DE3325251A1 - Process for testing and reconditioning protective layers applied to building elements - Google Patents

Process for testing and reconditioning protective layers applied to building elements

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    • F01D5/288—Protective coatings for blades

Abstract

The invention relates to a process for testing and reconditioning a protective layer (3), especially of ceramic, applied to a metallic building element (1). In order to be able to detect pores or defective places, which cannot be detected visually, between the applied protective layer (3) and the adhesion-promoting layer (2), or between this and the building element (1), the building element (1) is exposed, after its coating, to the action of an energy-rich radiation source, especially an electron beam or a laser beam. A flaking of the protective layer (3) in the region of pores (4) or defective places (4) lying below it is thereby effected. After the end of the testing process, the flaked-off layer parts are ground away and an after-coating is carried out by means of the plasma-spraying process. <IMAGE>

Description

Verfahren zum Prüfen und Nachbessern von auf Bauelemen-Procedure for checking and reworking structural elements

ten aufgetragenen Schutzschichten.th applied protective layers.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Solche keramischen Schutzschichten kommen vor allem dort zur Anwendung, wo das Grundmaterial von BaueRementen aus wärmefesten Stählen und/oder Legierunen, die bei Temperaturen über hOO °C verwendet werden, zu schützen ist. Durch diese keramischen Schutzschichten sol eine Wärmedämmung erreicht werden. Bei Bauelementen von Gasturbinen sind solche keramischen Schutzschichten von besonderer Bedeutung. Bei der Herstellung dieser Rauelemente wird zunächst eine Haftvermittlerschicht auf das Grundmaterial des Bauelementes aufgetragen. Als Haftvermittlerschichten werden vorzugsweise LegierunFen bestehend aus Nickel, Chrom, Aluminium und Yttrium oder Kobalt, Chrom, Aluminium und Yttrium auf das Bauelement aufgetragen. Auf dieser Zwischenschicht wird die keramische Schicht, die z.R. alls Zirkoniumoxid besteht, ausgebildet. Beide Schichten werden mit Hilfe des bekannten Plasmaspritzverfahrens aufgetragen.Such ceramic protective layers are mainly used there, where the basic material of structural elements made of heat-resistant steels and / or alloys, that are used at temperatures above hOO ° C must be protected. Through this ceramic protective layers are intended to achieve thermal insulation. With components Such ceramic protective layers are of particular importance in gas turbines. In the production of these rough elements, an adhesion promoter layer is first applied applied to the base material of the component. As adhesion promoter layers Alloys consisting of nickel, chromium, aluminum and yttrium are preferred or cobalt, chromium, aluminum and yttrium are applied to the component. On this The intermediate layer is the ceramic layer, which z.R. all zirconium oxide consists, educated. Both layers are applied using the known plasma spraying process.

Von Nachteil ist hierbei, daß beim Auftragen beider Schichten mechanische Spannzungen auftreten, die eine sehr gute Haftung zwischen dem Grundmaterial der Haftvermittlerschicht und der Deckschicht verlangen. Die Haftung der Schichten wird durch die Bildung von Poren negativ beeinflußt. Di Porenbildung se3bst ist eng mit dem Auftragungsverfahren verbunden. Sie wird im allgemeinen durch Oberflächenverunreinigungen, Rauhigkeit, Wärmeführung aus dem Spritzkörper und schlechtgewählten Spritzparametern beeinflußt. An Stellen, an denen sich beim Auftragen der Schichten Poren bilden, kommt es unter Betriebsbedingungen der Baue)emente, d.h. insbesondere wenn sie den vorgesehenen Arheitstemseraturen ausgesetzt sind, zum Abplatzen der Schutzschicht, so daß.The disadvantage here is that mechanical Clamping tongues occur which have a very good adhesion between the base material of the Require adhesion promoter layer and the top layer. The adhesion of the layers will be adversely affected by the formation of pores. The pore formation itself is closely related connected to the application process. It is generally caused by surface contamination, Roughness, heat transfer from the molded body and poorly selected spray parameters influenced. In places where pores form when the layers are applied, it occurs under the operating conditions of the building elements, i.e. especially when they are exposed to the specified Arheitstemseratures to flake off the protective layer, so that.

die gewünschte Wärmedämmung verloren geht und das Bauelement einer vorzeitigen Alterung und Besehädizung ausgesetzt wird.the desired thermal insulation is lost and the component a exposed to premature aging and damage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem die bei der Herstellung entstandenen Poren hzw. Defektstrukturen aufgezeigt und in optimaler Weise nachgebessert werden können.The invention is based on the object of specifying a method with which the pores created during manufacture hzw. Defect structures shown and can be improved in an optimal way.

