DE102004002943B4 - Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine - Google Patents

Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102004002943B4
DE102004002943B4 DE102004002943A DE102004002943A DE102004002943B4 DE 102004002943 B4 DE102004002943 B4 DE 102004002943B4 DE 102004002943 A DE102004002943 A DE 102004002943A DE 102004002943 A DE102004002943 A DE 102004002943A DE 102004002943 B4 DE102004002943 B4 DE 102004002943B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
inlet lining
layers
thickness
titanium
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102004002943A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102004002943A1 (de
Inventor
Manfred Dr. Däubler
Klaus Dr. Schweitzer
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Priority to DE102004002943A priority Critical patent/DE102004002943B4/de
Priority to PCT/DE2004/002815 priority patent/WO2005071228A1/de
Publication of DE102004002943A1 publication Critical patent/DE102004002943A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102004002943B4 publication Critical patent/DE102004002943B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21—Oxide ceramics
    • F05D2300/2118—Zirconium oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/506—Hardness
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, das auf ein erstes Bauteil (11), welches vorzugsweise aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet ist, aufgebracht und gegenüber einem relativ zu diesem beweglichen, zweiten Bauteil (10), welches aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet ist, einlauffähig ist, mit einem mehrere Schichten (16, 17, 18) aufweisenden Einlaufbelag (13), wobei eine erste, innenliegende Schicht (16) des Einlaufbelags (13) relativ zu einer zweiten, außenliegenden Schicht (17) des Einlaufbelags (13) härter ist, wobei die zweite, außenliegende Schicht (17) einlauffähig ist, und wobei die Schichten (16, 17, 18) des Einlaufbelags (13) keramisch sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (16, 17, 18) des Einlaufbelags (13) jeweils derart gradiert sind, dass sich über die Dicke der Schichten (16, 17, 18) die Porosität und/oder Zusammensetzung derselben verändert, dass die erste, innenliegende Schicht (16) des Einlaufbelags (13) relativ zu der zweiten, außenliegenden Schicht (17) des Einlaufbelags (13) eine geringere...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine mit einer derartigen Rotor-/Statordichtung.
  • Eine Gasturbine, wie zum Beispiel ein Flugtriebwerk, verfügt über mindestens einen Rotor sowie mindestens einen Stator. Dem Rotor sind mehrere, zusammen mit dem Rotor rotierende Laufschaufeln zugeordnet, wobei die Laufschaufeln gegenüber einem Stator rotieren. Der Stator wird in der Regel von einem feststehenden Gehäuse sowie feststehenden Leitschaufeln gebildet. Um unerwünschte, den Wirkungsgrad von Gasturbinen beeinflussende Spaltverluste gering zu halten, ist es unter anderem erforderlich, Spalte zwischen den hochtourig drehenden Laufschaufeln des Rotors und einem den Rotor umgebenden, statorseitigen Gehäuse möglichst dauerhaft gering zu halten, d.h. eine möglichst gute Dichtwirkung zwischen dem Rotor und dem Stator zu erzielen.
  • Das Spaltmaß der obigen Spalte ist bekanntlich nicht konstant, sondern es unterliegt während der unterschiedlichen Betriebsphasen der Gasturbine Veränderungen. So erfahren zum Beispiel die rotierenden Laufschaufeln unter hohen Betriebsbelastungen aufgrund der thermischen Beanspruchung sowie der wirkenden Zentrifugalkraft eine Streckung in radialer Richtung, während das statorseitige, feststehende Gehäuse nur einer thermischen Dehnung unterliegt. Diese unterschiedlichen thermischen Reaktionscharakteristika führen zu den Veränderungen des Spaltmaßes.
