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WO2008138384A1 - Material composition for use as a masking material for the protection of regions of a turbine component that are not to be coated and method for coating turbine components - Google Patents

Material composition for use as a masking material for the protection of regions of a turbine component that are not to be coated and method for coating turbine components Download PDF

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Publication number
WO2008138384A1
WO2008138384A1 PCT/EP2007/004398 EP2007004398W WO2008138384A1 WO 2008138384 A1 WO2008138384 A1 WO 2008138384A1 EP 2007004398 W EP2007004398 W EP 2007004398W WO 2008138384 A1 WO2008138384 A1 WO 2008138384A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
masking
masking material
turbine
filler
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/004398
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan Steinbach
Steffen Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2007/004398 priority Critical patent/WO2008138384A1/en
Publication of WO2008138384A1 publication Critical patent/WO2008138384A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • 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
    • F01D5/005Repairing methods or devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/06Cooling passages of turbine components, e.g. unblocking or preventing blocking of cooling passages of turbine components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a material composition for use as a masking material for the protection of non-coating areas of a turbine component during the application of a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating.
  • the invention relates to a method for coating turbine components, which have areas to be coated and areas not to be coated, with a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating material.
  • Turbine components such as, for example, rotor blades or guide vanes of gas turbines or combustion chamber components, are exposed during operation of the turbine to a corrosive hot gas, namely the combustion exhaust gases.
  • a coating system which is usually a ceramic thermal barrier coating and an adhesive layer, also called “bond coat", between the ceramic thermal barrier coating and the actual component surface.
  • the adhesion promoter layer also serves as a bonding layer for the ceramic thermal barrier coating to the base material of the component as a corrosion and / or oxidation inhibiting layer.
  • the coating system increases the resistance of the turbine component to the attack of the corrosive and / or oxidative hot gas, the coating system is also subject to wear.
  • the turbine component is therefore stripped and re-coated after a certain period of operation (so-called "refurbishment").
  • the turbine components are usually also provided with cooling air holes, which allow the escape of cooling air from a cavity in fluid communication with a cooling air reservoir, so that above the Component surface forms a cooling air film.
  • cooling-air holes are not closed at the end of the coating process or reduced in their free diameter. Closed cooling air holes are referred to as the "coat over” effect, while cooling holes whose free diameter is reduced are referred to as “coat down” because coating material extends "down" on the inner walls of the cooling air holes the film cooling significantly impaired or completely impossible.
  • WO 03/089679 A1 describes a method in which the masking material is introduced into the cooling air bores of a turbine blade in such a way that its surface terminates flush with the surface of the turbine component.
  • the material composition according to the invention comprises polysiloxane ([R 2 SiO] n , wherein R stands for an organic group such as methyl, ethyl, phenyl, etc.), a solvent and a filler comprising metal and / or carbon.
  • the polysiloxane may in particular be a methylsiloxane, ie a polysiloxane of the form [CH 3 SiO 1-5 I n .
  • Suitable solvents are, in particular, organic solvents, for example terpenol-based solvents.
  • the filler may in particular be selected from the group consisting of carbon powder, metal powder, strontium carbonate (SrCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and magnesium carbonate ( Magnesite, MgCO 3 ) and mixtures thereof.
  • the material composition according to the invention is particularly suitable for use as a masking material for protection of non-coating areas of a turbine component, such as the walls of cooling air holes, during the application of a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating.
  • a masking material can be realized with the material composition according to the invention, which has viscous properties in a temperature range of 1000 0 C to 1500 ° C, while it is solid and tough at temperatures below 1000 0 C. This is a catching and encapsulation of the hot, usually fused and sometimes even molten coating particles that actually hit on the component surface in thermal spraying and adhere there, by the Masking material possible. When hot coating particles strike the masking material, they penetrate the masking material to a certain depth, then cool and are finally frozen by the masking material.
  • the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler is at least 70%, in particular at least 90%.
  • the method according to the invention for coating turbine components which have areas to be coated and areas which are not to be coated, with a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating material comprises the steps:
  • Masking the regions not to be coated with a masking material which may in particular comprise the material composition according to the invention, before applying the coating material;
  • a material which has viscous properties in a temperature range of 1000 0 C to 1500 0 C, while it is solid and tough at temperatures below 1000 0 C.
  • Such a material can be particularly with the inventive
  • the hot, mostly molten and sometimes even molten coating particles in the areas not to be coated, for example the walls of cooling air bores, are collected and encapsulated by the masking material which is viscous during the coating.
  • the masking material which is viscous during the coating.
  • they strike the masking material they penetrate due to its viscosity at the prevailing temperatures during spraying to a certain depth in the masking material and then cool. They are finally frozen by the masking material.
  • the surfaces of the encapsulated spray particles are then ideally largely covered with masking material.
  • the particles cool as they pass through the masking material, there are no large sintered areas, neither between the spray particles, nor between the spray particles and the component surface that is not to be coated. Therefore, the "frozen" coating material can easily be removed along with the masking material after the component has cooled.
  • the masking material used in the process according to the invention is, in particular, a material which, in addition, embrittles to room temperature during cooling of the component. While an increase in the volume of the masking material takes place during the spraying of the coating material due to the picked-up metal particles, which can lead to a slight beading on the component surface, but mainly takes place in the direction of the component interior, the masking material shrinks to room temperature during the cooling. When the room temperature is reached, therefore, the areas of the component which are not to be coated are provided with embrittled masking material doped with metal particles, which can be removed by gentle mechanical blasting, for example with dry ice or a high-pressure water jet.
  • the masking material which embrittles on cooling to room temperature can also be realized with the material composition according to the invention.
  • the masking material is applied as a curable paste on or in the areas not to be coated or introduced and then cured before the coating material is applied.
  • the amount of the solvent can be set so that the material composition is present as a spreadable paste.
  • the masking material is particularly easy on or in the non-coated areas of the turbine component or bring.
  • the curing of the masking material particularly when a material composition according to the invention reduction is used as a masking material can be brought about by a heat treatment at a temperature below 600 0C.
  • the polysiloxanes are crosslinked so that a matrix of inorganic constituents, for example Si-O-Si chains, and organic side chains, predominantly of -CH 3 , are present next to one another, into which the carbonaceous and / or metal-powder-containing filler is embedded.
  • the crosslinking can ensure reliable retention of the introduced or applied masking material in or on the regions of the turbine component which are not to be coated.
  • the masking material used is in particular a ceramizable material which is ceramified before the coating material is applied.
  • the material composition according to the invention is suitable as a ceramizable material.
  • the ceramization can be brought about by a pyrolysis treatment at a temperature within a temperature range between 600 and 1200 0 C 0 C.
  • the pyrolysis can be carried out, for example, in an argon atmosphere, in air or in vacuo.
  • the polymeric network of the cured masking material is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases.
  • a silicon oxy carbide glass SiOC glass
  • a quartz glass SiO 2 glass
  • quartz glasses have a softening temperature of 1050 0 C
  • silicon oxycarbide glasses a softening temperature of about 1350 0 C.
  • the filler which may be present in particular as a combination of two or more of said fillers, and the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler in the material composition according to the invention, it is therefore possible a defined softening temperature window in the range in particular between 1050 0 C and 1350 0 C open, in which the glass has a sufficiently high viscosity for collecting and encapsulating the hot coating material particles.
  • a viscosity can be brought about which is high enough to hold the material approximately in cooling air bores of the turbine blade without flowing out, but low enough to absorb the kinetic energy of the impinging coating particles and to encapsulate them.
  • the inventive method for coating turbine components can in particular as a method for applying MCrAlX material may be formed as a coating material.
  • M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni), X for yttrium (Y) and / or silicon (Si) and / or at least one element of the rare earths or Hafnium (Hf).
  • FIG. 1 shows a cross-section through a cooling-air bore which was protected during the application of an MCrAlX coating with a masking material made of a material composition according to the invention.
  • FIGS 2 to 7 show various stages of the coating process of the invention.
  • FIG. 8 shows by way of example a gas turbine in a longitudinal partial section.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a moving blade or guide vane of a turbomachine that extends along a longitudinal axis.
  • FIG. 10 shows a combustion chamber of a gas turbine.
  • FIG. 8 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality Coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working medium 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium flows
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and this drives the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one member of the group
  • Iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon, scandium (Sc) and / or at least one element of rare earth or hafnium).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have another platform at its blade tip 415 (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These writings are with respect.
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof. Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e. grains which run the full length of the workpiece and here, in common language use, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • columnar i.e. grains which run the full length of the workpiece and here, in common language use
  • monocrystalline structure i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • Stem-crystal structures which probably have longitudinally extending grain boundaries, but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5Re.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer. Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed of protective layers after use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, will also
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 10 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction about an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber space 154 which generates flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a relatively high temperature of the working medium M of approximately 1000 0 C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic stones).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced by after use
  • Protective layers must be freed (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
  • the heat shield elements 155 are then hollow and have, for example possibly still in the Brennschhoffm 154 opening cooling holes (not shown).
  • the material composition comprises polysiloxane, a solvent, and a metal and / or carbon filler.
  • the polysiloxane may be an organic, for example. Terpeniol based solvent in particular, methyl siloxane, ie CH 3 SIOI, 5 and the solvent.
  • carbon powder, metal powder, strontium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate, lithium carbonate and magnesium carbonate, individually or in combination are suitable as fillers.
  • the filler serves to define a defined softening temperature window in the temperature range between 1000 0 C and 1500 0 C, in particular in the temperature range from 1050 0 C to 1350 0 C.
  • the filler serves primarily to lower the softening temperature of a silicon oxychloride glass which is produced by pyrolysis of the material composition in an argon atmosphere or under reduced pressure. Without filler, this glass has a softening temperature of about 135O 0 C to 1400 0 C. If a softening temperature in the lower range of the temperature range of 1000 0 C to 1500 0 C is to be achieved, for example. 1050 0 C, then this can except by Adding the filler also achieve that the material composition is subjected to a pyrolysis in air, whereby instead of the Siliziumoxikarbid- glass, a quartz glass is formed. The proportion of filler in this case can be extremely low.
  • the softening temperature window can be defined very precisely by selecting the pyrolysis atmosphere and, in particular, by choosing the filler.
  • this includes methylsiloxane and strontium carbide.
  • the volume fraction of strontium carbide in the total volume of methylsiloxane and strontium carbide is 80%.
  • a terpinyol-based solvent in such a metered amount as to form a spreadable paste.
  • the material composition can be cured by a heat treatment with a temperature of not more than 600 0 C, whereby a green body with a polymer matrix or a polymer network is formed.
  • the polymer network comprises Si-O-Si chains as basic inorganic constituents and organic side chains consisting predominantly of -CH 3 .
  • the strontium carbonate is embedded in the network.
  • the green body can then be ceramified by a pyrolysis.
  • the pyrolysis takes place in vacuo or alternatively in an argon atmosphere.
  • the polymer network of the green body is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases.
  • the organic components are expelled during this process.
  • the result of the pyrolysis is a Siliziumoxikarbid glass, which has a softening temperature due to the addition of strontium carbonate, which is above 1050 0 C and below 135O 0 C.
  • the second concrete example includes the same components as the first concrete example, but in different volume proportions. The components themselves will therefore not be discussed again.
  • the volume fraction of strontium carbonate is compared to the first Example further increased, namely to 95%.
  • the result of making such material composition silicon oxycarbide glass has due to the higher Strontiumkarbonatanteils a Erweichungstemperaturpper which is shifted compared to the first concrete example to lower temperatures, but is still in the temperature range between 1050 0 C and 135 ° C 0.
  • the coating composition comprises methylsiloxane and calcium carbonate.
  • the calcium carbonate has a volume fraction of the total volume of siloxane and calcium carbonate of 80%.
  • a terpinyol-based organic solvent in an amount which turns the mixture into a spreadable paste.
  • the paste is subjected to a heat treatment of not higher than 600 ° C. to cure it.
  • the calcium carbonate is embedded in the polymer network of the green body.
  • the green body is then subjected to pyrolysis in vacuo.
  • pyrolysis in an argon atmosphere is also possible.
  • the polymer network of the green body is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases.
  • the organic constituents are expelled during this process.
  • the result of the pyrolysis is a silicon oxy carbide glass, the softening temperature of which is reduced by the addition of the calcium carbonate to a softening temperature window of below 1350 ° C. But it is above 1050 0 C.
  • the material composition according to the fourth concrete example has the same constituents as the material composition according to the third concrete example. The material components will therefore not be discussed again.
  • the volume fraction of calcium carbonate in the total volume of siloxane and calcium carbonate is increased to 95%.
  • the temperature window of the resulting silicon oxy carbide glass is further reduced from the silicon oxy carbide glass resulting from the material composition of the third concrete example. But it is still above 1050 0 C.
  • the silicon oxycarbide glasses produced from the material composition according to Examples 1 to 3 all have a softening temperature window which makes it possible to use the material as masking material for a MCrAlX coating process by means of plasma spraying or by means of other thermal spraying methods.
  • the softening temperature window is chosen so that the viscosity of the silicon oxy carbide glass at the surface temperature of the component prevailing during the coating enables the hot, mostly molten and partially molten MCrAlX particles to be collected and encapsulated.
  • the viscosity is high enough for the glass to hold in the cooling air holes of the turbine blade without flowing out, but on the other hand low enough to absorb the kinetic energy of the MCrAlX particles and to encapsulate them before releasing them Reach the wall of the cooling air hole.
  • Figure 1 illustrates the transverse section of a cooling air bore in a turbine blade filled with the paste according to the fourth example.
  • the blade was then subjected to a heat treatment at 500 0 C to 600 0 C underzo- to cure the paste. Thereafter, a pyrolysis at about 1000 0 C to 1200 0 C was carried out in argon atmosphere to ceramise the cured paste.
  • the figure shows the finish after coating the component surface with a MCrAlX coating.
  • the silica-carbide glass shrank to room temperature during cooling of the turbine blade and is highly brittle.
  • the shrinkage can be seen in Figure 1 at the projecting into the interior of the cooling air holes distribution of the encapsulated MCrAlX particles 7. Due to the strong embrittlement, the glass together with the encapsulated MCrAlX particles 7 can now be removed from the cooling air bore by means of dry ice blasting. As an alternative to dry ice blasting, blasting with a high-pressure water jet can also take place.
  • Figures show schematically the turbine blade shown in Figure 1 during different stages of the coating process.
  • Figure 2 shows the uncoated turbine blade.
  • a paste having a material composition according to one of Examples 1 to 4 is brushed flush with the surface 2.
  • the turbine blade is subjected to a heat treatment at a temperature in the range between 300 ° C and 600 0 C, wherein the paste pasted to a green body 11, as described with reference to Examples 1 to 4, hardens.
  • the turbine blade with the arranged in the cooling air hole green body 11 is shown in Figure 3.
  • the turbine blade with the green body 11 is then subjected to pyrolysis with a pyrolysis between 900 0 C and 1200 0 C.
  • the cooling air bore 5 is filled with a silicon oxycarbide glass body 13. This represents the actual masking material that protects the cooling air hole 5 during the spraying of a MCrAlX coating.
  • the spraying of the MCrAlX coating 15, which takes place by means of a thermal spraying process, is shown in FIG. While the splashed MCrAlX particles 17 deposit on the surface 2 of the turbine blade to the MCrAlX coating 15, they penetrate in the area of the cooling air hole 5 in the during the
  • Spraying process prevailing surface temperatures viscous Siliziumoxikarbid glass 13 a. As they enter, they release their kinetic energy to the glass 13 and are encapsulated by it.
  • the encapsulated MCrAlX particles are shown in FIG. 5 as large dark regions 19 in the glass 13. Virtually no MCrAlX material is deposited on the glass 13 itself, since all MCrAlX particles penetrate it.
  • FIG. 6 corresponds to the cut of FIG. 1.
  • the brittle glass 13 is removed by means of a dry ice jet or high-pressure water jet together with the encapsulated MCrAlX particles 19 embedded therein.
  • the result is a turbine blade provided with an MCrAlX coating 15 having cooling air holes 5 in which there is no coat down effect (Figure 7).

