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Dokumentenidentifikation DE19820944A1 11.11.1999
Titel Katalysator
Anmelder Hertter, Manuel, 81247 München, DE
Erfinder Hertter, Manuel, 81247 München, DE;
Haindl, Hans, Dr., 82237 Wörthsee, DE
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 11.05.1998
DE-Aktenzeichen 19820944
Offenlegungstag 11.11.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.11.1999
IPC-Hauptklasse B01J 19/02
IPC-Nebenklasse C23C 28/00   C23C 30/00   C23C 16/06   C23C 14/14   B01J 23/40   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator, der auf ein Metalloxid reduzierend wirkt und mit dem die Oxidation von Metall verhindert wird. Dieser Katalysator weist Edelmetall auf und wird vorzugsweise in einer Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile verwendet, die eine Wärmedämmschicht (3) und eine Haftschicht (2) haben. Die Haftschicht (2) ist zwischen die Wärmedämmschicht (3) und einen Grundwerkstoff (1) zwischengefügt und weist zur Wärmedämmschicht (3) hin eine Alitierschicht (22) mit dem Katalysator auf. Zur Ausbildung einer solchen Anordnung wird auf eine Baugruppe aus Grundwerkstoff (1) und Haftschicht (2) eine Edelmetallschicht galvanisch aufgebracht, dieses Zwischenprodukt Diffusionsglühung unterzogen, ein Aluminiumüberzug aufgebracht und erneut Diffusionsglühung ausgeführt. Im Anschluß wird die Wärmedämmschicht (3) in einem Plasmaspritzprozeß vorgesehen. Es ergibt sich ein Bauteil mit hoher Oxidations- und Thermoschockbeständigkeit.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator, der zur Reduktion eines Metalloxids und zur Verhinderung der Oxidation von Metall einsetzbar ist. Dieser Katalysator gelangt bei einem Werkstoff für thermisch hochbeanspruchte Bauteile zur Anwendung, wobei Einsatzfelder beispielsweise Motoren sowie stationäre und instationäre Turbinen, insbesondere Triebwerke von transatmosphärischen Flugsystemen, sind.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit soll eine Verbrennung in Triebwerken möglichst vollständig und damit schadstoffarm ablaufen. Durch die dabei auftretenden hohen Totaltemperaturen über 2000 K wächst die Werkstoffbeanspruchung in besonders starkem Maße. Insbesondere sind metallische Werkstoff bei 1100°C an der Grenze ihrer Warmfestigkeit angelangt. Um den nutzbringenden Einsatz metallischer Bauteile auch bei Temperaturen über 1100°C zu ermöglichen, müssen diese vor thermischer Überlastung geschützt werden. Zu diesem Zweck werden Dämmschichten, vorzugsweise aus technischer Keramik, auf die hochbelasteten Bauteile aufgebracht.

Im Motoren- und Turbinenbau gelangen derzeit Duplexschichtsysteme zum Einsatz, bei denen eine keramische Wärmedämmschicht über eine Haftschicht auf den vor thermischer Überlastung zu schützenden Grundwerkstoff des Bauteils angeordnet ist. Zur Erzeugung dieses Duplexschichtsystems wird eine metallische MCrAlY-Haftschicht (M = Co, Ni) von etwa 100 µm Dicke durch einen Plasmaspritzprozeß auf den Grundwerkstoff aufgebracht. Im Anschluß wird die keramische Wärmedämmschicht im Plasmaspritzprozeß mit einer Dicke von 100 bis 600 µm auf der Haftschicht vorgesehen. Als günstiges Material für die Wärmedämmschicht hat sich dabei durch die hohe Thermowechselbeständigkeit und die vergleichsweise geringen Herstellungskosten bedingt Zirkonoxid, das mit 7 Gewichtsprozent Y2O3 teilstabilisiert ist, erwiesen.