  • Damit die unterschiedlichen thermischen Reaktionscharakteristika der rotierenden Laufschaufeln mit dem die Laufschaufeln umgebenden Gehäuse und der Forderung nach geringem Spaltmaß zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Gehäuse berücksichtig wird, ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, zwischen den Schaufelspitzen der rotierenden Laufschaufeln und dem statorseitigen Gehäuse ein Anstreifen bzw. Einlaufen zuzulassen. Um hierbei Beschädigungen der Schaufelspitzen der rotierenden Laufschaufeln und des feststehenden Gehäuses auszuschließen, ist auf die Schaufelspitzen der Lauf schaufeln häufig eine sogenannte Abrasivbeschichtung aufgebracht, wohingegen auf das statorseitige, feststehende Gehäuse zumindest bereichsweise ein entsprechender Einlaufbelag aufgebracht ist. Beim Anstreifen bzw. Einlaufen der Schaufelspitze an dem auf das feststehende Gehäuse aufgebrachten Einlaufbelag schneiden bzw. reiben die Schaufelspitzen oder die auf die Schaufelspitzen der rotierenden Laufschaufeln aufgebrachten Abrasivpartikel in den Einlaufbelag ein und tragen diesen bereichsweise ab.
  • Um den Verschleiß der Schaufelspitzen möglichst gering zu halten, ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, Einlaufbeläge, d.h. Beläge mit geringer Abriebfestigkeit, zu verwenden. Einlaufbeläge mit geringer Abriebfestigkeit verfügen zudem über eine gute Wärmedämmung und erlauben aufgrund ihrer guten Einlauffähigkeit Einlauftiefen im Millimeterbereich (typischerweise 0,1 mm bis 1,0 mm), ohne dass Schaufelbeschädigungen auftreten. Ein derartiger Einlaufbelag ist zum Beispiel aus der US 4,936,745 bekannt. Als nachteilig erweist sich jedoch der Umstand, dass die weichen Einlaufbeläge erosionsempfindlich sind, über eine schlechte Thermowechselbeständigkeit verfügen, was insgesamt zu einer eingeschränkten Lebensdauer führt.
  • Aus der DE 102 25 532 C1 ist ein Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine bekannt, das auf ein metallisches Bauteil aufgebracht ist. Bei dem metallischen Bauteil handelt es sich zum Beispiel um ein Gehäuse aus einer Titanbasislegierung. Das dort beschriebene Schichtsystem ist gegenüber einem rotierenden Bauteil einlauffähig und verfügt über einen zwei Schichten umfassenden Einlaufbelag. Die beiden Schichten des Einlaufbelags sind keramisch ausgebildet, wobei eine erste, innenliegende Schicht des Einlaufbelags relativ hart ist und wobei eine zweite, außenliegende Schicht einlauffähig ist. Die beiden Schichten des Schichtsystems gemäß DE 102 25 532 C1 verfügen beide entlang ihrer Dicke über eine gleichbleibende Konsistenz, sie sind demnach beide nicht gradiert. Die Haftschicht zwischen Bauteil und Einlaufbelag kann aber gradiert ausgeführt sein. Aus dem in der DE 102 25 532 C1 genannten Stand der Technik ist auch ein Schichtsystem mit drei keramischen Schichten bekannt, wovon die Zwischenschicht gradiert ist.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Schichtsystem für die Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine sowie eine entsprechende Strömungsmaschine vorzuschlagen.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Schichtsystem für die Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß sind die Schichten des Einlaufbelags jeweils derart gradiert, dass sich über die Dicke der Schichten die Porosität und/oder Zusammensetzung derselben verändert, wobei die erste, innenliegende Schicht des Einlaufbelags relativ zu der zweiten, außenliegenden Schicht des Einlaufbelags eine geringere Porosität aufweist und/oder dichter ist, und wobei die erste, innenliegende Schicht des Einlaufbelags eine Titanfeuerschutzschicht bereitstellt. Das erfindungsgemäße Schichtsystem verfügt über einen dreischichtigen Einlaufbelag, wobei alle Schichten des Einlaufbelags derart gradiert sind, dass sich die Porosität und/oder Zusammensetzung der Schichten über die Dicke derselben verändert. Das Schichtsystem ist speziell für Rotoren sowie Statoren abgestimmt, die aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet sind. Die innere Schicht des Einlaufbelags stellt nämlich eine Titanfeuerschutzschicht bereit. Mit einer derartigen Titanfeuerschutzschicht kann ein Titanfeuer an den Bauteilen aus der Titanbasislegierung oder der Titan-Aluminium-Legierung sicher verhindert werden. Die zweite, außenliegende Schicht ist sowohl einlauffähig als auch erosionsbeständig. Die dritte Schicht stellt eine Wärmedämmschicht bereit.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem ersten Bauteil und dem Einlaufbelag eine metallische Haftschicht angeordnet, wobei die Haftschicht zwischen der ersten, innenliegenden Schicht des Einlaufbelags und dem Bauteil angeordnet ist.
  • Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine ist im Patentanspruch 10 definiert.
    •
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 ein stark schematisiertes Prinzipbild zur Verdeutlichung des der hier vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems;
  • 2 eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Schichtsystems;
  • 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schichtsystem in sogenannter Hellfelddarstellung; und
  • 4 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Schichtsystem der 3 in sogenannter Dunkelfelddarstellung.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 in größerem Detail beschrieben.
  • 1 zeigt stark schematisiert eine rotierende Laufschaufel 10 einer Gasturbine, die gegenüber einem feststehenden, statorseitigen Gehäuse 11 in Richtung des Pfeils 12 rotiert. Auf dem Gehäuse 11 ist ein Schichtsystem 13 für eine Rotor-/Statordichtung zwischen der rotorseitigen Laufschaufel 10 und dem statorseitigen Gehäuse 11 angeordnet, wobei das Schichtsystem 13 einen Einlaufbelag bildet. Das Schichtsystem 13 dient der Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einer Spitze 14 der rotierenden Laufschaufel 10 und dem feststehenden Gehäuse 11. Bei dem in 1 schematisch dargestellten Gehäuse 11 handelt es sich nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um das Gehäuse eines Verdichters.
  • Die Anforderungen, die an ein solches Schichtsystem gestellt werden, sind sehr komplex. So muss das Schichtsystem ein optimiertes Abriebverhalten aufweisen, d.h. es muss eine gute Spanbildung und Entfernbarkeit des Abriebs gewährleistet sein. Weiterhin darf kein Materialübertrag auf die rotierenden Laufschaufeln 10 erfolgen. Das Schichtsystem 13 muss des weiteren einen niedrigen Reibwiderstand beim Einreiben aufweisen. Des weiteren darf sich das Schichtsystem 13 beim Anstreifen durch die rotierenden Laufschaufeln 10 nicht entzünden. Bei einem Gehäuse 11, welches vorzugsweise aus einer Titanbasisle gierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung oder auch einem anderen Werkstoff gebildet ist, und bei Laufschaufeln 10, die aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet sind, muss ein Titanfeuer sicher vermieden werden. Als weitere Anforderungen, die an das Schichtsystem 13 gestellt werden, seien hier die Erosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, Thermowechselbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schmierstoffen und Meerwasser exemplarisch genannt. 1 verdeutlicht, dass bedingt durch die beim Betrieb der Gasturbine auftretenden Fliehkräfte und die Erwärmung der Gasturbine die Enden 14 der Laufschaufeln 10 mit dem Schichtsystem 13 in Kontakt kommen und so ein Abrieb 15 freigesetzt wird. Dieser pulverisierte Abrieb 15 darf keine Beschädigungen an den rotierenden Laufschaufeln 10 hervorrufen.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird nun ein Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, vorgeschlagen, das auf ein erstes Bauteil, nämlich auf das Gehäuse 11, welches vorzugsweise aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet ist, aufgebracht ist. 2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführung dieses Schichtsystems, welches auf das Gehäuse 11 aufgebracht ist. Das Schichtsystem gemäß 2 verfügt über einen Einlaufbelag 13, wobei der Einlaufbelag 13 im Ausführungsbeispiel der 2 aus drei Schichten gebildet ist, nämlich aus einer ersten, innenliegenden Schicht 16, einer zweiten, außenliegenden Schicht 17 und einer zwischen den beiden Schichten 16 und 17 angeordneten, dritten Schicht 18. Es sei darauf hingewiesen, dass die dritte Schicht 18 optional, jedoch besonders bevorzugt ist.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind alle drei Schichten 16, 17 und 18 des Einlaufbelags 13 keramisch ausgebildet. Alle drei Schichten 16, 17 und 18 des Einlaufbelags 13 sind vorzugsweise aus einem mit 6–8 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid, vorzugsweise aus ZrO2·7Y2O3, gebildet. Weiterhin sind alle drei Schichten 16, 17 und 18 des Einlaufbelags 13 derart gradiert, dass sich über die Dicke der Schichten 16, 17 und 18 die Porosität und/oder Zusammensetzung derselben verändert.
