in the direction of its thickness.
  • the coating may alternatively or additionally comprise a predetermined predetermined variation of the composition in the lateral direction or in the direction parallel to the coating and perpendicular to the direction of the thickness of the coating.
  • a lateral variation in composition allows for lateral variation of the abrasive properties or other properties of the coating.
  • the proportion of the solder decreases from the side facing the component to the side facing away from the component, the proportion of the hard material particles increases in the same direction and the proportion of the matrix material has a maximum in between.
  • Such continuous variation of the composition enables a particularly strong structure with a particularly low risk of detachment of individual layers.
  • the coating may have the properties described above both before application to the component (for example in the form of a tape, in particular adhesive tape, or a film, in particular adhesive film) as well as after application or after a thermal
  • the present invention further includes a blade for a turbomachine having one of the above-described coatings on one blade tip (which may be a squealer surface) and / or on another squealer surface.
  • the coating can act there in particular as wear protection.
  • a matrix material and hard material particles containing and coated at least either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride are applied to the component and by local heating of the blade tip the matrix material and the hard particles with the component joined materially or connected.
  • the local heating or heating of the blade tip takes place, for example, by ohmic losses of inductively induced eddy current fields.
  • the cohesive joining comprises, for example, a melting of a solder, a wetting of at least the component and the matrix material, optionally also the coated hard material particles, by the solder and a solidification of the solder.
  • a melting of a solder a wetting of at least the component and the matrix material, optionally also the coated hard material particles, by the solder and a solidification of the solder.
  • a partial or complete homogenization with regard to the composition can take place.
  • one or more new alloys can arise, which have different solids and / or liquidus temperatures.
  • the isothermal solidification of the system of solder and matrix material is possible.
  • the application of the matrix material and the hard material particles may include applying a tape, a wire, a foam or a film with the matrix material to the hard particles and optionally the solder.
  • both the matrix material and the optional solder are in each case in a solid state of aggregation, for example as a powder or in the form of a band, a wire, a foam, a film or another semifinished product.
  • the concentrations of the matrix material, the hard material particles and optionally the solder in the direction of the thickness of the coating can vary continuously.
  • the coating may comprise a layered structure having a first layer, a second layer, and optionally a third layer.
  • the first layer may optionally comprise the solder
  • the second layer may comprise the hard material particles
  • the third layer may be arranged between the first layer and the second layer and have a different composition than the first layer and the second layer.
  • the coating or parts of the coating described-in particular individual layers- can be applied by thermal spraying, painting, printing or other means.
  • one of the coatings described above can be applied using the described method.
  • Figure 1 is a schematic representation of a cross section of a component and a coating to be applied to the component;
  • Figure 2 is a schematic representation of a cross section of a coated hard particle
  • Figure 3 is a schematic representation of a cross section of a further coating
  • Figure 4 is a schematic representation of a cross section of a further coating
  • Figure 5 is a schematic flow diagram of a method for coating a
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a cross section of a component 10 with a surface 12 to be coated and a coating 20 present here in the form of a film and to be applied to the surface 12 of the component 10 to be coated.
  • the illustrated sectional plane lies - as in FIGS and 4 - vertical or in Substantially perpendicular to the surface to be coated 12 and parallel to the normal to the plane of the largest extent of the coating 20.
  • the coating 20 is spaced from the surface to be coated 12 and thus in an arrangement immediately prior to applying the coating 20 to the surface to be coated 12 is shown.
  • the component 10 is in particular a blade of a turbomachine or for a turbomachine. Shown in Figure 1 is primarily the blade tip of the blade.
  • the reference numeral 10 denotes insofar is especially the blade tip.
  • the coating 20 has an adhesive layer 21 which faces the surface 12 to be coated.
  • the adhesive layer 21 comprises, for example, an organic adhesive.
  • the coating 20 can first be stapled to the surface 12 to be coated.
  • the adhesive layer 21 is designed such that it disappears without residue or substantially without residue in a subsequent thermal treatment.
  • the coating 20 further comprises a solder layer 22 with solder particles 23 in a matrix of an organic binder 24.
  • the binder 24 of the solder layer 22 is similar to the adhesive layer 21 formed to disappear in a subsequent thermal treatment without residue or substantially residue-free.
  • the illustrated embodiment of the solder layer 22 in the form of solder particles 23 in a matrix of a binder 24 has a high elastic and especially plastic deformability and other manufacturing advantages.
  • the solder layer 22 is a layer of solid solder without a binder.
  • the coating 20 further comprises a functional layer 26 with a, in particular organic, binder 27.
  • a functional layer 26 with a, in particular organic, binder 27.
  • the binder 27 are embedded MCrAlY particles 28 and hard material particles 30 containing at least either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum mini oxynitride.
  • the binder 27 of the functional layer 26 is in particular designed to be free of residue or in a subsequent thermal treatment. considerably disappear without leaving a trace.
  • the functional layer 26 deviating from the illustration in Figure 1, no binder 27, instead, the MCrAlY alloy is solid and contains embedded Hartstofrpumble 30.
  • the functional layer 26 - in the form of a powder or other solid form - Contain another suitable matrix material.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through a coated hard material particle 30.
  • the hard material particle 30 has a coating 32 on its surface.
  • the material of the coating 32 is chosen such that it forms a solid material connection with the material of the hard material particle 30 on the one hand and wetting of the hard material particle 30 by the matrix material and / or by the solder and a cohesive connection between the hard material particles 30 and the matrix material and / or the Lot promotes. This may be due to the chemical and / or physical properties of the material of the coating 32.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a cross section through a coating 20, which differs from the coating shown above with reference to Figure 1 in that it consists of - the adhesive layer 21 not included - three layers 22, 26, 34.
  • the solder layer 22 comprises solder particles 23 in a binder 24.
  • the solder layer 22 may be a solid solder layer without a binder 24.
  • the example shown in FIG. 3 has only MCrAlY particles 28 in the functional layer 26, but no hard material particles 30.
  • the functional layer 26 can be an MCrAl Y Alloy (or other matrix material) in solid form without a binder 27.
  • the coating 20 shown in FIG. 3 also has a hard material particle layer 34.
  • the hard material particle layer 34 comprises hard material particles 30, similar to those described above with reference to FIGS. 1 and 2, in an organic binder, for example.
  • the binder 35 is also designed to be free of residue or substantially in a subsequent thermal treatment to disappear without residue.
  • the coating 20 has only one layer, in the solder particles 23, MCrAl Y particles 28 and coated hard material particles 30 are arranged.
  • the coated hard material particles 30 comprise at least one of either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride.
  • concentrations of the solder particles 23, the MCr Al Y particles 28 and the coated hard material particles 30 in a binder 24, in particular organic, vary in the direction of the thickness of the coating 20.
  • the solder particles 23 have a side facing the surface of a component to be coated high concentration, which decreases towards the opposite side.
  • the hard material particles 30 have a high concentration at the side facing away from the component to be coated, which decreases towards the side which is to be turned to the surface to be coated.
  • the concentration of MCrAlY particles has a maximum in between.
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram of a method for coating a surface of a component, in particular a blade tip of a blade of an axial compressor, a gas turbine or another turbomachine.
  • the method can also be carried out with coatings which differ from the examples described above with reference to FIGS. 1 to 4, reference numerals from FIGS. 1 to 4 are used by way of example in order to facilitate an understanding.
  • hard particles 30 of cubic boron nitride, silicon nitride or silicon aluminum oxynitride are coated.
  • already coated hard material particles 30 are provided.
  • the coating of the hard material particle Kel 30 is designed to facilitate or improve a wetting and a cohesive connection of the hard material particles 30 with a matrix material and / or a solder in subsequent process steps.
  • a solder is applied to a surface 12 to be coated of a component 10, for example in the form of a solid solder layer or in the form of solder particles 23, which are embedded in a binder 24.
  • a matrix material is applied to the surface 12 to be coated, for example in the form of a solid layer or in the form of a powder of the matrix material, which is embedded in a binder 27.
  • hard material particles 30 are applied to the surface 12 to be coated.
  • the hard material particles 30 are in the applied in the third step 103 matrix material or in a binder 27; 35; 24 embedded.
  • the second step 102, the third step 103, and the fourth step 104 may be performed sequentially or partially or completely simultaneously.
  • the second step 102, the third step 103 and the fourth step 104 may be carried out simultaneously by applying one of the layer structures in the form of a tape or a film as described above with reference to FIGS. 1, 3 and 4.
  • a fifth step 105 the solder, the matrix material, the hard material particles and at least the surface 12 to be coated of the component 10 are heated, for example by ohmic losses of induced eddy current fields.