Die Haftschicht hat im erzeugten Duplexschichtsystem die Funktion, die Haftung der keramischen Dämmschicht zu gewährleisten, den Heißgaskorrosionsangriff des Grundwerkstoffes zu senken und die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Grundwerkstoff und der keramischen Dämmschicht auszugleichen. Dennoch tritt bei hinreichend langen Belastungszeiten bedingt durch die thermischen, mechanischen, thermo-mechanischen und korrosiven Beanspruchungen Schichtversagen auf. Genauer gesagt bilden sich bedingt durch die Sauerstoffionenleitfähigkeit der Wärmedämmschicht ab einer Oxidschichtdicke von 5 bis 6 µm in der Haftschicht Eigenspannungen, die zu einem Abplatzen der Oxidschicht zusammen mit der Wärmedämmschicht führen. Als Ergebnis sind die Haftschicht und der Grundwerkstoff den Heißgasen ungeschützt ausgesetzt.

Aus der Patentschrift 1 796 175 ist eine Diffusionsschutzschicht für hochwarmfeste Nickel- und/oder Kobaltlegierungen bekannt, bei der neben Aluminium ein oder mehrere Metalle der Gruppe Platin, Rhodium und Palladium in die Oberfläche des zu schützenden Grundwerkstoffes eindiffundiert sind, wodurch die Lebensdauer eines Bauteils aus diesem behandelten Grundwerkstoff, das bei Turbinenschaufeln zum Einsatz gelangt, verbessert wird. Diese Bauteile sind jedoch nicht in ausreichendem Maße vor thermischer Überlastung geschützt.

Die europäische Patentveröffentlichung 0 366 924 bezieht sich auf keramische Beschichtungssysteme für Metallsubstrate bei Gasturbinen. Zur Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils ist zwischen Metallsubstrat und einer isolierenden Keramikschicht eine Zwischenschicht aus Aluminumoxid vorgesehen. Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Metallsubstrat und der Zwischenschicht abzusichern, ist zwischen diese eine metallische MCrAlY-Haftschicht eingefügt oder befindet sich eine Diffusionsschicht mit Aluminid und mit Pt, Rh, Si oder/und Hf zur Adhäsionsunterstützung am Metallsubstrat. Somit ist eine Vielzahl von Herstellungsschritten erforderlich, um thermisch hochbeanspruchbare Bauteile zu erhalten, deren Lebensdauer jedoch noch nicht ausreichend hoch ist.

Die vorliegende Erfindung hat nun die Aufgabe, die Nachteile des Standes der Technik kostengünstig zu überwinden und ein Verfahren zur Reduktion eines Metalloxids, ein Trägermaterial mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit, die Anwendung des Trägermaterials bei einer Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile und ein Verfahren zum Erzeugen der Beschichtung vorzusehen. Dabei soll die Beschichtung aus werkstoffkundlicher Sicht auch bezüglich der Thermowechselbeständigkeit optimiert sein und diese somit höhere Standzeiten als herkömmliche Beschichtungen haben.

Diese Aufgabe wird durch ein Reduktionsverfahren nach Anspruch 1, einen Katalysator nach Anspruch 3, ein den Katalysator aufweisendes Trägermaterial mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit nach Anspruch 9, die Anwendung des Trägermaterials bei einer Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile nach Anspruch 4 und ein Verfahren zum Erzeugen der Beschichtung nach Anspruch 11 gelöst.

Erfindungsgemäß kann ein Metalloxid reduziert werden, wenn dieses zusammen mit einem Edelmetallkatalysator geglüht wird. Diese Katalysatorfunktion kann dazu verwendet werden, um unerwünschte Oxide an einem Werkstoff zu beseitigen oder diese in und an einem Werkstoff gar nicht erst entstehen zu lassen.

Insbesondere kann der Katalysator bei der Reduktion von Al2O3 und zumindest zeitweise bei einer Temperatur von über 900°C vorteilhaft eingesetzt werden. Somit wird bei instationären Turbinen bereits bei nur kurzzeitiger Überschreitung der Temperatur von 900°C Schichtversagen stark eingeschränkt.

Vorzugsweise weist ein Katalysator, der für dieses Verfahren genutzt wird, Platin, Palladium oder Rhodium auf, die eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei der Reduktion sicherstellen.