Diese Aufgabe wird erfindunzsgemiß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentansoruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of patent claim 1 solved.

Nachdem auf das zu beschichtende Bauelement die oberste, insbesondere die Schutzschicht aufgetragen ist, wird die gesamte Oberfläche des Bauelementes der Einwirkung einer energiereichen Strahlung ausgesetzt. Hierdurch kommt es zu einer lokalen Erwärmung der Schutzschicht. Eine zwischen der Schutzschicht und dem Bauelement angeordnete Hauftvermittlerschicht wird ebenfalls sehr stark erwärmt. Ist es beim Auftragen der beiden Schichten zu einer Porenbildung im Grenzbereich dieser Schichten oder im Grenzbereich zu dem Bauelement hin beziehungsweise innerhalb der Schichten gekommen, so wird durch die WH.rmeeinwirkung ein Abplatzen des Beschichtungsmaterials im Bereich dieser Poren bewirkt. Für die Erwärmung des beschichteten Bauelementes wird vorzugsweise ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl verwendet. ErfindunEsgemaß werden die abgeplatzten Schichtbereiche beseitigt und die losen Randbereiche zusätzlich abgeschliffen.After the topmost, in particular the protective layer is applied, the entire surface of the component exposed to high-energy radiation. This is where it comes to local heating of the protective layer. One between the protective layer and the bonding layer disposed on the component also becomes very strong warmed up. Is there a pore formation in the border area when the two layers are applied these layers or in the border area to the component or within If the layers come, the action of the heat will cause the coating material to flake off causes in the area of these pores. For heating the coated component an electron beam or a laser beam is preferably used. Inventive the flaked off layer areas are removed and the loose edge areas in addition sanded off.

Anschließend werden mit Hilfe des PlasmasDritæverfahrens die abgetragenen Schichtbereiche neu aufgebracht.Then the plasmas are removed with the help of the PlasmasDritæ process Layer areas reapplied.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further features essential to the invention are set out in the subclaims marked.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.The method according to the invention is described below with reference to drawings explained.

Es zeigen: Figur 1: Einen Vertikalschnitt durch ein Bauelement mit keramischer Schutzschicht, Figur 2: einen Vertikalschnitt durch ein genrüftes Bauelement.They show: FIG. 1: A vertical section through a component with ceramic protective layer, FIG. 2: a vertical section through a checked component.

In Figur 1 ist ein Bauelement 1 dargestellt, das vorzugsweise aus einer Superlegierung auf der Basis von Nickel oder Kohalt gefertigt ist. Mit Hilfe des Plasmassvitzverfahrens, wobei Argon als Plasmaszas verwendet wird, ist die HaftvermittZerschicht 2 auf die Oberfläche des Bauelementes 1 aufgetragen. Bei dem hier darge- stellten Ausführungsbei.ssiel handelt es sich um eine Schicht, die durch eine Legierung aus Nickel, Kobalt, Aluminium und Yttrium gebildet wird. Als Haftvermittler schicht kann auch eine Legierung bestehend aus Kobalt, Chrom, Aluminium und Yttrium auf die Oberfläche des Bauelementes 1 aufgetragen werden. Mit dem gleichen Plasmaspritzverfahren wird die eigentliche Keramikschutzschicht 3 auf die Oberfläche der Haftvermittlerschicht 2 aufgebracht. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Keramikschicht 3 aus Zirkoniumoxid. Es kann doch auch eine Keramikschicht R aufgetragen werden, die durch Yttriumoxid stabilisiert wird.In Figure 1, a component 1 is shown, which preferably consists of a superalloy based on nickel or carbon is made. With help of the plasma jetting process, where argon is used as the plasma gas, is the adhesion promoter layer 2 applied to the surface of the component 1. With the one shown here posed The case is a layer that is made up of an alloy Nickel, cobalt, aluminum and yttrium is formed. As a bonding agent layer can also be an alloy consisting of cobalt, chromium, aluminum and yttrium the surface of the component 1 are applied. With the same plasma spray process the actual ceramic protective layer 3 is applied to the surface of the adhesion promoter layer 2 applied. In the embodiment shown here, there is a ceramic layer 3 made of zirconium oxide. A ceramic layer R can also be applied, which is stabilized by yttria.