  • adhesive layer 21 and binder 24, 27, 35 initially evaporate and / or decompose, if present. After evaporation of and / or decomposition of adhesive layer 21 and binder 24, 27, 35, the temperature is increased to such an extent that it exceeds the temperature Solidus temperature of the solder or solder particles 23, but below the solidus temperature of the matrix material or the powder particles 28 of the matrix material.
  • a sixth step 106 which proceeds almost simultaneously with the fifth step 105, the solder 23 melts and wets the surface 12 of the component 10 to be coated and also the matrix material and, if the matrix material is present as a powder, the hard material particles 30.
  • the solder, the matrix material and that reached Temperature may be selected so that at a substantially concurrent seventh step 107, the matrix material dissolves at least partially in the solder.
  • the temperature of the solder, the matrix material, the hard particles 30 and the surface 12 to be coated is lowered below the solidus point of the solder.
  • the solder solidifies and forms a material connection between the surface to be coated 12 on the one hand and the matrix material and the hard material particles 30 on the other.
  • the cohesive connection of the solder to the hard material particles 30 is direct if the matrix material is in the form of a powder which is penetrated by the liquid solder due to capillary forces.
  • the cohesive connection of the solder with the hard material particles 30 is an indirect one, when the hard material particles 30 are embedded in a solid layer of the matrix material, unlike in FIGS. 1, 3 and 4.

Abstract

The invention relates to a coating (20) for or on a component (10), in particular for a blade of a turbo-machine, comprising a matrix material (28) and hard material particles (30), which contain at least either cubic boron nitride or silicon nitride or sialon, wherein the hard material particles (30) are coated.

Description

Beschichtung und Verfahren zum Beschichten eines Bauteils Beschreibung  Coating and method for coating a component Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtung für oder an einem Bauteil, insbesondere für oder an einer Schaufel für eine Strömungsmaschine, und auf ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils. Axialverdichter und Gasturbinen, wie sie beispielsweise in Gasturbinentriebwerken für Luftfahrzeuge oder andere mobile oder stationäre Anwendungen verwendet werden, umfassen in der Regel mehrere Stufen mit rotierenden Laufschaufeln bzw. Rotorschaufeln und feststehenden Leitschaufeln bzw. Statorschaufeln. Die Rotorschaufeln sind mit einem Rotor starr verbunden und rotieren mit diesem mit hoher Drehzahl um eine Achse. The present invention relates to a coating for or on a component, in particular for or on a blade for a turbomachine, and to a method for coating a component. Axial compressors and gas turbines, such as used in gas turbine engines for aircraft or other mobile or stationary applications, typically include multiple stages with rotating blades and fixed vanes or stator vanes. The rotor blades are rigidly connected to a rotor and rotate with it at high speed about an axis.
Ein wesentliches Merkmal von Axialverdichtern und Gasturbinen sind die Druckdifferenzen, die zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite jedes Schaufelkranzes existieren. Jeder Druckverlust am äußeren Rand eines Rotorschaufelkranzes oder am inneren Rand eines Statorschaufelkranzes mindert den Wirkungsgrad. An essential feature of axial compressors and gas turbines are the pressure differences existing between the upstream side and the downstream side of each blade ring. Any pressure loss at the outer edge of a rotor blade ring or at the inner edge of a stator blade ring reduces the efficiency.
Aufgrund hoher Drehzahlen, teilweise hoher Temperaturen, radialer und axialer Auslenkungen, die aus Vibrationen und unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und Temperaturen der beteiligten Bauteile herrühren, werden überwiegend Labyrinthdichtungen bzw. Spaltdichtungen verwendet. Beispielsweise greift eine Dichtfinne am rotierenden Bauteil in eine Nut am ruhenden Bauteil ein oder umgekehrt. Due to high speeds, sometimes high temperatures, radial and axial deflections resulting from vibrations and different coefficients of expansion and temperatures of the components involved, mostly labyrinth seals or gap seals are used. For example, a sealing fin on the rotating component engages in a groove on the stationary component or vice versa.
Die genauen Abmessungen der Dichtfinne und vor allem der Nut werden oft nicht bereits bei der Fertigung eingestellt bzw. geschaffen. Vielmehr gräbt sich beispielsweise eine Schaufelspitze während eines Einlaufvorgangs der Strömungsmaschine in einen Einlaufbe- lag ein und bildet so dort die korrespondierende Nut. Dazu weist die Schaufelspitze eine abrasive Beschichtung auf. Aus der EP 0 270 785 A2 ist eine Beschichtung einer Schaufelspitze mit einem Gemisch aus Pulvern zweier MCrAlY-Legierungen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bekannt. Die Beschichtung wird auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur der einen und unter der Schmelztemperatur der andere MCrAlY-Legierung erwärmt. The exact dimensions of the sealing fin and especially the groove are often not adjusted or created during production. Rather, for example, a blade tip digs into an inlet lining during an inlet process of the turbomachine and thus forms the corresponding groove there. For this purpose, the blade tip on an abrasive coating. EP 0 270 785 A2 discloses a coating of a blade tip with a mixture of powders of two MCrAlY alloys with different melting points. The coating is heated to a temperature above the melting temperature of one and below the melting temperature of the other MCrAlY alloy.
Aus der WO 2007/115551 Al ist eine Schaufelspitzenpanzerung mit einer metallischen Haftschicht und einer metallischen Deckschicht bekannt. Die metallische Deckschicht weist abrasive Partikel auf, die in ein metallisches Matrixmaterial eingebettet sind. Die metallische Haftschicht und das metallische Matrixmaterial sind jeweils aus einem MCrA- IY- Werkstoff gebildet. From WO 2007/115551 A1 a blade tip armor with a metallic adhesive layer and a metallic cover layer is known. The metallic cover layer has abrasive particles embedded in a metallic matrix material. The metallic adhesive layer and the metallic matrix material are each formed from an MCrA-IY material.
Aus der US 5,359,770 ist ein Verfahren zum Verbinden einer abrasiven Schicht mit einer Schaufelspitze einer Gasturbine bekannt. Die abrasive Schicht enthält Aluminiumoxid- Partikel, die mit einer dünnen Schicht eines reaktiven Materials beschichtet sind. From US 5,359,770 a method for connecting an abrasive layer with a blade tip of a gas turbine is known. The abrasive layer contains alumina particles coated with a thin layer of reactive material.
Aus der WO 2008/135803 Al ist ein Verfahren zum Beschichten einer Rotorblattspitze einer Gasturbine bekannt, bei dem zunächst eine Schicht aus einem Pulver einer Legierung mit einem hohen Schmelzpunkt und abrasiven Partikeln und dann eine Schicht aus einem Pulver einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt aufgebracht werden. Beide werden dann auf eine Temperatur über der niedrigen und unter der hohen Schmelztemperatur erwärmt. WO 2008/135803 A1 discloses a method for coating a rotor blade tip of a gas turbine, in which first a layer of a powder of an alloy having a high melting point and abrasive particles and then a layer of a powder of an alloy having a low melting point are applied , Both are then heated to a temperature above the low and below the high melting temperature.