Eine erfindungsgemäße Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile, bei der die katalytische Wirkung von Edelmetall eingesetzt werden kann, weist eine Wärmedämmschicht und eine zwischen Wärmedämmschicht und Grundwerkstoff angeordnete Haftschicht auf. Die Haftschicht hat zur Wärmedämmschicht hin eine Edelmetall modifizierte Alitierschicht. Dadurch erhöht sich die Oxidationsbeständigkeit der Beschichtung und somit die Lebensdauer des Bauteils. Es wird eine gute Thermowechselbeständigkeit erreicht.

Durch die Verwendung von CoNiCrAlY für die Haftschicht, von teilstabilisiertem Zirkondioxid für die Wärmedämmschicht und einer Nickel- und/oder Kobaltlegierung für den Grundwerkstoff wird ermöglicht, daß die Beschichtung bei Motoren und Turbinen besonders nutzbringend anwendbar ist.

Vorzugsweise ist die Zirkondioxidschicht mit Y2O3 oder Yb2O3 dotiert, woraus sich eine besondere Eignung für instationäre Turbinen ergibt. Die Dotierung mit Yb2O3 verbessert darüber hinaus die Thermowechselbeständigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung.

Wenn das Edelmetall der Edelmetall modifizierten Alitierschicht Platin, Palladium oder Rhodium ist, ergibt sich in der Haftschicht eine besonders geringe Oxidschichtdicke.

Jedoch kann die katalytische Wirkung von Edelmetall auch bei einem beliebigen Trägermaterial für eine Wärmedämmschicht Verwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten thermisch hochbeanspruchter Bauteile weist Verfahrensschritte auf, in denen ein mit einer Haftschicht versehener Grundwerkstoff mit einer Edelmetallschicht überzogen wird, Diffusionsglühung vorgenommen wird, dieses Zwischenprodukt mit einem Aluminiumüberzug versehen wird und erneut Diffusionsglühung ausgeführt wird. Somit steht ein effektives Verfahren zum Aufbringen einer oxidationsbeständigen und thermoschockbeständigen Beschichtung auf ein Bauteil zur Verfügung.

Die Glühung findet unter inerter Atmosphäre oder in Vakuum, vorzugsweise unter H2-Atmosphäre statt, wodurch unerwünschte Reaktionen beim Glühungsprozeß verhindert werden.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Dicke der Edelmetallschicht zur Gesamtdicke der als Verfahrensergebnis erhaltenen, Edelmetall modifizierten Alitierschicht im wesentlichen 1 : 7. Dadurch wird ein Optimum an Oxidationsbeständigkeit bei gleichzeitig vertretbaren Kosten zur Wärmebehandlung ermöglicht.

Platin kann ausreichend katalytisch wirken, wenn dieses mit einer Schichtdicke von zumindest 3 µm aufgetragen wird.

Auf die erhaltene Edelmetall modifizierte Alitierschicht kann im Anschluß die Wärmedämmschicht aufgebracht werden, wodurch die thermische Beanspruchbarkeit des Bauteils wesentlich verbessert wird.

Als effektiver Prozeß zum Ausbilden des Edelmetallüberzugs hat sich das Verfahren zum Bilden galvanischer Überzüge erwiesen, während zum Ausbilden des Aluminiumüberzugs vorzugsweise die Gasphasenabscheidung in Form einer CVD-Schicht oder PVD-Schicht zum Einsatz gelangt. Auf diese Weise lassen sich mit vertretbarem Aufwand an die Verwendung angepaßte Überzüge bilden.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(a) bis 2(f) ein Verfahren zum Beschichten thermisch hochbeanspruchter Bauteile entsprechend der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 3 die Oxidschichtdicke bei einer erfindungsgemäßen Beschichtung und einer Vergleichsprobe über der Zeit bei einer Temperatur von 1000°C.

Nachfolgend werden ein Katalysator, ein den Katalysator aufweisendes Trägermaterial mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit, die Anwendung des Trägermaterials bei einer Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile und ein Verfahren zum Erzeugen der Beschichtung erläutert.