  • Die erste, innenliegende Schicht 16 des Einlaufbelags 13 ist gegenüber der zweiten, außenliegenden Schicht 17 relativ hart sowie relativ dicht und verfügt demnach über eine relativ geringe Porosität. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bildet die erste, innenliegende Schicht 16 eine Titanfeuerschutzschicht. Die zweite, außenliegende Schicht 17 des Einlaufbelags 13 ist relativ weich und verfügt über eine relativ große Porosität. Die zweite, außenliegende Schicht 17 ist einlauffähig und ermöglicht ein verschleißfreies Einlaufen der Spitzen 14 der rotierenden Laufschaufeln 10 in den Einlaufbelag 13. Die zwischen den beiden Schichten 16 und 17 positionierte dritte Schicht 18 stellt eine Wärmedämmschicht bereit und bildet einen Übergang zwischen den Schichten 16 und 17.
  • Gemäß 2 ist zwischen dem Einlaufbelag 13 und dem Gehäuse 11 eine Haftschicht 19 angeordnet. Die Haftschicht 19 ist, wie 2 zeigt, zwischen der ersten, innenliegenden Schicht 16 des Einlaufbelags 13 und dem Gehäuse 11 angeordnet. Die Haftschicht ist metallisch, vorzugsweise aus einer Nickel-Aluminium-Legierung, hergestellt. Die Haftschicht 19 verfügt über eine an die erste, innenliegende Schicht 16 des Einlaufbelags 13 angepasste, raue Oberfläche, um so eine Verzahnung mit der ersten, innenliegenden Schicht 16 des Einlaufbelags 13 zu erreichen und eine gute Haftung des Einlaufbelags 13 auf der Haftschicht 19 und damit letztendlich auf dem Gehäuse 11 zu gewährleisten.
  • 3 und 4 zeigen mikroskopische Aufnahmen eines erfindungsgemäßen Schichtsystems, wobei 3 eine sogenannte Hellfelddarstellung und 4 eine sogenannte Dunkelfelddarstellung ist. Aus den Darstellungen der 3 und 4 kann die unterschiedliche Porosität der in sich gradierten Schichten 16, 17 und 18 des Einlaufbelags 13 entnommen werden.
  • Der gesamte Einlaufbelag 13 verfügt typischerweise über eine Dicke von 1,0 mm bis 10 mm, insbesondere über eine Dicke von 1,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt über eine Dicke von 1,5 mm bis 3 mm. Die erste, innenliegende Schicht 16 des Einlaufbelags 13 verfügt über eine Dicke von mindestens 1 mm. So zeigt 4, dass im bevorzugten Ausführungsbeispiel die erste, innenliegende Schicht 16 über eine Dicke von 1000 μm, also 1 mm, verfügt. Die zweite, außenliegende Schicht 17 verfügt über eine Dicke von mindestens 0,4 mm, wegen der zu gewährleistenden Einlauftiefen insbesondere von mindestens 0,8 mm. Im Ausführungsbeispiel der 4 verfügt die zweite, außenliegende Schicht 17 über eine Dicke von 1050 μm, also 1,05 mm. Die dritte Schicht 18, die zwischen der ersten, innenliegenden Schicht 16 und der zweiten, außenliegenden Schicht 17 positioniert ist, verfügt über eine Dicke von mindestens 0,1 mm, insbesondere über eine Dicke von mindestens 0,3 mm. Im Ausführungsbeispiel der 4 beträgt die Dicke der dritten Schicht 330 μm, also 0,33 mm.