Aus der US 7,063,250 B2 sind eine Lötbeschichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Schaufelspitzenpanzerung bekannt. Die Lötbeschichtung umfasst eine metallische Lotschicht, die mit Bor versetzt ist, und eine darauf aufgebrachte Materialschicht, die in einen Binder eingebettete CBN-Schleifpartikel und MCrAlY-Teilchen enthält. Diese Schichtformation wird in Form eines Klebebandes auf die Schaufelspitze aufgebracht und zusammen mit der Rotorschaufel in einem Vakuumofen auf etwa 600°C erhitzt, bis sich der Binder der Materialschicht verflüchtigt hat. Anschließend wird der Ofen über die Schmelztemperatur des Lots erhitzt (etwa 1000°C), und das verflüssigte Lot dringt in die Materialschicht ein. Das Bor der Lotschicht diffundiert in die MCrAlY-Teilchen und senkt deren Schmelztemperatur. Die MCrAlY-Teilchen werden dadurch in einen geschmolzenen Zustand überfuhrt, was eine Vermischung der MCrAlY-Legierung mit dem bereits flüssigen Lot ermöglicht. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, entsteht nach dem Abkühlen eine feste Schicht mit CBN-Schleifpartikeln, die in eine MCrAlY-Matrix eingebettet sind. Mit der Erwärmung der Schaufelspitze besteht aber weiterhin die Gefahr des Anschmel- zens oder Kristallisierens des Schaufelspitzenmaterials. US Pat. No. 7,063,250 B2 discloses a solder coating and a method for producing a blade tip armor. The solder coating comprises a metallic solder layer, which has been added with boron, and a layer of material applied thereto, which contains CBN abrasive particles embedded in a binder and MCrAlY particles. This layer formation is applied in the form of an adhesive tape to the blade tip and heated together with the rotor blade in a vacuum oven to about 600 ° C until the binder of the material layer has volatilized. Subsequently, the furnace is heated above the melting temperature of the solder (about 1000 ° C), and the liquefied solder penetrates into the material layer. The boron of the solder layer diffuses into the MCrAlY particles and lowers their melting temperature. The MCrAlY particles are thereby melted into a Condition convoluted, allowing a mixture of MCrAlY alloy with the already liquid solder. When this process is complete, after cooling, a solid layer of CBN abrasive particles embedded in an MCrAlY matrix is formed. With the heating of the blade tip, however, there is still the risk of melting or crystallizing of the blade tip material.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Beschichtung für eine Schaufelspitze einer Strömungsmaschine und ein verbessertes Verfahren zum Beschichten einer Schaufelspitze einer Strömungsmaschine zu schaffen. It is an object of the present invention to provide an improved turbine blade tip topping and an improved blade topping method of a turbomachine.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, ein Bauteil mit einem - insbesondere auch bei hohen Temperaturen über einen Korrosionsschutz verfügenden - Matrixmaterial und in das Matrixmaterial eingebetteten beschichteten Hartstoffpartikeln, die zumindest kubisches Bornitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziu- maluminiumoxynitrid enthalten, zu beschichten. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims. Various embodiments of the present invention are based on the idea of coating a component with a matrix material which is provided with corrosion protection, especially at high temperatures, and with coated hard material particles embedded in the matrix material and containing at least cubic boron nitride or silicon nitride or silicon oxynitride.
Das Matrixmaterial ist ein für die Einbettung der beschichteten Hartstoffpartikel geeignetes Material, insbesondere ein auch bei hohen Temperaturen über einen Korrosionsschutz verfügendes Material, beispielsweise eine MCrAlY-Legierung. Die beschichteten Hartstoffpartikel können in das reine Matrixmaterial eingebettet werden bzw. sein, oder auch in ein Gemisch aus dem Matrixmaterial und einem anderen Material, beispielsweise einem Lot. Im Fall einer Einbettung der beschichteten Hartstoffpartikel in ein Gemisch aus dem Matrixmaterial und dem Lot kann dieses Gemisch ein homogenes bzw. einphasiges Gemisch oder ein heterogenes bzw. mehrphasiges Gemisch sein. Im Fall eines mehrphasigen Ge- mischs liegt das Matrixmaterial beispielsweise in Form von Partikeln bzw. eines Pulvers vor, das in das Lot eingebettet ist, wobei wesentliche Eigenschaften wie der Korrosionsschutz durch das Matrixmaterial bestimmt werden. Dabei können Bestandteile des Mat- rixmaterials in das Lot und/oder Bestandteile des Lots in das Matrixmaterial diffundiert sein. The matrix material is a material suitable for embedding the coated hard material particles, in particular a material which also has a corrosion protection at high temperatures, for example an MCrAlY alloy. The coated hard material particles can be embedded in the pure matrix material, or else in a mixture of the matrix material and another material, for example a solder. In the case of embedding the coated hard material particles in a mixture of the matrix material and the solder, this mixture may be a homogeneous or single-phase mixture or a heterogeneous or multiphase mixture. In the case of a multiphase mixture, for example, the matrix material is in the form of particles or of a powder which is embedded in the solder, with essential properties, such as the corrosion protection, being determined by the matrix material. In this case, components of the mat Rixmaterials be diffused into the solder and / or components of the solder in the matrix material.
Die Beschichtung der einzelnen Hartstoffpartikel ist insbesondere ausgewählt und ausge- bildet, um eine stoffschlüssige Verbindung der Hartstoffpartikel mit dem Matrixmaterial zu erleichtern. Dazu sind die Hartstoffpartikel beispielsweise mit einem Material beschichtet, das mit dem Matrixmaterial und/oder gegebenenfalls mit einem für die Beschichtung verwendeten Lot chemisch reagiert, das zu dem Matrixmaterial oder gegebenenfalls zu dem Lot chemisch ähnlich ist oder das zwar weder mit dem Matrixmaterial noch gegebe- nenfalls mit dem Lot chemisch reagiert, aber aufgrund seiner chemischen und physikalischen Eigenschaften von dem Matrixmaterial bzw. gegebenenfalls von dem Lot benetzt wird. The coating of the individual hard material particles is in particular selected and designed to facilitate a cohesive connection of the hard material particles with the matrix material. For this purpose, the hard-material particles are coated, for example, with a material which reacts chemically with the matrix material and / or, if appropriate, with a solder used for the coating, which is chemically similar to the matrix material or, if appropriate, to the solder or which, although not provided with the matrix material or If necessary, it reacts chemically with the solder, but due to its chemical and physical properties it is wetted by the matrix material or, if appropriate, by the solder.
Die Beschichtung der Hartstoffpartikel weist beispielsweise zumindest entweder Ti, Cr, Hf, ein anderes reaktives Element, Ni, Co, Al oder Fe auf. Die Beschichtung kann ausschließlich oder fast ausschließlich eines oder mehrere der genannten Elemente aufweisen, wobei die Summe der Massenanteile weiterer Elemente unter 10 % oder unter 5 % oder unter 1 % liegt. Alternativ weist die Beschichtung eine Legierung mit einem oder mehreren der genannten Elemente als Hauptlegierungskomponenten auf, wobei insbesondere die Massenanteile aller weiteren Elemente oder sogar die Summe der Massenanteile aller weiteren Elemente kleiner als die Massenanteile der Hauptlegierungskomponenten sind. The coating of the hard material particles has, for example, at least one of Ti, Cr, Hf, another reactive element, Ni, Co, Al or Fe. The coating may comprise exclusively or almost exclusively one or more of the named elements, the sum of the mass fractions of further elements being less than 10% or less than 5% or less than 1%. Alternatively, the coating comprises an alloy with one or more of said elements as main alloy components, wherein in particular the mass fractions of all further elements or even the sum of the mass fractions of all further elements are smaller than the mass fractions of the main alloy components.
Die Beschichtung weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 50 μm oder von höchstens 20 μm oder von höchstens 10 μm auf. Für viele Anwendungen ist eine Beschichtung vorteilhaft, deren Masse nicht größer ist als die des unbeschichteten Hartstoffpartikels. Die Beschichtung wird insbesondere mittels CVD (chemical vapor deposition = chemische Gasphasenabscheidung), PVD (physical vapor deposition = physikalische Gasphasenab- scheidung) oder galvanisch auf die Hartstoffpartikel aufgebracht. Ein Vorteil dieser Beschichtung besteht darin, dass die hervorragenden und insbesondere für einen Einsatz an Schaufeln von Strömungsmaschinen bei der Anmelderin bewährten Eigenschaften von kubischem Bornitrid, Siliziumnitrid und Siliziumaluminiumoxynitrid als Hartstoffpartikel nunmehr mit einer festen Einbindung in das Matrixmaterial kombinierbar sind. Damit sinkt das Risiko eines Anschmelzens oder Rekristallisierens des Materials des Bauteils. Dies ist gerade bei den heute für thermisch und mechanisch hoch belastete Schaufeln von Gasturbinen oder anderen Strömungsmaschinen verwendeten gerich- tet erstarrten oder monokristallinen Materialien von hoher Bedeutung. Gleichzeitig oder alternativ kann durch die Beschichtung der Hartstoffpartikel deren Einbindung in das Stoffgefüge der Beschichtung, insbesondere in das Matrixmaterial und/oder das Lot verbessert werden. Die beschichteten Hartstoffpartikel aus kubischem Bornitrid, Siliziumnitrid oder Siliziu- maluminiumoxynitrid können in eine Schicht eingebunden bzw. eingebettet sein, die von den beschichteten Hartstoffpartikeln abgesehen im Wesentlichen nur aus dem massiven Matrixmaterial - beispielsweise einer MCrAlY-Legierung - besteht. Alternativ liegt das Matrixmaterial ursprünglich als Pulver vor, das zumindest an der Oberfläche der Beschich- tung mit den Hartstoffpartikeln gemischt ist. The coating has, for example, a thickness of at most 50 μm or at most 20 μm or at most 10 μm. For many applications, a coating is advantageous whose mass is not greater than that of the uncoated hard material particle. The coating is applied in particular by CVD (chemical vapor deposition = chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition = physical vapor deposition) or galvanically on the hard material particles. One advantage of this coating is that the excellent properties of cubic boron nitride, silicon nitride, and silicon aluminum oxynitride, which have been proven by the Applicant to be used on blades of turbomachinery in particular as hard material particles can now be combined with a fixed integration into the matrix material. This reduces the risk of melting or recrystallization of the material of the component. This is of great importance especially for the directionally solidified or monocrystalline materials used today for thermally and mechanically highly loaded blades of gas turbines or other turbomachines. At the same time or as an alternative, the coating of the hard material particles improves their incorporation into the material structure of the coating, in particular into the matrix material and / or the solder. The coated hard material particles of cubic boron nitride, silicon nitride or silicium aluminum oxynitride can be embedded or embedded in a layer which, apart from the coated hard material particles, essentially consists only of the solid matrix material, for example an MCrAlY alloy. Alternatively, the matrix material is originally present as a powder, which is mixed with the hard material particles at least on the surface of the coating.