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Abstract

The invention relates to a method for coating turbine components, said turbine components comprising regions (2) to be coated and regions (9) not to be coated, with a corrosion- or oxidation-inhibiting coating material (15). The method comprises the following steps: masking the regions (9) not to be coated with a masking material (13) before applying the coating material (15), applying the coating material (15) to the turbine component by thermal spraying, and removing the masking material (13) after the application of the coating material (15). A material is used as the masking material that has viscous properties in a temperature range of 1000°C to 1500°C and that is solid and tough at temperatures below 1000°C. The masking material may particularly be produced from a composition that comprises polysiloxane, a solvent, and a filler comprising metal or carbon.

Description

MaterialZusammensetzung zur Verwendung als Material composition for use as

Maskierungsmaterial zum Schutz von nicht zu beschichtendenMasking material for protection of non-coating

Bereichen eines Turbinenbauteils und Verfahren zumAreas of a turbine component and method for

Beschichten von TurbinenbauteilenCoating of turbine components

Die vorliegende Erfindung betrifft eine MaterialZusammensetzung zur Verwendung als Maskierungsmaterial zum Schutz von nicht zu beschichtenden Bereichen eines Turbinenbauteils wäh- rend des Aufbringens einer korrosionshemmenden und/oder oxi- dationshemmenden Beschichtung. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen, welche zu beschichtende Bereiche und nicht zu beschichtende Bereiche aufweisen, mit einem korrosionshemmenden und/oder oxidations- hemmenden Beschichtungsmaterial .The present invention relates to a material composition for use as a masking material for the protection of non-coating areas of a turbine component during the application of a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating. In addition, the invention relates to a method for coating turbine components, which have areas to be coated and areas not to be coated, with a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating material.

Turbinenbauteile wie bspw. Lauf- oder Leitschaufeln von Gasturbinen oder Brennkammerbauteile sind während des Betriebs der Turbine einem korrosiven Heißgas, nämlich den Verbren- nungsabgasen, ausgesetzt. Um die Bauteile gegen die korrosive und/oder oxidative Wirkung dieses Heißgases zu schützen sind sie mit einem Beschichtungssystem versehen, welches in der Regel eine keramische Wärmedämmschicht und eine zwischen der keramischen Wärmedämmschicht und der eigentlichen Bauteil - Oberfläche befindliche Haftvermittlerschicht, auch „Bondcoat" genannt, umfasst. Während die keramische Wärmedämmschicht die Wärmeleitung zum darunter liegenden Basismaterial verringern soll, dient die Haftvermittlerschicht außer als Anbindungs- schicht für die keramische Wärmedämmschicht an das Basismate- rial des Bauteils auch als korrosions- und/oder oxidations- hemmende Schicht .Turbine components, such as, for example, rotor blades or guide vanes of gas turbines or combustion chamber components, are exposed during operation of the turbine to a corrosive hot gas, namely the combustion exhaust gases. In order to protect the components against the corrosive and / or oxidative effect of this hot gas, they are provided with a coating system, which is usually a ceramic thermal barrier coating and an adhesive layer, also called "bond coat", between the ceramic thermal barrier coating and the actual component surface. While the ceramic thermal barrier coating is intended to reduce heat conduction to the underlying base material, the adhesion promoter layer also serves as a bonding layer for the ceramic thermal barrier coating to the base material of the component as a corrosion and / or oxidation inhibiting layer.