Bei Untersuchungen, die durch die Erfinder ausgeführt wurden, hat sich herausgestellt, daß Platin auf die Reaktion





eine katalytische Wirkung hat.

Genauer gesagt wurde ein Al2O3-Pulver bis zur Massenkonstanz ausgeglüht, ausgewogen, in einen Tiegel aus reinem Platin gegeben und in einer inerten N2-Atmosphäre bei 1000°C 17 Stunden lang geglüht. Nachfolgend wurde das Al2O3-Pulver erneut ausgewogen. Die Höhe des festgestellten Gewichtsverlust des Aluminiumoxids und das Vorliegen von elementarem Aluminium im erhaltenen Aluminiumoxid gestatten die Schlußfolgerung, daß Sauerstoff entwichen ist und somit Platin auf die Reduktionsreaktion katalytisch wirkt.

Bei 900°C konnte hingegen keine katalytische Wirkung von Platin nachgewiesen werden.

Die katalytische Wirkung bezüglich der Reduktion eines Metalloxids ist auch bezüglich der Verhinderung der Oxidation von Metallatomen in einem Werkstoff anwendbar. Dadurch kann beispielsweise bei Duplexschichtsystemen nach dem Stand der Technik eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit erreicht werden. Voraussetzung dafür ist, daß eine Haftschicht mit einer ausreichend dicken Platin-Aluminid-Schicht versehen wird.

Eine erfindungsgemäße Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile, bei der die katalytische Wirkung von Platin bezüglich der Trennung von Aluminium und Sauerstoff genutzt wird, ist in Fig. 1 gezeigt.

Das Bauteil, das vorzugsweise bei Turbinen und Motoren verwendet wird, weist einen Grundwerkstoff 1, der vor übermäßiger thermischer Beanspruchung zu schützen ist, auf. Diese Schutzfunktion wird durch ein gegenüber dem Stand der Technik abgewandeltes Duplexschichtsystem, das sich auf dem Grundwerkstoff 1 befindet, gewährleistet. Ein solches abgewandeltes Duplexschichtsystem weist eine Wärmedämmschicht 3 auf, die über eine CoNiCrAlY-Haftschicht 2 auf dem Grundwerkstoff 1 angeordnet ist. Die Besonderheit der Erfindung besteht nun darin, daß an einer zur Wärmedämmschicht 3 benachbarten Seite 201 der Haftschicht 2 eine Platin modifizierte Alitierschicht 22 ausgebildet ist.

Der Grundwerkstoff 1 des Bauteils ist eine beliebige Nickelbasislegierung, Kobaltbasislegierung oder andere thermisch beanspruchbare Metallegierung, die für den Turbinen- und Motorenbau geeignet ist. So lassen sich beispielsweise durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf den Grundwerkstoff Nimonic90® gute Ergebnisse erzielen, wie es in der weiter unten erläuterten Fig. 3 gezeigt ist.

Als Wärmedämmschicht 3 wird vorzugsweise eine Keramikschicht verwendet, die Zirkonoxid aufweist, das mit 7 Gewichtsprozent Yttriumoxid teilstabilisiert ist. Eine solche Wärmedämmschicht weist einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und somit eine gute Thermowechselbeständigkeit, eine geringe Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe Sauerstoffleitfähigkeit auf. Das Material für die Wärmedämmschicht ist jedoch nicht auf die Verwendung von mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid beschränkt, sondern kann ein beliebiges Material mit Wärmedämmfunktion sein, das über die Haftschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1 aufbringbar ist. So läßt sich die Thermowechselbeständigkeit der Wärmedämmschicht 3 verbessern, indem das Zirkonoxid mit Ytterbiumoxid anstatt mit Yttriumoxid dotiert wird. Dabei ist ein Dotierungsanteil von kleiner 12,4 Gewichtsprozent Yb2O3 zu bevorzugen.