Zur Bindung der Schicht aus dem Pulver des Matrixmaterials und den Hartstoffpartikeln kann ein Lot verwendet werden, das zumindest nach dem Aufbringen der Beschichtung auf das Bauteil und einer entsprechenden thermischen Behandlung die Pulverpartikel des Mat- rixmaterials und die beschichteten Hartstoffpartikel benetzt und die offenporige Struktur der Partikel vollständig durchdringt, so dass die Pulverpartikel des Matrixmaterials und die Hartstoffpartikel in der fertig gestellten Beschichtung in das Lot eingebettet sind. Zur Herstellung dieses Gefüges muss lediglich das Lot, nicht jedoch das Matrixmaterial, aufgeschmolzen werden. Auch dadurch kann die thermische Belastung des Bauteils bei der Be- Schichtung drastisch reduziert werden. For bonding the layer of the powder of the matrix material and the hard material particles, a solder can be used which wets the powder particles of the matrix material and the coated hard material particles at least after the application of the coating to the component and a corresponding thermal treatment, and the open-pore structure of the particles completely penetrates, so that the powder particles of the matrix material and the hard particles are embedded in the finished coating in the solder. To produce this structure, only the solder, but not the matrix material, has to be melted. As a result, the thermal load on the component during coating can be drastically reduced.
Unabhängig davon, ob das Matrixmaterial als Pulver oder in anderer solider Form vorliegt, kann die Beschichtung ein Lot zum stoffschlüssigen Verbinden des Matrixmaterials mit dem Bauteil bzw. einer Oberfläche des Bauteils umfassen. Das Lot ist insbesondere ein Cobaltbasis-Lot mit einem Cobalt-Massenanteil von mindestens 30 % oder mindestens 40 %, bevorzugt mit einem Cobalt-Massenanteil zwischen 50 % und 60 %, insbesondere 55,6 %. Unabhängig von der Zusammensetzung des Lots ist es für viele Anwendungen vorteil- haft, wenn die Solidustemperatur des Lots unter den Solidustemperaturen des Matrixmaterials und der Hartstoffpartikel liegt. Regardless of whether the matrix material is present as a powder or in another solid form, the coating may comprise a solder for the material-locking connection of the matrix material to the component or a surface of the component. The solder is in particular a cobalt base solder having a cobalt mass fraction of at least 30% or at least 40%, preferably with a cobalt mass fraction of between 50% and 60%, in particular 55.6%. Regardless of the composition of the solder, it is advantageous for many applications. liable if the solidus temperature of the solder is below the solidus temperatures of the matrix material and the hard material particles.
Das Matrixmaterial und das Lot können so gewählt sein, dass bei einer vorbestimmten 5 Temperatur über der Solidustemperatur des Lots und unter der Solidustemperatur des Matrixmaterials zumindest entweder Bestandteile des Matrixmaterials (28) in das Lot (23) oder Bestandteile des Lots (23) in das Matrixmaterial (28) diffundieren. Dies kann bis zu einem Durchlegieren von Matrixmaterial und Werkstoff des Lots und zur Bildung einer neuen Legierung gehen. Dadurch können die Materialeigenschaften des Lots und die stoff- o schlüssige Verbindung zwischen dem Lot und den Pulverpartikeln des Matrixmaterials weiter verbessert werden. Das Matrixmaterial weist beispielsweise folgende Massenanteile auf: 22 % ± 5 % (insbesondere ca. 22,5 %) Cr; 10 % ± 2 % (insbesondere ca. 10 %) Al; 0,5 % bis 1,5 % Y. Verbleibende Massenanteile können durch beliebige Metalle oder auch Nichtmetalle gebildet werden, im Fall des Matrixmaterials insbesondere Ni.The matrix material and the solder can be chosen such that at a predetermined temperature above the solidus temperature of the solder and below the solidus temperature of the matrix material at least either constituents of the matrix material (28) into the solder (23) or constituents of the solder (23) into the solder Diffuse matrix material (28). This can go to a breakdown of matrix material and material of the solder and to form a new alloy. As a result, the material properties of the solder and the material-o-positive connection between the solder and the powder particles of the matrix material can be further improved. The matrix material has, for example, the following mass fractions: 22% ± 5% (in particular approx. 22.5%) Cr; 10% ± 2% (especially about 10%) Al; 0.5% to 1.5% Y. Remaining mass fractions can be formed by any metals or even non-metals, in the case of the matrix material, in particular Ni.
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Die Beschichtung kann eine Schichtstruktur mit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht umfassen, wobei die erste Schicht das Lot aufweist und wobei die zweite Schicht das Matrixmaterial oder das Matrixmaterial und die Hartstoffpartikel aufweist. Die Schichtstruktur kann ferner eine dritte Schicht, deren Zusammensetzung sich von den Zu- o sammensetzungen der ersten Schicht und der zweiten Schicht unterscheidet, und die zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist, umfassen. Die dritte Schicht und/oder auch eine vierte oder fünfte oder weitere Schicht weisen beispielsweise jeweils eine Mischung aus Lot und einem Matrixwerkstoff oder eine Mischung aus einem Lot, einem Matrixwerkstoff und einem Hartstoff (insbesondere in Partikelform) auf. Alter-5 nativ können in der dritten, vierten, fünften oder weiteren Schicht beispielsweise andere Legierungen als Lot, Matrixwerkstoff oder Hartwerkstoff vorliegen. Beispielsweise durch Verwendung unterschiedlicher Partikelfraktionen in unterschiedlichen Schichten können positive Eigenschaften bezüglich Segregationseffekten erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Einstellung eines optimierten Wärmeausdehnungssystems möglich. The coating may comprise a layer structure having a first layer and a second layer, wherein the first layer comprises the solder, and wherein the second layer comprises the matrix material or the matrix material and the hard material particles. The layer structure may further comprise a third layer whose composition is different from the compositions of the first layer and the second layer and which is disposed between the first layer and the second layer. For example, the third layer and / or a fourth or fifth or further layer each have a mixture of solder and a matrix material or a mixture of a solder, a matrix material and a hard material (in particular in particle form). Alternatively, alloys other than solder, matrix material or hard material may be present in the third, fourth, fifth or further layer, for example. For example, by using different particle fractions in different layers positive properties can be achieved with respect to segregation effects. Alternatively or additionally, the setting of an optimized thermal expansion system is possible.
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Obwohl ein solcher mehrlagiger Aufbau aus - eine Klebeschicht zur vorläufigen Fixierung vor einer thermischen Behandlung nicht mitgezählt - drei oder mehr Schichten herkömm- lieh wegen des erhöhten Fertigungsaufwands bislang nicht in Betracht gezogen wurde, wurde festgestellt, dass gerade mit einem solchen mehrlagigen Aufbau der Beschichtung besonders definierte und vorteilhafte Eigenschaften der Beschichtung erzielbar sind. Although such a multi-layered structure consisting of - not counting an adhesive layer for preliminary fixation prior to a thermal treatment - three or more layers conventional lent because of the increased manufacturing effort was not previously considered, it was found that especially with such a multilayer structure of the coating particularly defined and advantageous properties of the coating can be achieved.