Obwohl ein derartiges Beschichtungssystem die Beständigkeit des Turbinenbauteils gegenüber dem Angriff des korrosiven und/oder oxidativen Heißgases erhöht, ist auch das Beschichtungssystem einem Verschleiß ausgesetzt. Das Turbinenbauteil wird daher nach einer bestimmten Betriebsdauer entschichtet und neu beschichtet (so genanntes „Refurbishment ") . Um die Belastung durch das korrosive und/oder oxidative Heißgas weiter zu verringern, sind die Turbinenbauteile in der Regel auch mit Kühlluftbohrungen versehen, welche den Aus- tritt von Kühlluft aus einem mit einem Kühlluftreservoir in strömungstechnischer Verbindung stehenden Hohlraum ermöglichen, so dass sich über der Bauteiloberfläche ein Kühlluftfilm bildet. Beim Beschichten des Bauteils, sei es beim erstmaligen Neubeschichten oder im Rahmen des Wiederbeschichtens, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Kühlluftbohrungen am Ende des Beschichtungsprozesses nicht verschlossen oder in ihrem freien Durchmesser verringert sind. Bei verschlossenen Kühlluftbohrungen spricht man vom „coat over"-Effekt , bei Kühlluftbohrungen, deren freier Durchmesser verringert ist, vom „coat down"-Effekt , da sich Beschichtungsmaterial an den Innenwänden der Kühlluftbohrungen in die Kühlluftbohrungen „hinab" erstreckt. In beiden Fällen würde die Filmkühlung erheblich beeinträchtigt oder gar völlig unmöglich.Although such a coating system increases the resistance of the turbine component to the attack of the corrosive and / or oxidative hot gas, the coating system is also subject to wear. The turbine component is therefore stripped and re-coated after a certain period of operation (so-called "refurbishment"). In order to further reduce the load caused by the corrosive and / or oxidative hot gas, the turbine components are usually also provided with cooling air holes, which allow the escape of cooling air from a cavity in fluid communication with a cooling air reservoir, so that above the Component surface forms a cooling air film. When coating the component, whether during the initial re-coating or as part of recoating, care must be taken that the cooling-air holes are not closed at the end of the coating process or reduced in their free diameter. Closed cooling air holes are referred to as the "coat over" effect, while cooling holes whose free diameter is reduced are referred to as "coat down" because coating material extends "down" on the inner walls of the cooling air holes the film cooling significantly impaired or completely impossible.

Im Stand der Technik werden daher Maßnahmen getroffen, denIn the prior art, therefore, measures are taken, the

„coat down" -Effekt und den „coat over"-Effekt während des Aufspritzens der Beschichtung, was üblicherweise mit einen thermischen Spritzverfahren erfolgt, entweder ganz zu vermeiden bzw. wenigstens zu verringern oder nachträglich möglichst effektiv das störende Beschichtungsmaterial wieder zu entfernen. Das Wiederöffnen verschlossener oder verengter Kühlluft- bohrungen erfolgt bspw. mittels Laser, mittels elektroerosi- ver Verfahren oder manuell und ist daher zeit- und kostenintensiv. Es sind daher Verfahren entwickelt worden, in denen Kühlluftbohrungen von Turbinenkomponenten vor dem Aufbringen der Beschichtung mittels eines Maskierungsmaterials, das in die Kühlluftbohrungen eingebracht wird, verschlossen werden. Anschließend lässt man das Material aushärten und führt den Beschichtungsprozess mit den so geschützten Kühlluftbohrungen durch. Danach wird das Maskierungsmaterial wieder entfernt. In US 5,902,647 und EP 1 076 106 Bl sind bspw. Verfahren beschrieben, in denen das Maskierungsmaterial derart in die Löcher eingeführt wird, dass es über die äußere Oberfläche des Turbinenbauteils übersteht."Coat down" effect and the "coat over" effect during the spraying of the coating, which is usually done with a thermal spraying method, either completely avoid or at least reduce or subsequently effectively remove the disturbing coating material again. The reopening of closed or constricted cooling air bores takes place, for example, by means of a laser, by means of electroerosive methods or manually, and is therefore time consuming and expensive. Therefore, methods have been developed in which cooling air holes of turbine components are sealed prior to applying the coating by means of a masking material which is introduced into the cooling air holes. Subsequently, the material is allowed to harden and performs the coating process with the cooling air holes protected in this way. Thereafter, the masking material is removed again. In US 5,902,647 and EP 1 076 106 Bl, for example, methods are described in which the masking material is introduced into the holes in such a way that it projects beyond the outer surface of the turbine component.

In WO 03/089679 Al ist ein Verfahren beschrieben, in dem das Maskierungsmaterial derart in die Kühlluftbohrungen einer Turbinenschaufel eingeführt wird, dass seine Oberfläche bündig mit der Oberfläche des Turbinenbauteils abschließt. Durch geeignete Wahl des Maskierungsmaterials und von Füllmaterialien im Maskierungsmaterial soll dabei sichergestellt werden, dass das Beschichtungsmaterial auf dem Maskierungsmaterial nicht haftet. Nach dem Einbringen des Beschichtungsmaterials in die Filmkühllöcher wird dieses mit Licht oder Ultraschall abgebunden.WO 03/089679 A1 describes a method in which the masking material is introduced into the cooling air bores of a turbine blade in such a way that its surface terminates flush with the surface of the turbine component. By suitable choice of the masking material and filling materials in the masking material to ensure that the coating material does not adhere to the masking material. After the coating material has been introduced into the film cooling holes, it is set in light or ultrasound.

Überstehendes Maskierungsmaterial kann, bei zu weit hervorstehenden Maskierungen, den Beschichtungsprozess behindern und ungleichmäßige Ergebnisse verursachen. Bündig mit der Oberfläche abschließendes Maskierungsmaterial wird aber, sofern es nicht so ausgewählt ist, dass das Beschichtungsmaterial auf dem Maskierungsmaterial nicht haftet, überschichtet. Daher muss nicht nur das Maskierungsmaterial selbst sondern auch das Beschichtungsmaterial auf dem Maskierungsmaterial entfernt werden. Dies kann mitunter kostspieliger und zeit- aufwändiger sein als das Wiederöffnen der Löcher, wenn diese nicht durch ein Maskierungsmaterial geschützt sind. Mit dem in WO 03/089679 Al beschriebenen Maskierungsmaterial tritt zwar das Problem das „coat over" nicht auf, jedoch ist für dieses Maskierungsmaterial die Zufuhr von Licht oder Ultraschall notwendig, um dieses Abzubinden. Dies kann mitunter schwierig sein, insbesondere wenn das Licht oder der Ultraschall aus dem Inneren des Bauteils zugeführt werden muss.Excess masking material may interfere with the coating process and cause uneven results if masking is too prominent. However, unless it is selected so that the coating material does not adhere to the masking material, it is overcoated with the surface finish masking material. Therefore, not only the masking material itself but also the coating material on the masking material must be removed. This can sometimes be more costly and time consuming than reopening the holes if they are not protected by a masking material. Although the problem of "coat over" does not occur with the masking material described in WO 03/089679 A1, this masking material requires the supply of light or ultrasound to bind it, which can sometimes be difficult, especially if the light or the ultrasound must be supplied from the interior of the component.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vorteilhafte MaterialZusammensetzung zur Verwendung als Maskierungsmaterial zum Schutz von nicht zu beschichtenden Bereichen eines Turbinenbauteils während des Aufbringens einer korrosionshemmenden und/oder oxidationshemmenden Beschichtung zur Verfügung zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to provide an advantageous material composition for use as a masking material for protecting areas of a turbine component that are not to be coated during the application of a masking material corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating to provide. It is a further object of the present invention to provide an advantageous method for coating turbine components.

Diese Aufgaben werden durch eine MaterialZusammensetzung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen nach Anspruch 8 gelöst . Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These objects are achieved by a material composition according to claim 1 and a method for coating turbine components according to claim 8. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße MaterialZusammensetzung umfasst Polysi- loxan ([R2SiO]n, wobei R für eine organische Gruppe wie etwa Methyl, Ethyl , Phenyl etc. steht), ein Lösungsmittel sowie einen Metall und/oder Kohlenstoff umfassenden Füllstoff. Das Polysiloxan kann insbesondere ein Methylsiloxan, also ein Polysiloxan der Form [CH3SiO1-5In, sein. Als Lösungsmittel kommen insbesondere organische Lösungsmittel, etwa Lösungsmittel auf Terpeniolbasis in Frage. Der Füllstoff kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe, die aus Kohlenstoff- pulver, Metallpulver, Strontiumcarbonat (SrCO3) , Kalziumcar- bonat (CaCO3) , Natriumcarbonat (Na2CO3) , Lithiumcarbonat (Li2CO3) und Magnesiumcarbonat (Magnesit, MgCO3) sowie Gemischen davon besteht .The material composition according to the invention comprises polysiloxane ([R 2 SiO] n , wherein R stands for an organic group such as methyl, ethyl, phenyl, etc.), a solvent and a filler comprising metal and / or carbon. The polysiloxane may in particular be a methylsiloxane, ie a polysiloxane of the form [CH 3 SiO 1-5 I n . Suitable solvents are, in particular, organic solvents, for example terpenol-based solvents. The filler may in particular be selected from the group consisting of carbon powder, metal powder, strontium carbonate (SrCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and magnesium carbonate ( Magnesite, MgCO 3 ) and mixtures thereof.