  • Jede der in sich gradierten, keramischen Schichten 16, 17 und 18 des Einlaufbelags 13 wird durch thermische Spritzen hergestellt. Die Gradierung kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass während des Auftragens einer der Schichten 16, 17 bzw. 18 das Verhältnis der zum thermischen Spritzen verwendeten Materialien verändert wird. Des weiteren können zur Beeinflussung der Porosität Prozessparameter, wie die Prozesstemperatur, beim thermischen Spritzen geändert werden. Auch hierdurch lässt sich die Porosität beeinflussen.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demzufolge ein Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, die einen mehrschichtigen Einlaufbelag aufweist, wobei jede Schicht des Einlaufbelags keramisch ist und über eine gradierte, d.h. sich kontinuierlich ändernde, Porosität und/oder Zusammensetzung verfügt. Dadurch, dass in dem Einlaufbelag durchgängig keramische Schichten zum Einsatz kommen, werden Eigenschaftssprünge innerhalb des Einlaufbelags auf ein Minimum reduziert. Dies erhöht die Lebensdauer des Einlaufbelags. Der erfindungsgemäße Einlaufbelag erfüllt gleichzeitig Forderungen, wie Titanfeuerschutz, Erosionsbeständigkeit, gutes Anstreifverhalten sowie Wärmedämmung. Er eignet sich insbesondere zur Verwendung in Verdichtern eines Flugtriebwerks.
    • 10
    Laufschaufel
    11
    Gehäuse
    12
    Pfeil
    13
    Einlaufbelag
    14
    Spitze
    15
    Abrieb
    16
    Schicht
    17
    Schicht
    18
    Schicht
    19
    Haftschicht

Claims (10)

  1. Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, das auf ein erstes Bauteil (11), welches vorzugsweise aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet ist, aufgebracht und gegenüber einem relativ zu diesem beweglichen, zweiten Bauteil (10), welches aus einer Titanbasislegierung oder einer Titan-Aluminium-Legierung gebildet ist, einlauffähig ist, mit einem mehrere Schichten (16, 17, 18) aufweisenden Einlaufbelag (13), wobei eine erste, innenliegende Schicht (16) des Einlaufbelags (13) relativ zu einer zweiten, außenliegenden Schicht (17) des Einlaufbelags (13) härter ist, wobei die zweite, außenliegende Schicht (17) einlauffähig ist, und wobei die Schichten (16, 17, 18) des Einlaufbelags (13) keramisch sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (16, 17, 18) des Einlaufbelags (13) jeweils derart gradiert sind, dass sich über die Dicke der Schichten (16, 17, 18) die Porosität und/oder Zusammensetzung derselben verändert, dass die erste, innenliegende Schicht (16) des Einlaufbelags (13) relativ zu der zweiten, außenliegenden Schicht (17) des Einlaufbelags (13) eine geringere Porosität aufweist und/oder dichter ist, dass die erste, innenliegende Schicht (16) des Einlaufbelags (13) eine Titanfeuerschutzschicht bereitstellt, dass der Einlaufbelag (13) drei Schichten (16, 17, 18) aufweist, wobei zwischen der ersten, innenliegenden Schicht (16) und der zweiten, außenliegenden Schicht (17) eine dritte Schicht (18) angeordnet ist, und dass die dritte Schicht (18) eine Wärmedämmschicht bereitstellt.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (16, 17, 18) des Einlaufbelags (13) auf Basis von yttriumstabilisiertem Zirkonoxid ausgeführt sind, insbesondere auf Basis von ZrO2·7Y2O3.