5 Alternativ kann die Beschichtung jedoch auch eine in Richtung ihrer Dicke kontinuierliche vorbestimmte Variation der Zusammensetzung aufweisen. Ferner kann die Beschichtung alternativ oder zusätzlich eine in lateraler Richtung bzw. in Richtung parallel zu der Beschichtung und senkrecht zur Richtung der Dicke der Beschichtung kontinuierliche vorbestimmte Variation der Zusammensetzung aufweisen. Eine laterale Variation der Zusam- o mensetzung ermöglicht beispielsweise eine laterale Variation der abrasiven Eigenschaften oder anderer Eigenschaften der Beschichtung. Beispielsweise nimmt der Anteil des Lots von der dem Bauteil zugewandten Seite zu der vom Bauteil abgewandten Seite ab, der Anteil der Hartstoffpartikel nimmt in der gleichen Richtung zu und der Anteil des Matrixmaterials weist dazwischen ein Maximum auf. Eine derartige kontinuierliche Variation der5 Zusammensetzung ermöglicht ein besonders festes Gefüge mit einem besonders geringen Risiko eines Ablösens einzelner Schichten. Alternatively, however, the coating may also have a predetermined variation in composition continuous in the direction of its thickness. Furthermore, the coating may alternatively or additionally comprise a predetermined predetermined variation of the composition in the lateral direction or in the direction parallel to the coating and perpendicular to the direction of the thickness of the coating. For example, a lateral variation in composition allows for lateral variation of the abrasive properties or other properties of the coating. For example, the proportion of the solder decreases from the side facing the component to the side facing away from the component, the proportion of the hard material particles increases in the same direction and the proportion of the matrix material has a maximum in between. Such continuous variation of the composition enables a particularly strong structure with a particularly low risk of detachment of individual layers.
Die Beschichtung kann die oben beschriebenen Eigenschaften sowohl vor dem Aufbringen auf das Bauteil (beispielsweise in Form eines Bands, insbesondere Klebebands, oder einer o Folie, insbesondere Klebefolie) als auch nach dem Aufbringen oder nach einer thermischenThe coating may have the properties described above both before application to the component (for example in the form of a tape, in particular adhesive tape, or a film, in particular adhesive film) as well as after application or after a thermal
Behandlung zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem Bauteil aufweisen. Treatment for cohesive connection with the component have.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Schaufel für eine Strömungsmaschine mit einer der oben beschriebenen Beschichtungen an einer Schaufelspitze (die eine Anstreifflä-5 che sein kann) und/oder an einer anderen Anstreiffläche. Die Beschichtung kann dort insbesondere als Verschleißschutz wirken. The present invention further includes a blade for a turbomachine having one of the above-described coatings on one blade tip (which may be a squealer surface) and / or on another squealer surface. The coating can act there in particular as wear protection.
Bei einem Verfahren zum Beschichten einer Schaufel für eine Gasturbine oder eine andere Strömungsmaschine werden ein Matrixmaterial und Hartstoffpartikel, die zumindest ent-0 weder kubisches Bornitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumaluminiumoxynitrid enthalten und beschichtet sind, auf das Bauteil aufgebracht und durch lokales Erwärmen der Schaufelspitze das Matrixmaterial und die Hartstoffpartikel mit dem Bauteil stoffschlüssig gefügt bzw. verbunden. Das lokale Erwärmen bzw. Erhitzen der Schaufelspitze erfolgt beispielsweise durch ohmsche Verluste induktiv induzierter Wirbelstromfelder. In a method for coating a blade for a gas turbine or other turbomachine, a matrix material and hard material particles containing and coated at least either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride are applied to the component and by local heating of the blade tip the matrix material and the hard particles with the component joined materially or connected. The local heating or heating of the blade tip takes place, for example, by ohmic losses of inductively induced eddy current fields.
Das stoffschlüssige Fügen umfasst beispielsweise ein Aufschmelzen eines Lots, ein Benet- zen zumindest des Bauteils und des Matrixmaterials, optional auch der beschichteten Hartstoffpartikel, durch das Lot und ein Erstarren des Lots. Durch Diffusion von Bestandteilen des Lots und/oder des Matrixmaterials und/oder des Materials der Hartstoffpartikel kann eine teilweise oder vollständige Homogenisierung hinsichtlich der Zusammensetzung erfolgen. Dadurch können eine oder mehrere neue Legierungen entstehen, die andere SoIi- dus- und/oder Liquidus-Temperaturen aufweisen. Möglich ist beispielsweise das isotherme Erstarren des Systems aus Lot und Matrixwerkstoff. The cohesive joining comprises, for example, a melting of a solder, a wetting of at least the component and the matrix material, optionally also the coated hard material particles, by the solder and a solidification of the solder. By diffusion of constituents of the solder and / or the matrix material and / or the material of the hard material particles, a partial or complete homogenization with regard to the composition can take place. As a result, one or more new alloys can arise, which have different solids and / or liquidus temperatures. For example, the isothermal solidification of the system of solder and matrix material is possible.
Das Aufbringen des Matrixmaterials und der Hartstoffpartikel kann ein Aufbringen eines Bands, eines Drahts, eines Schaums oder einer Folie mit dem Matrixmaterial den Hart- stoffpartikeln und optional dem Lot umfassen. Sowohl das Matrixmaterial als auch das optionale Lot liegt insbesondere jeweils in einem festförmigen Aggregatszustand vor, beispielsweise als Pulver oder in Form eines Bands, eines Drahts, eines Schaums, einer Folie oder eines anderen Halbzeugs. Bereits vor oder auch nach dem stoffschlüssigen Verbinden, gegebenenfalls bereits in dem Band oder in der Folie, können die Konzentrationen des Matrixmaterials, der Hartstoffpartikel und gegebenenfalls des Lots in Richtung der Dicke der Beschichtung kontinuierlich variieren. Alternativ kann die Beschichtung eine Schichtstruktur mit einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und optional einer dritten Schicht umfassen. Dabei kann die erste Schicht gegebenenfalls das Lot aufweisen, die zweiten Schicht die Hartstoffpartikel aufweisen und gegebenenfalls die dritte Schicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet sein und eine andere Zusammensetzung als die erste Schicht und die zweite Schicht aufweisen. Alternativ kann die Beschichtung oder Teile der beschriebenen Beschichtung - insbesondere einzelne Schichten - durch thermische Spritzverfahren, Lackierverfahren, Druckverfahren oder auf andere Weise aufgebracht werden. Mit dem beschriebenen Verfahren kann insbesondere eine der oben beschriebenen Be- schichtungen aufgebracht werden. The application of the matrix material and the hard material particles may include applying a tape, a wire, a foam or a film with the matrix material to the hard particles and optionally the solder. In particular, both the matrix material and the optional solder are in each case in a solid state of aggregation, for example as a powder or in the form of a band, a wire, a foam, a film or another semifinished product. Already before or even after the cohesive bonding, optionally already in the tape or in the film, the concentrations of the matrix material, the hard material particles and optionally the solder in the direction of the thickness of the coating can vary continuously. Alternatively, the coating may comprise a layered structure having a first layer, a second layer, and optionally a third layer. The first layer may optionally comprise the solder, the second layer may comprise the hard material particles, and optionally the third layer may be arranged between the first layer and the second layer and have a different composition than the first layer and the second layer. Alternatively, the coating or parts of the coating described-in particular individual layers-can be applied by thermal spraying, painting, printing or other means. In particular, one of the coatings described above can be applied using the described method.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: Embodiments will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Bauteils und einer auf das Bauteil aufzubringenden Beschichtung; Figure 1 is a schematic representation of a cross section of a component and a coating to be applied to the component;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines beschichteten Hart- stoffpartikels; Figure 2 is a schematic representation of a cross section of a coated hard particle;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer weiteren Beschichtung; Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer weiteren Beschichtung; Figure 3 is a schematic representation of a cross section of a further coating; Figure 4 is a schematic representation of a cross section of a further coating;
Figur 5 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Beschichten eines Figure 5 is a schematic flow diagram of a method for coating a
Bauteils.  Component.
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Bauteils 10 mit einer zu beschichtenden Oberfläche 12 und einer hier in Form einer Folie vorliegenden und auf die zu beschichtende Oberfläche 12 des Bauteils 10 aufzubringenden Beschichtung 20. Die dargestellte Schnittebene liegt - ebenso wie bei den Figuren 3 und 4 - senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche 12 und parallel zur Normalen auf die Ebene der größten Ausdehnung der Beschichtung 20. Die Beschichtung 20 ist beabstandet zu der zu beschichtenden Oberfläche 12 und somit in einer Anordnung unmittelbar vor dem Aufbringen der Beschichtung 20 auf die zu beschichtende Oberfläche 12 dargestellt. FIG. 1 shows a schematic illustration of a cross section of a component 10 with a surface 12 to be coated and a coating 20 present here in the form of a film and to be applied to the surface 12 of the component 10 to be coated. The illustrated sectional plane lies - as in FIGS and 4 - vertical or in Substantially perpendicular to the surface to be coated 12 and parallel to the normal to the plane of the largest extent of the coating 20. The coating 20 is spaced from the surface to be coated 12 and thus in an arrangement immediately prior to applying the coating 20 to the surface to be coated 12 is shown.