Die erfindungsgemäße MaterialZusammensetzung eignet sich insbesondere zur Verwendung als Maskierungsmaterial zum Schutz für nicht zu beschichtende Bereiche eines Turbinenbauteils, etwa der Wände von Kühlluftbohrungen, während des Aufbringens einer korrosionshemmenden und/oder oxidationshemmenden Be- Schichtung. Ursache hierfür ist, dass sich mit der erfindungsgemäßen MaterialZusammensetzung ein Maskierungsmaterial realisieren lässt, das in einem Temperaturbereich von 10000C bis 1500°C viskose Eigenschaften besitzt, während es bei Temperaturen unter 10000C fest und zäh ist. Damit wird ein Auf- fangen und Einkapseln der heißen, meist angeschmolzenen und teilweise sogar schmelzflüssigen Beschichtungspartikel, die bei thermischen Spritzverfahren eigentlich auf der Bauteil - Oberfläche aufschlagen und dort anhaften sollen, durch das Maskierungsmaterial möglich. Treffen heiße Beschichtungspar- tikel auf das Maskierungsmaterial auf, so dringen sie bis zur einer bestimmten Tiefe in das Maskierungsmaterial ein, erkalten dabei und werden schließlich von dem Maskierungsmaterial eingefroren.The material composition according to the invention is particularly suitable for use as a masking material for protection of non-coating areas of a turbine component, such as the walls of cooling air holes, during the application of a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating. The reason for this is that a masking material can be realized with the material composition according to the invention, which has viscous properties in a temperature range of 1000 0 C to 1500 ° C, while it is solid and tough at temperatures below 1000 0 C. This is a catching and encapsulation of the hot, usually fused and sometimes even molten coating particles that actually hit on the component surface in thermal spraying and adhere there, by the Masking material possible. When hot coating particles strike the masking material, they penetrate the masking material to a certain depth, then cool and are finally frozen by the masking material.

In einer als Maskierungsmaterial besonders geeigneten erfindungsgemäßen MaterialZusammensetzung beträgt der Volumenanteil des Füllstoffes am Gesamtvolumen aus Polysiloxan und Füllstoff mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%.In a material composition of the invention which is particularly suitable as a masking material, the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler is at least 70%, in particular at least 90%.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen, welche zu beschichtende Bereiche und nicht zu beschichtende Bereiche aufweisen, mit einem korrosionshemmenden und/oder oxidationshemmenden Beschichtungsmaterial umfasst die Schritte :The method according to the invention for coating turbine components which have areas to be coated and areas which are not to be coated, with a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating material comprises the steps:

- Maskieren der nicht zu beschichtenden Bereiche mit einem Maskierungsmaterial, das insbesondere die erfindungsgemäße MaterialZusammensetzung aufweisen kann, vor dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials;Masking the regions not to be coated with a masking material, which may in particular comprise the material composition according to the invention, before applying the coating material;

- Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf das Turbinenbauteil durch thermisches Spritzen, etwas atmosphärisches Plas- maspritzen (APS) oder Flammspritzen (HVOF, high velocity oxy- gen fuel) ; undApplication of the coating material to the turbine component by thermal spraying, some atmospheric plasma spraying (APS) or high-velocity oxy- gen fuel (HVOF); and

- Entfernen des Maskierungsmaterials nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials .Removal of the masking material after application of the coating material.

Im erfindungsgemäßen Verfahren findet als Maskierungsmaterial ein Material Verwendung, das in einem Temperaturbereich von 10000C bis 15000C viskose Eigenschaften besitzt, während es bei Temperaturen unter 10000C fest und zäh ist. Ein solches Material lässt sich insbesondere mit der erfindungsgemäßenIn the method according to the invention is used as a masking material, a material which has viscous properties in a temperature range of 1000 0 C to 1500 0 C, while it is solid and tough at temperatures below 1000 0 C. Such a material can be particularly with the inventive

MaterialZusammensetzung realisieren. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die heißen, meist aufgeschmolzenen und teilweise sogar schmelzflüssigen Beschich- tungspartikel in den nicht zu beschichtenden Bereichen, bspw. den Wänden von Kühlluftbohrungen, vom während des Beschich- tens viskosen Maskierungsmaterial aufgefangen und eingekapselt. Beim Auftreffen auf das Maskierungsmaterial dringen sie auf Grund dessen Viskosität bei den während des Spritzens herrschenden Temperaturen bis zu einer bestimmten Tiefe in das Maskierungsmaterial ein und erkalten dabei. Sie werden schließlich vom Maskierungsmaterial eingefroren. Nach dem Beschichten sind die Oberflächen der eingekapselten Spritzpartikel dann idealerweise größtenteils mit Maskierungsmaterial bedeckt. Zudem entstehen vor dem Erkalten der Partikel bei ihrem Durchdringen des Maskierungsmaterials keine großen ver- sinterten Bereiche, weder zwischen den Spritzpartikeln untereinander, noch zwischen den Spritzpartikeln und der nicht zu beschichtenden Bauteiloberfläche. Daher kann das „eingefrorene" Beschichtungsmaterial nach dem Abkühlen des Bauteils leicht zusammen mit dem Maskierungsmaterial entfernt werden.Realize material composition. In the process according to the invention, the hot, mostly molten and sometimes even molten coating particles in the areas not to be coated, for example the walls of cooling air bores, are collected and encapsulated by the masking material which is viscous during the coating. When they strike the masking material they penetrate due to its viscosity at the prevailing temperatures during spraying to a certain depth in the masking material and then cool. They are finally frozen by the masking material. After coating, the surfaces of the encapsulated spray particles are then ideally largely covered with masking material. In addition, before the particles cool, as they pass through the masking material, there are no large sintered areas, neither between the spray particles, nor between the spray particles and the component surface that is not to be coated. Therefore, the "frozen" coating material can easily be removed along with the masking material after the component has cooled.

Als Maskierungsmaterial kann im erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere ein Material Verwendung finden, das außerdem beim Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur versprödet . Während eine Volumenzunahme des Maskierungsmaterials während des Aufspritzens des Beschichtungsmaterials auf Grund der aufgenommenen Metallpartikel erfolgt, die zu einer leichten Wulstbildung an der Bauteiloberfläche führen kann, hauptsächlich aber in Richtung Bauteilinnenraum erfolgt, schrumpft das Maskierungsmaterial während der Erkaltung auf Raumtemperatur. Wenn die Raumtemperatur erreicht ist, sind daher die nicht zu beschichtenden Bereiche des Bauteils mit versprödetem, mit Metallpartikel dotiertem Maskierungsmaterial versehen, das durch sanftes mechanisches Strahlen, bspw. mit Trockeneis oder einem Hochdruckwasserstrahl, entfernt werden kann. Auch das bei Abkühlung auf Raumtemperatur versprödende Maskierungsmaterial lässt sich mit der erfindungsgemäßen Material - Zusammensetzung realisieren. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Maskierungsmaterial als aushärtbare Paste auf oder in die nicht zu beschichtenden Bereiche auf- bzw. eingebracht und anschließend ausgehärtet, bevor das Beschich- tungsmaterial aufgebracht wird. In der erfindungsgemäßenThe masking material used in the process according to the invention is, in particular, a material which, in addition, embrittles to room temperature during cooling of the component. While an increase in the volume of the masking material takes place during the spraying of the coating material due to the picked-up metal particles, which can lead to a slight beading on the component surface, but mainly takes place in the direction of the component interior, the masking material shrinks to room temperature during the cooling. When the room temperature is reached, therefore, the areas of the component which are not to be coated are provided with embrittled masking material doped with metal particles, which can be removed by gentle mechanical blasting, for example with dry ice or a high-pressure water jet. The masking material which embrittles on cooling to room temperature can also be realized with the material composition according to the invention. In an advantageous development of the method according to the invention, the masking material is applied as a curable paste on or in the areas not to be coated or introduced and then cured before the coating material is applied. In the invention

MaterialZusammensetzung kann die Menge des Lösungsmittels so festgelegt werden, dass die MaterialZusammensetzung als eine streichfähige Paste vorliegt. Als streichfähige Paste ist das Maskierungsmaterial besonders einfach auf die bzw. in die nicht zu beschichtenden Bereiche des Turbinenbauteils auf- bzw. einzubringen.Material composition, the amount of the solvent can be set so that the material composition is present as a spreadable paste. As spreadable paste, the masking material is particularly easy on or in the non-coated areas of the turbine component or bring.

Das Aushärten des Maskierungsmaterials, insbesondere wenn als Maskierungsmaterial eine erfindungsgemäße Materialzusammen- setzung Verwendung findet, kann durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unter 6000C herbeigeführt werden. Dabei werden die Polysiloxane vernetzt, so dass eine Matrix aus anorganischen Bestandteilen, bspw. Si-O-Si-Ketten, und organischen Seitenketten, überwiegend aus -CH3, nebeneinander vor- liegen, in die der kohlenstoffhaltige und/oder metallpulver- haltige Füllstoff eingebettet ist. Durch die Vernetzung kann ein zuverlässiger Verbleib des eingebrachten bzw. aufgebrachten Maskierungsmaterials in bzw. auf den nicht zu beschichtenden Bereichen des Turbinenbauteils gewährleistet werden.The curing of the masking material, particularly when a material composition according to the invention reduction is used as a masking material can be brought about by a heat treatment at a temperature below 600 0C. In this case, the polysiloxanes are crosslinked so that a matrix of inorganic constituents, for example Si-O-Si chains, and organic side chains, predominantly of -CH 3 , are present next to one another, into which the carbonaceous and / or metal-powder-containing filler is embedded. The crosslinking can ensure reliable retention of the introduced or applied masking material in or on the regions of the turbine component which are not to be coated.