Durch die Platin modifizierte Alitierschicht 22 kommt es zu einer selektiven Oxidation von Aluminium in der Haftschicht, wodurch eine dünne, dichte sowie gut schützende Aluminiumdioxidschicht mit wenigen Einlagerungen anderer Oxide zur Wärmedämmschicht 3 hin entsteht. Platin wirkt dabei auf die Trennung von Aluminium und Sauerstoff katalytisch, was die Oxidationsbeständigkeit des beschichteten Bauteils verbessert. Statt Platin in der Altitierschicht 22 kann jedoch ein beliebiges anderes Edelmetall, daß diese katalytische Wirkung aufweist, verwendet werden, wie beispielsweise Palladium und Rhodium.

Somit ergibt sich, obwohl die Wärmedämmschicht 3 eine hohe Sauerstoffleitfähigkeit hat, bei einem Bauteil mit der erfindungsgemäßen Platin modifizierte Alitierschicht 22 eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich dünnere Oxidschichtdicke in der Haftschicht und somit eine höhere Lebensdauer des Bauteils.

Nachfolgend wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(f) ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Beschichtung des Bauteils erläutert.

In Fig. 2(a) ist das Ausgangsbauteil gezeigt. Dieses weist den Grundwerkstoff 1 aus Nimonic90® und die CoNiCrAlY-Haftschicht 2, die in einem Plasmaspritzprozeß mit einer Dicke von 100 µm aufgebracht wurde, auf.

Die Haftschicht 2 des Ausgangsbauteils aus Fig. 2(a) wird nun mit einer Platinschicht 2a, die eine Dicke d aufweist, galvanisch überzogen. Es wird die in Fig. 2(b) gezeigte Anordnung erhalten. Die Dicke d der Platinschicht sollte mehr als 1 µm, vorzugsweise zumindest 3 µm, betragen, da bei einer geringeren Schichtdicke die katalytische Wirkung von Platin nicht ausreichend genutzt werden kann. In der Praxis hat sich eine Schichtdicke d von 4 µm bewährt. Durch die geringe Dicke d der Platinschicht kann die Beschichtung relativ kostengünstig hergestellt werden. Bei der Festlegung der Schichtdicke ist ferner die Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit von Aluminium durch das Vorliegen von Platin zu beachten.

Anschließend wird das beschichtete Bauteil Diffusionsglühen unterzogen, wobei Platin aus der Schicht 2a in die Haftschicht 2 eindringt und eine Platindiffusionsschicht 21 gebildet wird, die in Fig. 2(c) dargestellt ist.

Nun wird die Platindiffusionsschicht 21 der Haftschicht 2 mit eine Aluminiumüberzug 2b versehen, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist. Dabei kann der Überzug galvanisch, durch Schmelztauchen, als Metallspritzüberzug, durch Plattieren, als Diffusionsüberzug oder in Form von Gasphasenabscheidung dünner CVD-/PVD-Schichten vorgesehen werden. Bevorzugte Aufbringformen sind das Glühen des Bauteils in Aluminiumpulver und die Gasphasenabscheidung dünner CVD-/PVD-Schichten des in Fig. 2(c) gezeigten Bauteils.

Im Anschluß daran erfolgt erneute Diffusionsglühung des Bauteils, wodurch Platin und Aluminium in die Haftschicht 2 eindringen und die Platin modifizierte Altitierschicht 22 mit einer Dicke D gebildet wird. Der Zeitraum für die Diffusionsglühung wird im Hinblick auf ein günstiges Kosten/Nutzen-Verhältnis entsprechend der Schichtdicke gewählt. Ferner erfolgt die Glühung unter inerter Atmosphäre oder in Vakuum, vorzugsweise in H2-Atmosphäre, damit Verunreinigungen während des Glühens vermieden werden. Das geglühte Bauteil ist in Fig. 2(e) gezeigt. Nach diesem Verfahrensschritt weist das Bauteil durch die Platin modifizierte Alitierschicht 22 bedingt eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit auf.

Die Verarbeitung des Bauteils wird bis zum Erhalten der Platin modifizierten Altitierschicht 22 aus Fig. 2(e) in einer solchen Weise durchgeführt, daß die Dicke d der Platinschicht 2a aus Fig. 2(b) zur Dicke D der Platin modifizierten Altitierschicht 22 aus Fig. 2(e) ungefähr 1 : 7 beträgt. Durch diese Verhältniszahl ergibt sich eine hohe Oxidationsbeständigkeit, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert ist.