Das Bauteil 10 ist insbesondere eine Schaufel einer Strömungsmaschine oder für eine Strömungsmaschine. In Figur 1 dargestellt ist in erster Linie die Schaufelspitze der Schaufel. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet insofern isbesondere die Schaufelspitze. The component 10 is in particular a blade of a turbomachine or for a turbomachine. Shown in Figure 1 is primarily the blade tip of the blade. The reference numeral 10 denotes insofar is especially the blade tip.
Die Beschichtung 20 weist eine Klebeschicht 21 auf, die der zu beschichtenden Oberfläche 12 zugewandt ist. Die Klebeschicht 21 weist beispielsweise einen organischen Klebstoff auf. Mittels der Klebeschicht 21 kann die Beschichtung 20 zunächst an die zu beschichtende Oberfläche 12 geheftet werden. Die Klebeschicht 21 ist so ausgebildet, dass sie bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung rückstandsfrei oder im Wesentlichen rückstandsfrei verschwindet. The coating 20 has an adhesive layer 21 which faces the surface 12 to be coated. The adhesive layer 21 comprises, for example, an organic adhesive. By means of the adhesive layer 21, the coating 20 can first be stapled to the surface 12 to be coated. The adhesive layer 21 is designed such that it disappears without residue or substantially without residue in a subsequent thermal treatment.
Die Beschichtung 20 weist ferner eine Lotschicht 22 mit Lotpartikeln 23 in einer Matrix aus einem organischen Binder 24 auf. Auch der Binder 24 der Lotschicht 22 ist ähnlich wie die Klebeschicht 21 ausgebildet, um bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung rückstandsfrei oder im Wesentlichen rückstandsfrei zu verschwinden. Die dargestellte Ausbildung der Lotschicht 22 in Form von Lotpartikeln 23 in einer Matrix aus einem Binder 24 weist eine hohe elastische und vor allem plastische Verformbarkeit sowie weitere fertigungstechnische Vorteile auf. Alternativ ist die Lotschicht 22 abweichend von der Darstellung in Figur 1 eine Schicht aus massivem Lot ohne Binder. The coating 20 further comprises a solder layer 22 with solder particles 23 in a matrix of an organic binder 24. Also, the binder 24 of the solder layer 22 is similar to the adhesive layer 21 formed to disappear in a subsequent thermal treatment without residue or substantially residue-free. The illustrated embodiment of the solder layer 22 in the form of solder particles 23 in a matrix of a binder 24 has a high elastic and especially plastic deformability and other manufacturing advantages. Alternatively, unlike the illustration in FIG. 1, the solder layer 22 is a layer of solid solder without a binder.
Die Beschichtung 20 umfasst ferner eine Funktionsschicht 26 mit einem, insbesondere organischen, Binder 27. In den Binder 27 sind MCrAlY-Partikel 28 und Hartstoffpartikel 30, die zumindest entweder kubisches Bornitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumalu- miniurnoxynitrid enthalten, eingebettet. Ähnlich wie die Klebeschicht 21 und der Binder 24 der Lotschicht 22 ist auch der Binder 27 der Funktionsschicht 26 insbesondere ausgebildet, um bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung rückstandsfrei oder im We- sentlichen rückstandsfrei zu verschwinden. Alternativ weist die Funktionsschicht 26 abweichend von der Darstellung in Figur 1 keinen Binder 27 auf, stattdessen ist die MCrAlY- Legierung massiv und enthält eingebettet die Hartstofrpartikel 30. Anstelle einer MCrAlY- Legierung kann die Funktionsschicht 26 - in Form eines Pulvers oder in anderer solider Form - ein anderes geeignetes Matrixmaterial enthalten. The coating 20 further comprises a functional layer 26 with a, in particular organic, binder 27. In the binder 27 are embedded MCrAlY particles 28 and hard material particles 30 containing at least either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum mini oxynitride. Similar to the adhesive layer 21 and the binder 24 of the solder layer 22, the binder 27 of the functional layer 26 is in particular designed to be free of residue or in a subsequent thermal treatment. considerably disappear without leaving a trace. Alternatively, the functional layer 26 deviating from the illustration in Figure 1, no binder 27, instead, the MCrAlY alloy is solid and contains embedded Hartstofrpartikel 30. Instead of a MCrAlY alloy, the functional layer 26 - in the form of a powder or other solid form - Contain another suitable matrix material.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen beschichteten Hartstoffpartikel 30. Der Hartstofrpartikel 30 weist an seiner Oberfläche eine Beschich- tung 32 auf. Das Material der Beschichtung 32 ist so gewählt, dass es einerseits eine feste stoffschlüssige Verbindung mit dem Material des Hartstoffpartikels 30 bildet und andererseits eine Benetzung des Hartstoffpartikels 30 durch das Matrixmaterial und/oder durch das Lot und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hartstoffpartikel 30 und dem Matrixmaterial und/oder dem Lot fördert. Dies kann aufgrund der chemischen und/oder der physikalischen Eigenschaften des Materials der Beschichtung 32 gegeben sein. FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through a coated hard material particle 30. The hard material particle 30 has a coating 32 on its surface. The material of the coating 32 is chosen such that it forms a solid material connection with the material of the hard material particle 30 on the one hand and wetting of the hard material particle 30 by the matrix material and / or by the solder and a cohesive connection between the hard material particles 30 and the matrix material and / or the Lot promotes. This may be due to the chemical and / or physical properties of the material of the coating 32.
Obwohl die Hartstoffpartikel in Figur 2 und ebenso in den Figuren 1, 3 und 4 jeweils mit einem quadratischen bzw. rhombischen Querschnitt dargestellt sind, können sie jede beliebige regelmäßige oder unregelmäßige Form aufweisen. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Beschichtung 20, die sich von der oben anhand der Figur 1 dargestellten Beschichtung dadurch unterscheidet, dass sie aus - die Klebeschicht 21 nicht mitgezählt - drei Schichten 22, 26, 34 besteht. Wie bei der oben anhand der Figur 1 dargestellten Beschichtung umfasst auch hier die Lotschicht 22 Lotpartikel 23 in einem Binder 24. Abweichend von der Darstellung in Figur 3 kann die Lotschicht 22 eine massive Lotschicht ohne Binder 24 sein. Although the hard material particles are shown in Figure 2 and also in Figures 1, 3 and 4 each with a square or rhombic cross-section, they may have any regular or irregular shape. Figure 3 shows a schematic representation of a cross section through a coating 20, which differs from the coating shown above with reference to Figure 1 in that it consists of - the adhesive layer 21 not included - three layers 22, 26, 34. As in the case of the coating illustrated above with reference to FIG. 1, here too the solder layer 22 comprises solder particles 23 in a binder 24. In contrast to the illustration in FIG. 3, the solder layer 22 may be a solid solder layer without a binder 24.
Im Unterschied zu dem oben anhand der Figur 1 dargestellten Beispiel weist das in Figur 3 gezeigte Beispiel in der Funktionsschicht 26 lediglich MCrAlY-Partikel 28 auf, jedoch keine Hartstoffpartikel 30. Abweichend von der Darstellung in Figur 3 kann die Funktions- schicht 26 eine MCrAl Y-Legierung (oder ein anderes Matrixmaterial) in massiver Form ohne einen Binder 27 aufweisen. Im Unterschied zu dem oben anhand der Figur 1 dargestellten Beispiel weist die in Figur 3 gezeigte Beschichtung 20 ferner eine Hartstoffpartikel-Schicht 34 auf. Die Hartstoffpartikel-Schicht 34 umfasst Hartstoffpartikel 30, ähnlich wie sie oben anhand der Figuren 1 und 2 dargestellt wurden, in einem - beispielsweise organischen - Binder 35. Auch der Bin- der 35 ist ausgebildet, um bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung rückstandsfrei oder im Wesentlichen rückstandsfrei zu verschwinden. In contrast to the example shown above with reference to FIG. 1, the example shown in FIG. 3 has only MCrAlY particles 28 in the functional layer 26, but no hard material particles 30. Differing from the illustration in FIG. 3, the functional layer 26 can be an MCrAl Y Alloy (or other matrix material) in solid form without a binder 27. In contrast to the example shown above with reference to FIG. 1, the coating 20 shown in FIG. 3 also has a hard material particle layer 34. The hard material particle layer 34 comprises hard material particles 30, similar to those described above with reference to FIGS. 1 and 2, in an organic binder, for example. The binder 35 is also designed to be free of residue or substantially in a subsequent thermal treatment to disappear without residue.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Beispiels einer Beschichtung 20. Die Beschichtung 20 weist - abgesehen von einer Klebeschicht 21 ähnlich den Klebeschichten der oben anhand der Figuren 1 und 3 dargestellten Beispiele - nur eine Schicht auf, in der Lotpartikel 23, MCrAl Y-Partikel 28 und beschichtete Hartstoffpartikel 30 angeordnet sind. Die beschichteten Hartstoffpartikel 30 weisen zumindest entweder kubisches Bornitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumaluminiumoxynitrid auf. Die Konzentrationen der Lotpartikel 23, der MCr Al Y-Partikel 28 und der beschichteten Hartstoffpartikel 30 in einem - insbesondere organischen - Binder 24 variieren in Richtung der Dicke der Beschichtung 20. Die Lotpartikel 23 weisen an der einer zu beschichtenden Oberfläche eines Bauteils zuzuwendenden Seite eine hohe Konzentration auf, die zur gegenüberliegenden Seite hin abnimmt. Die Hartstoffpartikel 30 weisen an der vom zu beschichtenden Bauteil abgewandten Seite eine hohe Konzentration auf, die zu der Seite, die der zu beschichtenden Oberfläche zuzuwenden ist, hin abnimmt. Die Konzentration der MCrAlY-Partikel weist dazwischen ein Maximum auf. 4 shows a schematic representation of a cross section of a further example of a coating 20. Apart from an adhesive layer 21 similar to the adhesive layers of the examples illustrated above with reference to FIGS. 1 and 3, the coating 20 has only one layer, in the solder particles 23, MCrAl Y particles 28 and coated hard material particles 30 are arranged. The coated hard material particles 30 comprise at least one of either cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride. The concentrations of the solder particles 23, the MCr Al Y particles 28 and the coated hard material particles 30 in a binder 24, in particular organic, vary in the direction of the thickness of the coating 20. The solder particles 23 have a side facing the surface of a component to be coated high concentration, which decreases towards the opposite side. The hard material particles 30 have a high concentration at the side facing away from the component to be coated, which decreases towards the side which is to be turned to the surface to be coated. The concentration of MCrAlY particles has a maximum in between.