Als Maskierungsmaterial wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung insbesondere ein keramisierbares Material verwendet, das keramisiert wird, bevor das Beschichtungsmaterial aufgebracht wird. Insbesondere die erfindungsgemäße Material - Zusammensetzung eignet sich als keramisierbares Material. Die Keramisierung kann durch eine Pyrolysebehandlung bei einer Temperatur aus dem Temperaturbereich zwischen 6000C und 12000C herbeigeführt werden. Die Pyrolyse kann hierbei bspw. in einer Argonatmosphäre, in Luft oder im Vakuum durchgeführt werden. Es ist insbesondere auch Möglich, die Pyrolyse während des Vorwärmens des Turbinenbauteils vor dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials durchzuführen, so dass kein zusätzlicher Verfahrensschritt anfällt. Bspw. während der Keramisierung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung wird das polymere Netzwerk des ausgehärteten Maskierungsmaterials zersetzt und über thermische Zwi- schenstufen von amorphen bis kristallinen Phasen neu strukturiert. Wenn die Pyrolyse in einer Argonatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird, so entsteht ein Siliziumoxikarbid- Glas (SiOC-Glas) , wenn sie in Luft durchgeführt wird, entsteht ein Quarzglas (SiO2-Glas) , auch Cristobalit genannt. Während Quarzgläser eine Erweichungstemperatur von 10500C besitzen, haben Siliziumoxikarbid-Gläser einer Erweichungstemperatur von ca. 13500C. Durch den Einbau von Kohlenstoff in die SiO2-Matrix der Quarzgläser ist es daher möglich, die Erweichungstemperatur anzuheben und ein Glas für den Hochtem- peraturbereich bereitzustellen. Durch die gezielte Zugabe kohlenstoffhaltige und/oder metallpulverhaltige Füllstoffe wie bspw. Strontiumcarbonat , Kalziumcarbonat , Natriumcarbo- nat, Lithiumcarbonat und Magnesiumcarbonat ist es möglich, das Siliziumoxidkarbidglas in seiner Erweichungstemperatur abzusenken. Je nach Wahl des Füllstoffes, der insbesondere auch als Kombination zweier oder mehrerer der genannten Füllstoffe vorliegen kann, und des Volumenanteils des Füllstoffes am Gesamtvolumen aus Polysiloxan und Füllstoff in der erfindungsgemäßen MaterialZusammensetzung ist es daher möglich ein definiertes Erweichungstemperaturfenster im Bereich insbesondere zwischen 10500C und 13500C zu öffnen, in welchem das Glas eine ausreichend hohe Viskosität zum Auffangen und Einkapseln der heißen Beschichtungsmaterialpartikel besitzt. Insbesondere mit der erfindungsgemäßen Materialzusammenset- zung lässt sich so eine Viskosität herbeiführen, die einerseits hoch genug ist, das Material etwa in Kühlluftbohrungen von Turbinenschaufel zu halten, ohne dass es heraus fließt, andererseits aber niedrig genug ist, um die kinetische Energie der Auftreffenden Beschichtungspartikel aufzunehmen und diese zu kapseln.In a further embodiment of the invention, the masking material used is in particular a ceramizable material which is ceramified before the coating material is applied. In particular, the material composition according to the invention is suitable as a ceramizable material. The ceramization can be brought about by a pyrolysis treatment at a temperature within a temperature range between 600 and 1200 0 C 0 C. In this case, the pyrolysis can be carried out, for example, in an argon atmosphere, in air or in vacuo. In particular, it is also possible to carry out the pyrolysis during the preheating of the turbine component before the application of the coating material, so that no additional process step is obtained. For example. During the ceramization of the material composition according to the invention, the polymeric network of the cured masking material is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases. When the pyrolysis is carried out in an argon atmosphere or under vacuum, a silicon oxy carbide glass (SiOC glass) is formed, when it is carried out in air, a quartz glass (SiO 2 glass), also called cristobalite, is formed. While quartz glasses have a softening temperature of 1050 0 C, have silicon oxycarbide glasses a softening temperature of about 1350 0 C. The incorporation of carbon into the SiO 2 matrix of quartz glass, it is possible to raise the softening temperature and a glass for the Hochtem - To provide temperature range. By selectively adding carbonaceous and / or metal powder-containing fillers such as, for example, strontium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate, lithium carbonate and magnesium carbonate, it is possible to lower the silicon oxide carbide glass in its softening temperature. Depending on the choice of the filler, which may be present in particular as a combination of two or more of said fillers, and the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler in the material composition according to the invention, it is therefore possible a defined softening temperature window in the range in particular between 1050 0 C and 1350 0 C open, in which the glass has a sufficiently high viscosity for collecting and encapsulating the hot coating material particles. In particular, with the material composition according to the invention, a viscosity can be brought about which is high enough to hold the material approximately in cooling air bores of the turbine blade without flowing out, but low enough to absorb the kinetic energy of the impinging coating particles and to encapsulate them.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen kann insbesondere als Verfahren zum Aufbringen von MCrAlX-Material als Beschichtungsmaterial ausgebildet sein. Dabei steht M für zumindest ein Element der Gruppe bestehend aus Eisen (Fe) , Kobalt (Co) und Nickel (Ni) , X für Yttrium (Y) und/oder Silizium (Si) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium (Hf) .The inventive method for coating turbine components can in particular as a method for applying MCrAlX material may be formed as a coating material. M is at least one element of the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni), X for yttrium (Y) and / or silicon (Si) and / or at least one element of the rare earths or Hafnium (Hf).

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Kühlluftbohrung, die während des Aufbringens einer MCrAlX-Beschichtung mit einem Maskierungsmaterial aus einer erfindungsgemäßen Materi- alZusammensetzung geschützt war.FIG. 1 shows a cross-section through a cooling-air bore which was protected during the application of an MCrAlX coating with a masking material made of a material composition according to the invention.

Die Figuren 2 bis 7 zeigen verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens .Figures 2 to 7 show various stages of the coating process of the invention.

Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt .FIG. 8 shows by way of example a gas turbine in a longitudinal partial section.

Die Figur 9 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine, die sich ent- lang einer Längsachse erstreckt.FIG. 9 shows a perspective view of a moving blade or guide vane of a turbomachine that extends along a longitudinal axis.

Die Figur 10 zeigt eine Brennkammer einer Gasturbine.FIG. 10 shows a combustion chamber of a gas turbine.

Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .FIG. 8 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality Coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel - ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das ArbeitsmediumDuring operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working medium 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium flows

113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.113 along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the blades 120. On the blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and this drives the machine coupled to it.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet . Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant. Likewise, substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der GruppeLikewise, blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one member of the group

Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al.Iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon, scandium (Sc) and / or at least one element of rare earth or hafnium). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt- riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt. Die Figur 9 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143. FIG. 9 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.The blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.

Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge- stellt) .As a guide blade 130, the blade 130 may have another platform at its blade tip 415 (not shown).

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown). The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab- strömkante 412 auf.The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.In conventional blades 120, 130, for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl . der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein. Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind.Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These writings are with respect. the chemical composition of the alloy part of the disclosure. The blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof. Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.The production of such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.

Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprach- gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auchIn this process, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e. grains which run the full length of the workpiece and here, in common language use, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal. In these processes, one must avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since undirected growth necessarily forms transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component. Is generally speaking of directionally solidified structures speech, so are both single crystals meant that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, as well

Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .Stem-crystal structures, which probably have longitudinally extending grain boundaries, but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl . des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1; These writings are with respect. the solidification process part of the disclosure.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegenSimilarly, the blades 120, 130 coatings against

Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al.Have corrosion or oxidation, z. (MCrAlX, M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.

Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.The density is preferably 95% of the theoretical density.

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer).

Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10Al-0,4Y-l, 5Re.Preferably, the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y. Besides these cobalt-based protective coatings, nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5Re.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zrθ2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht .On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht. Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch nochOther coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer. Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed of protective layers after use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, will also

Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Cracks in component 120, 130 repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.

Die Figur 10 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerräum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.FIG. 10 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine. The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction about an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber space 154 which generates flames 156. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a relatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a relatively high temperature of the working medium M of approximately 1000 0 C to 1600 ° C. In order to lend a comparatively long service life to these operating parameters, which are unfavorable for the materials, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.

Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- Schicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt. Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al.Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic stones). These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .On the MCrAlX, for example, a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.Other coating methods are conceivable, e.g. Atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Hitze- Schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls vonRefurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced by after use

Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte . Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.Protective layers must be freed (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerräum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat shield elements 155 are then hollow and have, for example possibly still in the Brennkammerräum 154 opening cooling holes (not shown).

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße MaterialZusammensetzung anhand von konkreten Beispielen beschrieben.Hereinafter, the material composition of the present invention will be described by way of concrete examples.