Abschließend wird nun die Wärmedämmschicht 3 mit einer Dicke von 100 bis 600 µm, vorzugsweise 250 µm, in einem Plasmaspritzprozeß auf die Platin modifizierten Altitierschicht 22 der Haftschicht 2 aufgebracht, wodurch sich die in Fig. 2(f) gezeigte Anordnung ergibt. Als Wärmedämmschicht 3 wird mit Ytterbiumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid aufgrund der verbesserte Thermoschockbeständigkeit bevorzugt.

Zur Optimierung der mechanischen Belastbarkeit der Wärmedämmschicht kann das Bauteil vor dem Aufbringen dieser Dämmschicht vorgewärmt werden.

Somit wird mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine Beschichtung für ein thermisch hochbeanspruchtes Bauteil erhalten, die eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit und Thermoschockbeständigkeit aufweist.

Zur Untersuchung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung wurde eine Probe ohne Wärmedämmschicht, d. h. mit dem Aufbau aus Fig. 2(e), nach dem vorstehend genannten Verfahren erzeugt. Als Maß für die Oxidationsbeständigkeit wurde die Dicke der auf die Haftschicht aufgewachsenen Oxidschicht verwendet. Bei der Untersuchtung wurde die Oxidschichtdicke dieser Probe zusammen mit der Oxidschichtdicke eines Bauteils ohne Platin modifizierte Alitierschicht und ohne Wärmedämmschicht aufgenommen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Oxidschichtdicke bei einer Temperatur von 1000°C. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß nicht nur bei allen Glühzeiten eine geringere Schichtdicke der erfindungsgemäßen Probe und bei 500 h sogar eine Abnahme um 70% zu verzeichnen ist, sondern daß auch der Anstieg der Kurve für die erfindungsgemäße Probe geringer als der der Vergleichsprobe ist. Ferner führten Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop zu dem Ergebnis, daß sich auf der Oberfläche der Platin modifizierten Alitierschicht der erfindungsgemäßen Probe selektiv Al2O3 gebildet hat. Aufgrund der geringen Dicke der Oxidschicht ist somit die Wahrscheinlichkeit des Abplatzens der Oxidschicht wesentlich geringer. Als Folge davon hat die erfindungsgemäße Probe bezüglich der Vergleichsprobe eine wesentlich höhere Lebensdauer.

Die Schichtdicken und die Materialien des Grundwerkstoffes 1, der Haftschicht 2 und die Wärmedämmschicht 3 sind jedoch nicht auf die genannten Beispiele beschränkt, sondern können beliebig sein, sofern diese für den Einsatz bei Motoren und Turbinen mit thermisch hoher Beanspruchung und bezüglich dem Aufbringen einer Edelmetall modifizierten Alitierschicht auf die Haftschicht geeignet sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf einen Katalysator, der auf ein Metalloxid reduzierend wirkt und mit dem die Oxidation von Metall verhindert wird. Dieser Katalysator weist Edelmetall auf und wird vorzugsweise in einer Beschichtung für thermisch hochbeanspruchte Bauteile verwendet, die eine Wärmedämmschicht und eine Haftschicht haben. Die Haftschicht ist zwischen die Wärmedämmschicht und einen Grundwerkstoff zwischengefügt und weist zur Wärmedämmschicht hin eine Alitierschicht mit dem Katalysator auf. Zur Ausbildung einer solchen Anordnung wird auf eine Baugruppe aus Grundwerkstoff und Haftschicht eine Edelmetallschicht galvanisch aufgebracht, dieses Zwischenprodukt Diffusionsglühung unterzogen, ein Aluminiumüberzug aufgebracht und erneut Diffusionsglühung ausgeführt. Im Anschluß wird die Wärmedämmschicht in einem Plasmaspritzprozeß vorgesehen. Es ergibt sich ein Bauteil mit hoher Oxidations- und Thermoschockbeständigkeit.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Reduktion eines Metalloxids, das die Schritte aufweist:
    1. a) Vorsehen eines Edelmetallkatalysators in einem gemeinsamen Raum mit dem Metalloxid, und
    2. b) gemeinsame Glühung des Edelmetallkatalysators und des Metalloxids.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid Al2O3 ist und die Glühung zumindest zeitweise bei einer Temperatur von über 900°C ausgeführt wird.
  3. 3. Edelmetallkatalysator für ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Edelmetall Platin, Palladium oder Rhodium ist.
  4. 4. Beschichtung für ein thermisch hochbeanspruchtes Bauteil aus einem Grundwerkstoff mit