  3. Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) über eine Dicke 1,0 mm bis 10 mm verfügt, insbesondere über eine Dicke von 1,5 mm bis 5 mm, bevorzugt über eine Dicke von 1,5 mm bis 3 mm.
  4. Schichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, innenliegende Schicht (16) eine Dicke von in etwa 1 mm aufweist.
  5. Schichtsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, außenliegende Schicht (17) eine Dicke von mindestens 0,4 mm, insbesondere von mindestens 0,8 mm, aufweist.
  6. Schichtsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht (18) eine Dicke von mindestens 0,1 mm, insbesondere von mindestens 0,3 mm, aufweist.
  7. Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bauteil (11) und dem Einlaufbelag (13) eine Haftschicht (19) angeordnet ist, wobei die Haftschicht (19) zwischen der ersten, innenliegenden Schicht (16) und dem Bauteil (11) angeordnet ist.
  8. Schichtsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (19) metallisch ausgeführt ist, insbesondere aus einer Nickel-Aluminium-Legierung oder aus einem MCrAlY-Werkstoff.
  9. Schichtsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (19) eine Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,15 mm bis 0,3 mm, aufweist.
  10. Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einem umlaufenden Rotor (10), mit einem den Rotor (10) umgebenden Stator (11) und mit einem Einlaufbelag (13), wobei der Einlaufbelag (13) bereichsweise auf dem Stator (11) zur Dichtung zwischen Rotor (10) und Stator (11) aufgebracht ist und ein Einlaufen des Rotors (10) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) Teil eines Schichtsystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 ist.
DE102004002943A 2004-01-21 2004-01-21 Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine Expired - Fee Related DE102004002943B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004002943A DE102004002943B4 (de) 2004-01-21 2004-01-21 Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine
PCT/DE2004/002815 WO2005071228A1 (de) 2004-01-21 2004-12-24 Schichtsystem für eine rotor-/ statordichtung einer strömungsmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004002943A DE102004002943B4 (de) 2004-01-21 2004-01-21 Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004002943A1 DE102004002943A1 (de) 2005-08-11
DE102004002943B4 true DE102004002943B4 (de) 2007-07-19

Family

ID=34744924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004002943A Expired - Fee Related DE102004002943B4 (de) 2004-01-21 2004-01-21 Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004002943B4 (de)
WO (1) WO2005071228A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007112783A1 (de) * 2006-04-06 2007-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Layered thermal barrier coating with a high porosity, and a component
US7871244B2 (en) 2007-02-15 2011-01-18 Siemens Energy, Inc. Ring seal for a turbine engine
DE102008019296A1 (de) 2008-04-16 2009-10-22 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung eines Feuerschutzes für aus Titan bestehende Bauteilkörper einer Fluggasturbine und Bauteilkörper aus Titan für eine Fluggasturbine
FR2935764B1 (fr) * 2008-09-05 2014-06-13 Snecma Carter de compresseur resistant au feu de titane, compresseur haute pression comprenant un tel carter et moteur d'aeronef equipe d'un tel compresseur
US8105014B2 (en) 2009-03-30 2012-01-31 United Technologies Corporation Gas turbine engine article having columnar microstructure
US8727712B2 (en) * 2010-09-14 2014-05-20 United Technologies Corporation Abradable coating with safety fuse
DE102010048147B4 (de) * 2010-10-11 2016-04-21 MTU Aero Engines AG Schichtsystem zur Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Schichtsystems
US9316110B2 (en) 2013-08-08 2016-04-19 Solar Turbines Incorporated High porosity abradable coating