Figur 5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Beschichten einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere einer Schaufelspitze einer Schaufel eines Axial- Verdichters, einer Gasturbine oder einer anderen Strömungsmaschine. Obwohl das Verfahren auch mit Beschichtungen ausführbar ist, die sich von den oben anhand der Figuren 1 bis 4 dargestellten Beispielen unterscheiden, werden nachfolgend beispielhaft Bezugszeichen aus den Figuren 1 bis 4 verwendet, um ein Verständnis zu erleichtern. Bei einem optionalen ersten Schritt 101 werden Hartstoffpartikel 30 aus kubischem Bornitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumaluminiumoxynitrid beschichtet. Alternativ werden bereits beschichtete Hartstoffpartikel 30 bereitgestellt. Die Beschichtung der Hartstoffparti- kel 30 ist ausgebildet, um eine Benetzung und eine stoffschlüssige Verbindung der Hartstoffpartikel 30 mit einem Matrixmaterial und/oder einem Lot bei nachfolgenden Verfahrensschritten zu erleichtern oder zu verbessern. Bei einem zweiten Schritt 102 wird ein Lot auf eine zu beschichtende Oberfläche 12 eines Bauteils 10 aufgebracht, beispielsweise in Form einer massiven Lotschicht oder in Form von Lotpartikeln 23, die in einen Binder 24 eingebettet sind. Bei einem dritten Schritt 103 wird ein Matrixmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche 12 aufgebracht, beispielsweise in Form einer massiven Schicht oder in Form eines Pulvers aus dem Matrixmaterial, das in einen Binder 27 eingebettet ist. Bei einem vierten Schritt 104 werden Hartstoffpartikel 30 auf die zu beschichtende Oberfläche 12 aufgebracht. Die Hartstoffpartikel 30 sind dabei in das beim dritten Schritt 103 aufgebrachte Matrixmaterial oder in einen Binder 27; 35; 24 eingebettet. Der zweite Schritt 102, der dritte Schritt 103 und der vierte Schritt 104 können nacheinander oder teilweise oder vollständig gleichzeitig ausgeführt werden. Insbesondere können der zweite Schritt 102, der dritte Schritt 103 und der vierte Schritt 104 gleichzeitig ausgeführt werden, indem eine der oben anhand der Figuren 1 , 3 und 4 dargestellten Schichtstrukturen in Form eines Bands oder einer Folie aufgebracht wird. FIG. 5 shows a schematic flow diagram of a method for coating a surface of a component, in particular a blade tip of a blade of an axial compressor, a gas turbine or another turbomachine. Although the method can also be carried out with coatings which differ from the examples described above with reference to FIGS. 1 to 4, reference numerals from FIGS. 1 to 4 are used by way of example in order to facilitate an understanding. In an optional first step 101, hard particles 30 of cubic boron nitride, silicon nitride or silicon aluminum oxynitride are coated. Alternatively, already coated hard material particles 30 are provided. The coating of the hard material particle Kel 30 is designed to facilitate or improve a wetting and a cohesive connection of the hard material particles 30 with a matrix material and / or a solder in subsequent process steps. In a second step 102, a solder is applied to a surface 12 to be coated of a component 10, for example in the form of a solid solder layer or in the form of solder particles 23, which are embedded in a binder 24. In a third step 103, a matrix material is applied to the surface 12 to be coated, for example in the form of a solid layer or in the form of a powder of the matrix material, which is embedded in a binder 27. In a fourth step 104, hard material particles 30 are applied to the surface 12 to be coated. The hard material particles 30 are in the applied in the third step 103 matrix material or in a binder 27; 35; 24 embedded. The second step 102, the third step 103, and the fourth step 104 may be performed sequentially or partially or completely simultaneously. In particular, the second step 102, the third step 103 and the fourth step 104 may be carried out simultaneously by applying one of the layer structures in the form of a tape or a film as described above with reference to FIGS. 1, 3 and 4.
Bei einem fünften Schritt 105 werden das Lot, das Matrixmaterial, die Hartstoffpartikel und zumindest die zu beschichtende Oberfläche 12 des Bauteils 10 erwärmt, beispielsweise durch ohmsche Verluste induzierter Wirbelstromfelder. Dabei verdampfen und/oder zersetzen sich zunächst - soweit vorhanden - Klebeschicht 21 und Binder 24, 27, 35. Nach dem Verdampfen und/oder Zersetzen von Klebeschicht 21 und Binder 24, 27, 35 wird die Temperatur so weit erhöht, dass sie über der Solidustemperatur des Lots bzw. der Lotpartikel 23, aber unter der Solidustemperatur des Matrixmaterials bzw. der Pulverpartikel 28 des Matrixmaterials liegt. Bei einem nahezu gleichzeitig mit dem fünften Schritt 105 ablaufenden sechsten Schritt 106 schmilzt das Lot 23 und benetzt die zu beschichtende Ober- fläche 12 des Bauteils 10 sowie das Matrixmaterial und - sofern das Matrixmaterial als Pulver vorliegt - die Hartstoffpartikel 30. Das Lot, das Matrixmaterial und die erreichte Temperatur können so gewählt werden, dass bei einem im Wesentlichen gleichzeitig ablaufenden siebten Schritt 107 das Matrixmaterial sich zumindest teilweise in dem Lot löst. In a fifth step 105, the solder, the matrix material, the hard material particles and at least the surface 12 to be coated of the component 10 are heated, for example by ohmic losses of induced eddy current fields. In the process, adhesive layer 21 and binder 24, 27, 35 initially evaporate and / or decompose, if present. After evaporation of and / or decomposition of adhesive layer 21 and binder 24, 27, 35, the temperature is increased to such an extent that it exceeds the temperature Solidus temperature of the solder or solder particles 23, but below the solidus temperature of the matrix material or the powder particles 28 of the matrix material. In a sixth step 106, which proceeds almost simultaneously with the fifth step 105, the solder 23 melts and wets the surface 12 of the component 10 to be coated and also the matrix material and, if the matrix material is present as a powder, the hard material particles 30. The solder, the matrix material and that reached Temperature may be selected so that at a substantially concurrent seventh step 107, the matrix material dissolves at least partially in the solder.