    einer Wärmedämmschicht (3) zur thermischen Isolierung des Bauteils (1), und

    einer Haftschicht (2), die zwischen dem Grundwerkstoff (1) des Bauteils und der Wärmedämmschicht (3) angeordnet ist, wobei die Haftschicht (2) zur Wärmedämmschicht (3) hin eine Edelmetall modifizierte Alitierschicht (22) aufweist.
  5. 5. Beschichtung nach Anspruch 4, wobei die Haftschicht (2) eine CoNiCrAlY-Haftschicht ist, und die Wärmedämmschicht (3) eine teilstabilisierte Zirkondioxidschicht ist.
  6. 6. Beschichtung nach Anspruch 5, wobei die Zirkondioxidschicht (3) mit Y2O3 oder Yb2O3 dotiert ist.
  7. 7. Beschichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Grundwerkstoff eine Nickel- und/oder Kobaltlegierung ist.
  8. 8. Beschichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Edelmetall Platin, Palladium oder Rhodium ist.
  9. 9. Trägermaterial für eine Wärmedämmschicht, in dem Aluminiumatome sowie bezüglich der Trennung von Aluminium und Sauerstoff katalytisch wirkende Edelmetallatome vorliegen.
  10. 10. Trägermaterial nach Anspruch 9, das CoNiCrAlY aufweist, wobei das Edelmetall Platin, Palladium oder Rhodium ist.
  11. 11. Verfahren zum Verbessern der Oxidationsbeständigkeit eines Werkstoffs, das die Schritte aufweist
    1. a) Überziehen einer Haftschicht (2), die den Werkstoff aufweist und sich auf einem Grundwerkstoff (1) eines Bauteils befindet, mit einer Edelmetallschicht (2a) und Diffusionsglühung, wodurch ein Zwischenprodukt gebildet wird,
    2. b) Ausbilden eines Aluminiumüberzugs (2b) auf der Haftschicht (2) des Zwischenprodukts und Diffusionsglühung.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Glühung in Schritt b) unter inerter Atmosphäre oder in Vakuum durchgeführt wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Edelmetall Platin, Palladium oder Rhodium ist.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Bedingungen für die Diffusionsglühungen und das Ausbilden des Aluminiumüberzuges (2b) in einer solchen Weise ausgewählt werden, daß das Verhältnis der Dicke (d) der Edelmetallschicht in Schritt a) zur Gesamtdicke (D) der Edelmetall modifizierten Altitierschicht 22 nach Schritt b) im wesentlichen 1 : 7 beträgt.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Edelmetallschicht in Schritt a) eine Dicke von zumindest 3 mm hat.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Haftschicht (2) in Schritt a) eine CoNiCrAlY-Haftschicht ist und der Grundwerkstoff (1) eine Nickel- und/oder Kobaltlegierung ist.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, das ferner nach Schritt b) einen Schritt c) aufweist, in dem auf die Haftschicht (2) des zweiten Zwischenprodukts eine Wärmedämmschicht (3) aufgebracht wird.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Wärmedämmschicht (3) eine teilstabilisierte Zirkondioxidschicht ist.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Zirkondioxidschicht (3) mit Y2O3 oder Yb2O3 dotiert ist.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Überziehen in Schritt a) galvanisch vorgenommen wird und in Schritt b) Gasphasenabscheidung zum Ausbilden des Aluminiumüberzugs (2b) als CVD-Schicht oder als PVD-Schicht vorgenommen wird.






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