EP2905426A1 (de) * 2014-02-11 2015-08-12 Siemens Aktiengesellschaft Komponente mit einer abschleifbaren Beschichtung und Verfahren zur Beschichtung der abschleifbaren Beschichtung
EP3239467A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine, laufschaufel und gehäuse
JP6908973B2 (ja) * 2016-06-08 2021-07-28 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン、ならびに遮熱コーティングの製造方法
DE102017207238A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Dichtungssystem für Laufschaufel und Gehäuse
RU182167U1 (ru) * 2017-08-22 2018-08-06 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Ротор компрессора газотурбинного двигателя
RU177607U1 (ru) * 2017-08-22 2018-03-02 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Корпус компрессора газотурбинного двигателя

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10225532C1 (de) * 2002-06-10 2003-12-04 Mtu Aero Engines Gmbh Schichtsystem für die Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4269903A (en) * 1979-09-06 1981-05-26 General Motors Corporation Abradable ceramic seal and method of making same
US4481237A (en) * 1981-12-14 1984-11-06 United Technologies Corporation Method of applying ceramic coatings on a metallic substrate
US6102656A (en) * 1995-09-26 2000-08-15 United Technologies Corporation Segmented abradable ceramic coating
US6946208B2 (en) * 1996-12-10 2005-09-20 Siemens Westinghouse Power Corporation Sinter resistant abradable thermal barrier coating
SG72959A1 (en) * 1998-06-18 2000-05-23 United Technologies Corp Article having durable ceramic coating with localized abradable portion

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10225532C1 (de) * 2002-06-10 2003-12-04 Mtu Aero Engines Gmbh Schichtsystem für die Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005071228A1 (de) 2005-08-04
DE102004002943A1 (de) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1375696B1 (de) Schichtsystem für die Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine
DE102004002943B4 (de) Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine
EP1741876B1 (de) Schaufel einer Turbomaschine mit einer Schaufelspitzenpanzerung
DE69218980T2 (de) Turbinenschaufelverschleissschutzsystem mit mehrschichtiger Beilage
DE60122550T2 (de) Nachgiebiges zwischenstück für eine fanschaufel
EP1320662B1 (de) Dichtungsanordnung
EP2044231B1 (de) Bauteil mit einer panzerung
DE60017293T2 (de) Werkstoffe für Dichtungen und Beilagscheiben von verstellbaren Leitschaufeln
WO2011015187A1 (de) Abreibbarer schaufelspitzenbelag
DE102007005755A1 (de) Vorrichtung zum Schutz von Bauteilen mit brennbarer Titanlegierung vor Titanfeuer und Verfahren zu deren Herstellung
WO2007003160A1 (de) Verfahren zum herstellen einer schaufelspitzenpanzerung
WO2007054075A1 (de) Schaufel einer turbomaschine
DE102016222720A1 (de) Dichtungssystem für eine axiale Strömungsmaschine und axiale Strömungsmaschine
EP2783078B1 (de) Verfahren zur herstellung einer strömungsmaschinenkomponente mit teilfuge und dampfturbine mit der strömungsmaschinenkomponente
DE2934271A1 (de) Radiallager fuer hochtourige stroemungsmaschinen
EP2647796A1 (de) Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine
EP1654441B1 (de) Einlaufbelag für Gasturbinen und Verfahren zur Herstellung dieses Einlaufbelags
DE60203455T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Zungen einer Labyrinthdichtung für bewegliche Teile einer Turbine
EP1625283B2 (de) Einlaufbelag für gasturbinen
EP1766193B1 (de) Einlaufbelag
DE3500692C2 (de)
DE102010048147B4 (de) Schichtsystem zur Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Schichtsystems
DE102004001722A1 (de) Turbomaschinenschaufel und Verfahren zur Herstellung einer Schaufelspitzenpanzerung an Turbomaschinenschaufeln
EP2807288B1 (de) Strömungsmaschinenkomponente mit einer funktionsbeschichtung
DE102007047739B4 (de) Gasturbinenverdichter mit Anlaufschicht

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140801