Die MaterialZusammensetzung umfasst Polysiloxan, ein Lösungsmittel sowie einen Metall und/oder Kohlenstoff umfassenden Füllstoff. Das Polysiloxan kann insbesondere Methylsiloxan, also CH3SiOi,5 und das Lösungsmittel ein organisches, bspw. auf Terpeniol basierendes Lösungsmittel sein. Als Füllstoff eignen sich insbesondere Kohlenstoffpulver, Metallpulver, Strontiumcarbonat , Kalziumcarbonat , Natriumcarbonat , Lithiumcarbonat und Magnesiumcarbonat einzeln oder in Kombination. Der Füllstoff dient hierbei dazu, ein definiertes Erweichungstemperaturfenster im Temperaturbereich zwischen 10000C und 15000C, insbesondere im Temperaturbereich von 10500C bis 13500C zu definieren. Hierbei dient der Füllstoff in erster Linie dazu, die Erweichungstemperatur eines Siliziumoxikar- bid-Glases, welches durch Pyrolyse der MaterialZusammensetzung in einer Argonatmosphäre oder im Vakuum entsteht, herab zu setzen. Ohne Füllstoff hat dieses Glas eine Erweichungstemperatur von ca. 135O0C bis 14000C. Falls eine Erweichungstemperatur im unteren Bereich des Temperaturbereiches von 10000C bis 15000C erzielt werden soll, bspw. 10500C, so lässt sich dies außer durch Zusetzen des Füllstoffes auch dadurch erreichen, dass die MaterialZusammensetzung einer Pyrolyse an Luft unterzogen wird, wodurch statt des Siliziumoxikarbid- Glases ein Quarzglas entsteht. Der Anteil an Füllstoff kann in diesem Fall äußert gering sein. In der Regel wird jedoch eine Pyrolyse in Argonatmosphäre oder Vakuumatmosphäre und die Zugabe eines Füllstoffes in nicht verschwindender Menge zu bevorzugen sein. Insgesamt lässt sich also durch Wahl der Pyrolyseatmosphäre und insbesondere durch die Wahl des Füll- Stoffes das Erweichungstemperaturfenster sehr genau definieren. Nachfolgend werden vier konkrete Beispiele für die erfindungsgemäße MaterialZusammensetzung beschrieben.The material composition comprises polysiloxane, a solvent, and a metal and / or carbon filler. The polysiloxane may be an organic, for example. Terpeniol based solvent in particular, methyl siloxane, ie CH 3 SIOI, 5 and the solvent. In particular, carbon powder, metal powder, strontium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate, lithium carbonate and magnesium carbonate, individually or in combination, are suitable as fillers. The filler serves to define a defined softening temperature window in the temperature range between 1000 0 C and 1500 0 C, in particular in the temperature range from 1050 0 C to 1350 0 C. In this case, the filler serves primarily to lower the softening temperature of a silicon oxychloride glass which is produced by pyrolysis of the material composition in an argon atmosphere or under reduced pressure. Without filler, this glass has a softening temperature of about 135O 0 C to 1400 0 C. If a softening temperature in the lower range of the temperature range of 1000 0 C to 1500 0 C is to be achieved, for example. 1050 0 C, then this can except by Adding the filler also achieve that the material composition is subjected to a pyrolysis in air, whereby instead of the Siliziumoxikarbid- glass, a quartz glass is formed. The proportion of filler in this case can be extremely low. In general, however, a pyrolysis in an argon atmosphere or vacuum atmosphere and the addition of a filler in non-vanishing amount to be preferred. Overall, therefore, the softening temperature window can be defined very precisely by selecting the pyrolysis atmosphere and, in particular, by choosing the filler. Four concrete examples of the material composition according to the invention are described below.

Erstes konkretes BeispielFirst concrete example

In einem ersten konkreten Beispiel für die MaterialZusammensetzung umfasst diese Methylsiloxan und Strontiumkarbid. Der Volumenanteil des Strontiumkarbids am Gesamtvolumen aus Methylsiloxan und Strontiumkarbid beträgt 80%. Diesem Gemisch wird ein Lösungsmittel auf Terpinyolbasis in einer derart abgemessenen Menge beigemischt, dass eine streichfähige Paste entsteht. Die MaterialZusammensetzung kann durch eine Wärmebehandlung mit einer Temperatur von nicht mehr als 6000C aus- gehärtet werden, wodurch ein Grünkörper mit einer Polymermatrix bzw. einem Polymernetzwerk entsteht. Das Polymernetzwerk umfasst Si-O-Si-Ketten als anorganische Basisbestandteile und organische Seitenketten, die überwiegend aus -CH3 bestehen. In das Netzwerk ist das Strontiumcarbonat eingelagert. Der Grünkörper kann anschließend durch eine Pyrolysebehandlung keramisiert werden. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Pyrolyse im Vakuum oder alternativ in einer Argonatmosphäre. Dabei wird das Polymernetzwerk des Grünkörpers zersetzt und über thermische Zwischenstufen von amorphen bis kristallinen Phasen neu strukturiert. Die organischen Bestandteile werden bei diesem Prozess ausgetrieben. Das Ergebnis der Pyrolyse ist ein Siliziumoxikarbid-Glas, das auf Grund des Zusatzes von Strontiumkarbonat eine Erweichungstemperatur aufweist, die oberhalb von 10500C und unterhalb von 135O0C liegt.In a first concrete example of the material composition, this includes methylsiloxane and strontium carbide. The volume fraction of strontium carbide in the total volume of methylsiloxane and strontium carbide is 80%. To this mixture is added a terpinyol-based solvent in such a metered amount as to form a spreadable paste. The material composition can be cured by a heat treatment with a temperature of not more than 600 0 C, whereby a green body with a polymer matrix or a polymer network is formed. The polymer network comprises Si-O-Si chains as basic inorganic constituents and organic side chains consisting predominantly of -CH 3 . The strontium carbonate is embedded in the network. The green body can then be ceramified by a pyrolysis. In the present example, the pyrolysis takes place in vacuo or alternatively in an argon atmosphere. The polymer network of the green body is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases. The organic components are expelled during this process. The result of the pyrolysis is a Siliziumoxikarbid glass, which has a softening temperature due to the addition of strontium carbonate, which is above 1050 0 C and below 135O 0 C.

Zweites konkretes BeispielSecond concrete example

Das zweite konkrete Beispiel umfasst dieselben Bestandteile wie das erste konkrete Beispiel, jedoch in anderen Volumenanteilen. Auf die Bestandteile an sich wird daher nicht noch einmal eingegangen. Im zweiten konkreten Beispiel ist der Volumenanteil an Strontiumkarbonat im Vergleich zum ersten Beispiel weiter erhöht, nämlich auf 95%. Das aus dieser Materialzusammensetzung entstehende Siliziumoxikarbid-Glas weist auf Grund des höheren Strontiumkarbonatanteils ein Erweichungstemperaturfenster auf, das im Vergleich zum ersten konkreten Beispiel zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben ist, aber immer noch im Temperaturbereich zwischen 10500C und 135O0C liegt.The second concrete example includes the same components as the first concrete example, but in different volume proportions. The components themselves will therefore not be discussed again. In the second concrete example, the volume fraction of strontium carbonate is compared to the first Example further increased, namely to 95%. The result of making such material composition silicon oxycarbide glass has due to the higher Strontiumkarbonatanteils a Erweichungstemperaturfenster which is shifted compared to the first concrete example to lower temperatures, but is still in the temperature range between 1050 0 C and 135 ° C 0.

Drittes konkretes BeispielThird concrete example

Im dritten konkreten Beispiel umfasst die Beschichtungszusam- mensetzung Methylsiloxan und Kalziumcarbonat . Das Kalziumcar- bonat hat dabei einen Volumenanteil am Gesamtvolumen aus Siloxan und Kalziumcarbonat von 80%. Diesem Gemisch wird ein organisches Lösungsmittel auf Terpinyolbasis in einer Menge beigefügt, die aus dem Gemisch eine streichfähige Paste macht. Anschließend wird die Paste einer Wärmebehandlung von nicht mehr als 6000C unterzogen, um sie auszuhärten. Dabei entsteht ein Grünkörper mit einer Matrix bzw. einen Polymernetzwerk, welches Si-O-Si-Ketten als anorganische Basisbestandteile und organische Seitenketten, die überwiegend aus - CH3 bestehen, umfasst. In das Polymernetzwerk des Grünkörpers ist das Kalziumcarbonat eingelagert. Der Grünkörper wird an- schließend einer Pyrolyse im Vakuum unterzogen. Alternativ ist auch eine Pyrolyse in einer Argonatmospäre möglich. Während der Pyrolyse wird das Polymernetzwerk des Grünkörpers zersetzt und über thermische Zwischenstufen von amorphen bis kristallinen Phasen neu strukturiert. Die organischen Be- standteile werden bei diesem Prozess ausgetrieben. Das Ergebnis der Pyrolyse ist ein Siliziumoxikarbid-Glas, dessen Erweichungstemperatur durch die Zugabe des Kalziumcarbonats auf ein Erweichungstemperaturfenster von unter 13500C herabgesetzt ist. Es liegt aber oberhalb von 10500C. Viertes konkretes BeispielIn the third concrete example, the coating composition comprises methylsiloxane and calcium carbonate. The calcium carbonate has a volume fraction of the total volume of siloxane and calcium carbonate of 80%. To this mixture is added a terpinyol-based organic solvent in an amount which turns the mixture into a spreadable paste. Subsequently, the paste is subjected to a heat treatment of not higher than 600 ° C. to cure it. This results in a green body with a matrix or a polymer network, which comprises Si-O-Si chains as inorganic base constituents and organic side chains, which predominantly consist of - CH 3 . The calcium carbonate is embedded in the polymer network of the green body. The green body is then subjected to pyrolysis in vacuo. Alternatively, pyrolysis in an argon atmosphere is also possible. During pyrolysis, the polymer network of the green body is decomposed and restructured via thermal intermediates of amorphous to crystalline phases. The organic constituents are expelled during this process. The result of the pyrolysis is a silicon oxy carbide glass, the softening temperature of which is reduced by the addition of the calcium carbonate to a softening temperature window of below 1350 ° C. But it is above 1050 0 C. Fourth concrete example