Bei einem achten Schritt 108 wird die Temperatur des Lots, des Matrixmaterials, der Hart- stoffpartikel 30 und der zu beschichtenden Oberfläche 12 unter den Soliduspunkt des Lots abgesenkt. Das Lot erstarrt und bildet eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche 12 einerseits und dem Matrixmaterial und den Hartstoffpartikeln 30 andererseits. Die stoffschlüssige Verbindung des Lots mit den Hartstoffparti- keln 30 ist eine direkte, wenn das Matrixmaterial in Form eines Pulvers vorliegt, das von dem flüssigen Lot aufgrund von Kapillarkräften durchdrungen wird. Die stoffschlüssige Verbindung des Lots mit den Hartstoffpartikeln 30 ist eine indirekte, wenn die Hartstoffpartikel 30 anders als in den Figuren 1, 3 und 4 gezeigt in eine solide Schicht aus dem Matrixmaterial eingebettet sind. In an eighth step 108, the temperature of the solder, the matrix material, the hard particles 30 and the surface 12 to be coated is lowered below the solidus point of the solder. The solder solidifies and forms a material connection between the surface to be coated 12 on the one hand and the matrix material and the hard material particles 30 on the other. The cohesive connection of the solder to the hard material particles 30 is direct if the matrix material is in the form of a powder which is penetrated by the liquid solder due to capillary forces. The cohesive connection of the solder with the hard material particles 30 is an indirect one, when the hard material particles 30 are embedded in a solid layer of the matrix material, unlike in FIGS. 1, 3 and 4.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Beschichtung (20) für ein Bauteil (10), insbesondere für eine Schaufel einer Strö- mungsmaschine, mit: einem Matrixmaterial (28), 1. coating (20) for a component (10), in particular for a blade of a flow machine, comprising: a matrix material (28),
Hartstoffpartikeln (30), die zumindest kubisches Bornitrid oder Siliciurnnitrid oder Siliziumaluminiumoxynitrid enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel (30) beschichtet sind. Hard material particles (30) containing at least cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride, characterized in that the hard material particles (30) are coated.
2. Beschichtung (20) nach Anspruch 1 , ferner mit: einem Lot (23) zum stoffschlüssigen Verbinden des Matrixmaterials (28) mit einer zu beschichtenden Oberfläche (12) des Bauteils (10). 2. Coating (20) according to claim 1, further comprising: a solder (23) for materially connecting the matrix material (28) with a surface to be coated (12) of the component (10).
3. Beschichtung (20) nach Anspruch 2, bei der das Lot (23) Cobalt mit einem Massenanteil von mindestens 50% enthält. A coating (20) according to claim 2, wherein the solder (23) contains cobalt with a mass fraction of at least 50%.
4. Beschichtung (20) nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Lot (23) eine Solidustem- peratur aufweist, die unter den Solidustemperaturen des Matrixmaterials (28) und der Hartstoffpartikel (30) liegt. 4. Coating (20) according to claim 2 or 3, wherein the solder (23) has a solidus temperature which is below the solidus temperatures of the matrix material (28) and the hard material particles (30).
5. Beschichtung (20) nach Anspruch 4, bei der bei einer vorbestimmten Temperatur, die größer als die Solidustemperatur des Lots (23) und kleiner als die Solidustem- peratur des Matrixmaterials (28) ist, zumindest entweder Bestandteile des Matrixmaterials (28) in das Lot (23) oder Bestandteile des Lots (23) in das Matrixmaterial (28) diffundieren. 5. The coating (20) of claim 4, wherein at a predetermined temperature greater than the solidus temperature of the solder (23) and less than the solidus temperature of the matrix material (28) at least one of the matrix material (28) in FIG diffuse the solder (23) or components of the solder (23) into the matrix material (28).
6. Beschichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Beschichtung (20) eine Schichtstruktur mit einer ersten Schicht (22) und einer zweiten Schicht (26; 34) umfasst, wobei die erste Schicht (22) das Lot (23) aufweist und wobei die zweite Schicht (26; 34) die Hartstofrpartikel (30) oder das Matrixmaterial (28) und die Hartstofrpartikel (30) aufweist. 6. Coating (20) according to any one of claims 2 to 5, wherein the coating (20) comprises a layer structure having a first layer (22) and a second layer (26; 34), wherein the first layer (22) the solder ( 23), and wherein the second layer (26; 34) comprises the hard particles (30) or the matrix material (28) and the hard particles (30).
7. Beschichtung (20) nach Anspruch 6, ferner mit einer dritten Schicht (26), deren Zusammensetzung sich von den Zusammensetzungen der ersten Schicht (22) und der zweiten Schicht (34) unterscheidet. The coating (20) of claim 6, further comprising a third layer (26) having a composition different from the compositions of the first layer (22) and the second layer (34).
8. Beschichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer vorbestimmten kontinuierlichen Variation der Zusammensetzung der Beschichtung (20) in Richtung der Dicke der Beschichtung (20) oder parallel zu der Beschichtung. A coating (20) according to any one of the preceding claims, having a predetermined continuous variation in the composition of the coating (20) in the direction of the thickness of the coating (20) or parallel to the coating.
9. Beschichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Matrixmaterial (28) ursprünglich als Pulver vorliegt, das mit den Hartstoffpartikeln (30) gemischt ist. 9. Coating (20) according to one of the preceding claims, wherein the matrix material (28) is originally present as a powder which is mixed with the hard material particles (30).
10. Beschichtung (20) nach Anspruch 9 in Rückbezug auf einen der Ansprüche 2 bis 7, bei der das Pulver (28) des Matrixmaterials und die Hartstofrpartikel (30) in das Lot (23) eingebettet sind. 10. Coating (20) according to claim 9 in reference to one of claims 2 to 7, wherein the powder (28) of the matrix material and the Hartstofrpartikel (30) are embedded in the solder (23).
11. Schaufel (10) für eine Strömungsmaschine, mit einer Beschichtung (20) nach ei- nem der vorangehenden Ansprüche an der Schaufelspitze. 11. A blade (10) for a turbomachine, with a coating (20) according to one of the preceding claims on the blade tip.
12. Verfahren zum Beschichten der Schaufelspitze (10) einer Schaufel für eine Strömungsmaschine, mit den Schritten Aufbringen (103; 104) eines Matrixmaterials (28) und von beschichteten Hartstoffpartikeln (30), wobei zumindest kubisches Bornitrid oder Siliciumnitrid oder Siliziumaluminiumoxynitrid enthalten sind; stoffschlüssiges Verbinden (106, 107, 108) des Matrixmaterials (28) und der Hartstoffpartikel (30) mit der Schaufelspitze (10) durch lokales Erhitzen der Schaufelspitze (10). A method of coating the blade tip (10) of a blade for a turbomachine, comprising the steps of applying (103; 104) a matrix material (28) and coated hard particles (30) containing at least cubic boron nitride or silicon nitride or silicon aluminum oxynitride; integrally bonding (106, 107, 108) the matrix material (28) and the hard material particles (30) with the blade tip (10) by locally heating the blade tip (10).
5  5
13. Verfahren Anspruch 12, bei dem das stoffschlüssige Verbinden ein Aufschmelzen (105) eines Lots, ein Benetzen (106) zumindest der Schaufelspitze (10) und des Matrixmaterials (28) durch das Lot (23) und ein Erstarren (108) des Lots (23) um- fasst. 13. The method of claim 12, wherein the integral bonding comprises reflowing (105) a solder, wetting (106) at least the blade tip (10) and the matrix material (28) through the solder (23) and solidifying (108) the solder (23).
0 0
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Aufbringen ein Aufbringen eines Bands oder einer Folie mit dem Matrixmaterial (28) und den Hartstoffpartikeln (30) umfasst. 5 14. The method of claim 12 or 13, wherein the applying comprises applying a tape or a film with the matrix material (28) and the hard material particles (30). 5
15. Verfahren nach Anspruch 14 in Rückbezug auf Anspruch 13 , wobei die Konzentrationen des Matrixmaterials (28), der Hartstoffpartikel (30) und des Lots (23) über die Dicke des Bands bzw. der Folie kontinuierlich variieren. 15. The method of claim 14 when recited in claim 13, wherein the concentrations of the matrix material (28), the hard particles (30) and the solder (23) vary continuously across the thickness of the tape.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14 in Rückbezug auf Anspruch 13 , o bei dem das Aufbringen ein Aufbringen einer Schichtstruktur mit einer ersten 16. A method according to claim 13 or claim 14 when dependent on claim 13, wherein the applying comprises applying a layered structure to a first layer
Schicht (22), einer zweiten Schicht (34) und einer dritten Schicht (26) umfasst, wobei die erste Schicht (22) das Lot (23) umfasst, wobei die zweite Schicht (34) die Hartstoffpartikel (30) aufweist, und wobei die dritte Schicht (26) zwischen der ersten Schicht (22) und der zweiten Schicht (34) angeordnet ist. Layer (22), a second layer (34) and a third layer (26), wherein the first layer (22) comprises the solder (23), wherein the second layer (34) comprises the hard material particles (30), and wherein the third layer (26) is disposed between the first layer (22) and the second layer (34).
5 5
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem eine Beschichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufgebracht wird.  17. The method according to any one of claims 12 to 16, wherein a coating (20) according to any one of claims 1 to 10 is applied.
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