Die MaterialZusammensetzung gemäß dem vierten konkreten Beispiel weist dieselben Bestandteile wie die Materialzusammen- Setzung gemäß dem dritten konkreten Beispiel auf. Auf die Materialbestandteile wird daher nicht noch einmal eingegangen. Im Vergleich zum dritten Beispiel ist der Volumenanteil des Kalziumcarbonats am Gesamtvolumen aus Siloxan und Kalzi- umcarbonat auf 95% erhöht. Durch die Erhöhung des Kalziumcar- bonatanteils ist das Temperaturfenster des resultierenden Siliziumoxikarbid-Glases gegenüber dem Siliziumoxikarbid- Glas, das aus der MaterialZusammensetzung des dritten konkreten Beispiels resultiert, weiter herabgesetzt. Es liegt aber immer noch oberhalb von 10500C.The material composition according to the fourth concrete example has the same constituents as the material composition according to the third concrete example. The material components will therefore not be discussed again. Compared to the third example, the volume fraction of calcium carbonate in the total volume of siloxane and calcium carbonate is increased to 95%. By increasing the calcium carbonate content, the temperature window of the resulting silicon oxy carbide glass is further reduced from the silicon oxy carbide glass resulting from the material composition of the third concrete example. But it is still above 1050 0 C.

Die aus den MaterialZusammensetzung gemäß den Beispielen 1 bis 3 entstehenden Siliziumoxikarbid-Gläser weisen alle ein Erweichungstemperaturfenster auf, welches den Einsatz des Materials als Maskierungsmaterial für einen MCrAlX-Beschich- tungsprozess mittels Plasmaspritzens oder mittels anderer thermischer Spritzverfahren ermöglicht. Das Erweichungstemperaturfenster ist so gewählt, dass die Viskosität des Siliziumoxikarbid-Glases bei der während des Beschichtens herrschenden Oberflächentemperatur des Bauteils ein Auffangen und Einkapseln der heißen, meist angeschmolzenen und teilweise schmelzflüssigen MCrAlX-Partikel ermöglicht. Mit anderen Worten, die Viskosität ist einerseits hoch genug, damit sich das Glas in den Kühlluftbohrungen der Turbinenschaufel halten kann, ohne heraus zu fließen, aber andererseits niedrig genug, um die kinetische Energie der MCrAlX-Partikel aufzunehmen und diese zu kapseln, bevor sie die Wand der Kühlluft- bohrung erreichen.The silicon oxycarbide glasses produced from the material composition according to Examples 1 to 3 all have a softening temperature window which makes it possible to use the material as masking material for a MCrAlX coating process by means of plasma spraying or by means of other thermal spraying methods. The softening temperature window is chosen so that the viscosity of the silicon oxy carbide glass at the surface temperature of the component prevailing during the coating enables the hot, mostly molten and partially molten MCrAlX particles to be collected and encapsulated. In other words, on the one hand, the viscosity is high enough for the glass to hold in the cooling air holes of the turbine blade without flowing out, but on the other hand low enough to absorb the kinetic energy of the MCrAlX particles and to encapsulate them before releasing them Reach the wall of the cooling air hole.

Figur 1 stellt den Querschliff einer Kühlluftbohrung in einer Turbinenschaufel dar, welche mit der Paste gemäß dem vierten Beispiel gefüllt wurde. Die Turbinenschaufel wurde anschließend einer Wärmebehandlung bei ca. 5000C bis 6000C unterzo- gen, um die Paste auszuhärten. Danach wurde eine Pyrolyse bei ca. 10000C bis 12000C in Argonatmosphäre durchgeführt, um die ausgehärtete Paste zu keramisieren. Die Figur zeigt den Schliff nach dem Beschichten der Bauteiloberfläche mit einer MCrAlX-Beschichtung. Es sind das Basismaterial 1 der Turbinenschaufel, bspw. eine Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, die MCrAlX-Beschichtung 3 sowie eine Kühlluft- bohrungen 5, die mit dem Siliziumoxikarbid-Glas gemäß dem vierten Beispiel gefüllt ist, zu erkennen. Im in der Figur dunkel gefärbten Siliziumoxikarbid-Glas, das in der Figur bereits wieder abgekühlt ist, sind deutlich gekapselte MCrAlX- Partikel und -Partikelgruppen 7 (in der Figur als helle Einlagerungen im dunklen Siliziumoxikarbid-Glas zu erkennen) zu sehen. Die Wände 9 der Kühlluftbohrungen 5 sind frei von MCrAlX-Material . Ebenso ist zu erkennen, dass sich über dem Siliziumoxikarbid-Glas keine „coat-over-Schicht" gebildet hat.Figure 1 illustrates the transverse section of a cooling air bore in a turbine blade filled with the paste according to the fourth example. The blade was then subjected to a heat treatment at 500 0 C to 600 0 C unterzo- to cure the paste. Thereafter, a pyrolysis at about 1000 0 C to 1200 0 C was carried out in argon atmosphere to ceramise the cured paste. The figure shows the finish after coating the component surface with a MCrAlX coating. There are the base material 1 of the turbine blade, for example, a nickel or cobalt base superalloy, the MCrAlX coating 3 and a cooling air holes 5, which is filled with the Siliziumoxicarbid glass according to the fourth example. In the figure in the figure dark colored Siliziumoxikarbid glass, which is already cooled in the figure again, clearly encapsulated MCrAlX particles and particle groups 7 (in the figure as light inclusions in the dark Siliziumoxikarbid glass to see) can be seen. The walls 9 of the cooling air holes 5 are free of MCrAlX material. It can also be seen that no "coat-over layer" has formed over the silicon oxycarbide glass.

Das Siliziumoxikarbid-Glas ist während des Abkühlens der Tur- binenschaufel auf Raumtemperatur geschrumpft und stark ver- sprödet . Die Schrumpfung ist in Figur 1 an der ins Innere der Kühlluftbohrungen hineinragenden Verteilung der gekapselten MCrAlX-Partikel 7 zu erkennen. Auf Grund der starken Versprö- dung kann das Glas nun samt der gekapselten MCrAlX-Partikel 7 mittels Trockeneisstrahlens aus der Kühlluftbohrung entfernt werden. Alternativ zum Trockeneisstrahlen kann auch ein Strahlen mit einem Hochdruckwasserstrahl erfolgen.The silica-carbide glass shrank to room temperature during cooling of the turbine blade and is highly brittle. The shrinkage can be seen in Figure 1 at the projecting into the interior of the cooling air holes distribution of the encapsulated MCrAlX particles 7. Due to the strong embrittlement, the glass together with the encapsulated MCrAlX particles 7 can now be removed from the cooling air bore by means of dry ice blasting. As an alternative to dry ice blasting, blasting with a high-pressure water jet can also take place.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 2 bis 7 näher beschrieben. DieThe coating method according to the invention will be described in more detail below with reference to FIGS. 2 to 7. The

Figuren zeigen schematisch die in Figur 1 dargestellte Turbinenschaufel während unterschiedlichen Stadien des Beschich- tungsverfahrens . Figur 2 zeigt die unbeschichtete Turbinenschaufel . Es sind das Basismaterial 1, die Schaufeloberfläche 2 sowie eine durch Wände 9 begrenzte Kühlluftbohrung 5 zu erkennen. In die Kühlluftbohrung 5 wird eine Paste mit einer Materialzusammen- setzung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 mit der Oberfläche 2 bündig eingestrichen. Danach wird die Turbinenschaufel eine Wärmebehandlung mit einer Temperatur im Bereich zwischen 300°C und 6000C unterzogen, wobei die eingestrichene Paste zu einem Grünkörper 11, wie er mit Bezug auf die Beispiele 1 bis 4 beschrieben worden ist, aushärtet. Die Turbinenschaufel mit dem in der Kühlluftbohrung angeordneten Grünkörper 11 ist in Figur 3 dargestellt.Figures show schematically the turbine blade shown in Figure 1 during different stages of the coating process. Figure 2 shows the uncoated turbine blade. There are the base material 1, the blade surface 2 and a limited by walls 9 cooling air hole 5 can be seen. Into the cooling air bore 5, a paste having a material composition according to one of Examples 1 to 4 is brushed flush with the surface 2. Thereafter, the turbine blade is subjected to a heat treatment at a temperature in the range between 300 ° C and 600 0 C, wherein the paste pasted to a green body 11, as described with reference to Examples 1 to 4, hardens. The turbine blade with the arranged in the cooling air hole green body 11 is shown in Figure 3.

Die Turbinenschaufel mit dem Grünkörper 11 wird anschließend einer Pyrolyse mit einer Pyrolysetemperatur zwischen 9000C und 12000C unterzogen. Nach der Pyrolyse ist die Kühlluftbohrung 5 mit einem Siliziumoxikarbid-Glaskörper 13 gefüllt. Dieser stellt das eigentliche Maskierungsmaterial dar, das die Kühlluftbohrung 5 während des Aufspritzens einer MCrAlX- Beschichtung schützt. Das Aufspritzen der MCrAlX-Beschichtung 15, das mittels eines thermischen Spritzverfahrens erfolgt, ist in Figur 5 dargestellt. Während sich die verspritzten MCrAlX-Partikel 17 auf der Oberfläche 2 der Turbinenschaufel zu der MCrAlX-Beschichtung 15 ablagern, dringen sie im Be- reich der Kühlluftbohrung 5 in das bei den während desThe turbine blade with the green body 11 is then subjected to pyrolysis with a pyrolysis between 900 0 C and 1200 0 C. After pyrolysis, the cooling air bore 5 is filled with a silicon oxycarbide glass body 13. This represents the actual masking material that protects the cooling air hole 5 during the spraying of a MCrAlX coating. The spraying of the MCrAlX coating 15, which takes place by means of a thermal spraying process, is shown in FIG. While the splashed MCrAlX particles 17 deposit on the surface 2 of the turbine blade to the MCrAlX coating 15, they penetrate in the area of the cooling air hole 5 in the during the

Spritzprozesses herrschenden Oberflächentemperaturen viskose Siliziumoxikarbid-Glas 13 ein. Bei diesem Eintreten geben sie ihre kinetische Energie an das Glas 13 ab und werden von diesem gekapselt. Die gekapselten MCrAlX-Partikel sind in Figur 5 als große dunkle Bereiche 19 im Glas 13 dargestellt. Auf dem Glas 13 selbst lagert sich so gut wie kein MCrAlX-Mate- rial ab, da alle MCrAlX-Partikel in es eindringen.Spraying process prevailing surface temperatures viscous Siliziumoxikarbid glass 13 a. As they enter, they release their kinetic energy to the glass 13 and are encapsulated by it. The encapsulated MCrAlX particles are shown in FIG. 5 as large dark regions 19 in the glass 13. Virtually no MCrAlX material is deposited on the glass 13 itself, since all MCrAlX particles penetrate it.

Nachdem der Spritzprozess beendet ist, kühlt die Turbinen- schaufei ab. Dabei schrumpft und versprödet das Siliziumoxikarbid-Glas 13, so dass im Bereich der Kühlluftbohrung 5 eine Einsenkung 6 in der Oberfläche entsteht. Die Turbinenschaufel nach dem Abkühlen ist in Figur 6 dargestellt. Figur 6 entspricht hierbei dem Schliff aus Figur 1.After the injection process is finished, the turbine blade cools down. In the process, the silicon oxy carbide glass 13 shrinks and embrittles, so that a depression 6 is formed in the surface in the region of the cooling air bore 5. The turbine blade after cooling is shown in Figure 6. FIG. 6 corresponds to the cut of FIG. 1.

Nach dem Abkühlen wird das spröde Glas 13 mittels eines Trockeneisstrahls oder Hochdruckwasserstrahls samt den darin eingelagerten gekapselten MCrAlX-Partikeln 19 entfernt. Das Ergebnis ist eine mit einer MCrAlX-Beschichtung 15 versehene Turbinenschaufel, die Kühlluftbohrungen 5 aufweist, in denen kein „coat down"-Effekt vorhanden ist (Fig. 7) . After cooling, the brittle glass 13 is removed by means of a dry ice jet or high-pressure water jet together with the encapsulated MCrAlX particles 19 embedded therein. The result is a turbine blade provided with an MCrAlX coating 15 having cooling air holes 5 in which there is no coat down effect (Figure 7).

Claims

Patentansprüche claims 1. MaterialZusammensetzung, insbesondere zur Verwendung als Maskierungsmaterial zum1. Material composition, in particular for use as a masking material for Schutz von nicht zu beschichtenden Bereichen eines Turbinenbauteils während des Aufbringens einer korrosionshemmenden und/oder oxidationshemmenden Beschichtung, umfassend: Polysiloxan, ein Lösungsmittel sowie einen Metall und/oder Kohlenstoff umfassenden Füllstoff.Protection of non-coating areas of a turbine component during the application of a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating, comprising: polysiloxane, a solvent and a filler comprising metal and / or carbon. 2. MaterialZusammensetzung nach Anspruch 1, in der das Polysiloxan ein Polysiloxan der Form [CH3SiOi, 5]n ist.The composition of matter of claim 1, wherein the polysiloxane is a polysiloxane of the form [CH 3 SiOi, 5 ] n . 3. MaterialZusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in der das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel istA material composition according to claim 1 or 2, wherein the solvent is an organic solvent 4. MaterialZusammensetzung nach Anspruch 3, in der das Lösungsmittel ein Lösungsmittel auf Terpeniolba- sis ist.4. A material composition according to claim 3, wherein the solvent is a terpenol-based solvent. 5. MaterialZusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoffpulver, Metallpulver, Strontium- carbonat, Kalziumcarbonat , Natriumcarbonat , Lithiumcarbonat und Magnesiumcarbonat sowie Gemischen davon. 5. A material composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the filler is selected from the group consisting of carbon powder, metal powder, strontium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate, lithium carbonate and magnesium carbonate and mixtures thereof. 6. MaterialZusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der der Volumenanteil des Füllstoffes am Gesamtvolumen aus Polysiloxan und Füllstoff mindestens 70% beträgt.6. Material composition according to one of claims 1 to 5, in which the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler is at least 70%. 7. MaterialZusammensetzung nach Anspruch 6, in der der Volumenanteil des Füllstoffes am Gesamtvolumen aus Polysiloxan und Füllstoff mindestens 90% beträgt.Material composition according to claim 6, in which the volume fraction of the filler in the total volume of polysiloxane and filler is at least 90%. 8. Verfahren zum Beschichten von Turbinenbauteilen, welche zu beschichtende Bereiche (2) und nicht zu beschichtende Bereiche (9) aufweisen, mit einem korrosionshemmenden und/oder oxidationshemmenden Beschichtungsmaterial (15) mit den Schritten:8. A method for coating turbine components which have regions (2) to be coated and regions (9) which are not to be coated, with a corrosion-inhibiting and / or oxidation-inhibiting coating material (15) comprising the steps: - Maskieren der nicht zu beschichtenden Bereiche (9) mit einem Maskierungsmaterial (13) vor dem Aufbringen des Be- schichtungsmaterials (15) , - Aufbringen des Beschichtungsmaterials (15) auf das Turbinenbauteil durch thermisches Spritzen undMasking the regions (9) to be coated with a masking material (13) before applying the coating material (15), applying the coating material (15) to the turbine component by thermal spraying and - Entfernen des Maskierungsmaterials (13) nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials (15) ,Removing the masking material (13) after application of the coating material (15), dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that als Maskierungsmaterial (13) ein Material Verwendung findet, das in einem Temperaturbereich von 10000C bis 1500 0C viskose Eigenschaften besitzt, während es bei Temperaturen unter 10000C fest und zäh ist.as masking material (13) a material is used which has viscous properties in a temperature range of 1000 0 C to 1500 0 C, while it is solid and tough at temperatures below 1000 0 C. 9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass9. The method according to claim 8, characterized in that als Maskierungsmaterial (13) ein Material Verwendung findet, das außerdem beim Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur versprödet . as masking material (13) a material is used which also embrittles on cooling of the component to room temperature. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass10. The method according to claim 9, characterized in that das Maskierungsmaterial (13) nach dem Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur mittels eines Strahlverfahrens entfernt wird.the masking material (13) is removed after cooling the component to room temperature by means of a blasting process. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that das Maskierungsmaterial (13) als aushärtbare Paste auf oder in die nicht zu beschichtenden Bereiche (9) auf- bzw. eingebracht wird und anschließend ausgehärtet wird, bevor das Beschichtungsmaterial (15) aufgebracht wird.the masking material (13) is applied as a curable paste on or in the uncoated areas (9) and is then cured before the coating material (15) is applied. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass12. The method according to claim 11, characterized in that das Aushärten durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unter 6000C herbeigeführt wird.the curing is brought about by a heat treatment at a temperature below 600 0 C. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass13. The method according to any one of claims 8 to 12, characterized in that als Maskierungsmaterial (13) ein keramisierbares Material Verwendung findet, das keramisiert wird, bevor das Beschichtungsmaterial (15) aufgebracht wird. as the masking material (13) a ceramizable material is used, which is ceramized before the coating material (15) is applied. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. The method according to claim 13, characterized in that das Keramisieren durch eine Pyrolysebehandlung bei einer Temperatur aus dem Temperaturbereich zwischen 6000C und 12000C herbeigeführt wird.the ceramification is brought about by a pyrolysis treatment at a temperature from the temperature range between 600 0 C and 1200 0 C. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass15. The method according to claim 14, characterized in that das Turbinenbauteil vor dem Aufbringen des Beschichtungsma- terials (15) vorgewärmt wird und das Keramisieren während des Vorwärmens herbeigeführt wird.the turbine component is preheated prior to the application of the coating material (15) and the ceramization is brought about during the preheating. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass16. The method according to any one of claims 14 or 15, characterized in that die Pyrolyse in einer Argonatmosphäre, in Luft oder im Vakuum durchgeführt wird.the pyrolysis is carried out in an argon atmosphere, in air or in vacuo. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass17. The method according to any one of claims 8 to 16, characterized in that als Maskierungsmaterial (13) ein Maskierungsmaterial mit einer MaterialZusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 Verwendung findet .as masking material (13) a masking material having a material composition according to one of claims 1 to 7 is used. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass18. The method according to any one of claims 8 to 17, characterized in that als Beschichtungsmaterial (15) ein MCrAlX-Material zum Einsatz kommt. as coating material (15) a MCrAlX material is used.
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