Wie anhand von Figur 1 zu sehen ist, hat sich beim Auftragen der Keramikschicht 3 zwischen ihr und der Haftvermittlerschicht 2 eine Pore 4 gebildet. Die Existenz dieser Pore 4 ist beim fertig beschichteten Bauelement 1 von auRen nicht zu erkennen, da die Oberfläche der Keramikschicht 3 trotz der darunter befindlichen Pore 4 vollständig eben ist. Wird das mit diesem Fehler behaftete Bauelement 1 den in einer Gasturbine herrschenden Betriebsbedingungen ausgesetzt, so wird die Keramikschicht 3 im Bereich der Pore 4 nach kurzer Zeit abplatzen. Um solche Fehlerstellen ausfindig zu machen, wird das beschichtete Bauelement 1 nach Beendigung der Beschichtung lokal erwErmt.As can be seen from FIG. 1, when the ceramic layer is applied 3 a pore 4 is formed between it and the adhesion promoter layer 2. The existence this pore 4 cannot be seen from the outside in the finished coated component 1, since the surface of the ceramic layer 3 is complete despite the pore 4 underneath is even. If the component 1 afflicted with this defect is the one in a gas turbine exposed to prevailing operating conditions, the ceramic layer 3 is in the area the pore 4 flake off after a short time. To locate such flaws, the coated component 1 is locally heated after the completion of the coating.

Wie anhand von Figur 2 zu sehen ist, 1kann dies he'-snielsweise unter Zuhilfenahme eines Elektronenstrahls 5 geschehen, der huber die Oberfläche der keramischen Schicht 3 geführt wird. Durch ihn wird eine starke lokale Erwärmung der beiden aufgetragenen Schichten 2 und 3 erzielt. Vorzugsweise wird ein defokussierter Elektronenstrahl 5 verwendet, der eine Strahlbreite von 10 mmm aufweist. Durch die starke Erhitzung des Beschichtungsmaterials kommt es insbesondere in dem Bereich, in dem sich die Pore 4 befindet, zu einem Abplatzen der keramischen Schicht 3. Die übrigen Bereiche der Schichten 2 und 3 bleiben durch die Rinwirkung des Elektronenstrahls 5 unberührt. Nachteilige Veränderungen werden durch den Elektronenstahl 5 innerhalb des Bauelementes 1 und der Schichten 9 und 3 sowie an ihren Oberflächen nicht bewirkt. Es ist lediglich im Oberflächenbereich der Keramikschicht 3 ein durch die Wärmeeinwirkung des Elektronenstrahls 5 hervorgerufener geringfügiger SchmeEzDrozess festzustellen, der sich jedoch nicht nachteilig auf die Eigenschaften dieser Keramikschicht 3 und der darunterliegenden Haftvermittlerschicht bzw. der Haftfestigkeit der Schichten 2 und 3 auf dem Bauelement 1 auswirkt. Dieser geringfügige im Oberflächenbereich der Keramikschicht R nachweisbare Schme]znrozess wird gleichzeitig dazu benutzt, festzuste1len, welche Bereiche der Oberfläche bereits durch den Elektronenstrahl 5 geprüft sind, insbesondere ob ein Bereich möglicherweise vergessen wurde. Nach Beendigung dieses Prüfverfahrens wird die Keramikschicht 3 im Bereich der Pore 4 für eine Nachbesserung abgeschliffen. Insbesondere werden all ahgeplatzten und losen Randbereiche beseitigt.As can be seen from FIG. 2, this can be done under With the help of an electron beam 5 happen, which hovers over the surface of the ceramic Layer 3 is performed. He applied strong local heating to the two Layers 2 and 3 achieved. Preferably a defocused one Electron beam 5 is used, which has a beam width of 10 mm. Due to the strong heating of the coating material occurs in particular in the area in which the Pore 4 is located, causing the ceramic layer 3 to flake off. The remaining areas the layers 2 and 3 remain unaffected by the influence of the electron beam 5. Detrimental changes are caused by the electron beam 5 within the component 1 and the layers 9 and 3 as well as on their surfaces are not caused. It is just in the surface area of the ceramic layer 3 due to the heat effect of the electron beam 5 caused a slight melting process, which, however, is not detrimental to the properties of this ceramic layer 3 and the underlying Adhesion promoter layer or the adhesive strength of layers 2 and 3 on the component 1 affects. This slight in the surface area of the ceramic layer R can be detected The melting process is also used to determine which areas of the Surface are already checked by the electron beam 5, in particular whether a Area may have been forgotten. After completing this test procedure the ceramic layer 3 ground off in the area of the pore 4 for rework. In particular, all burst and loose edge areas are eliminated.

Anschließend wird mit dem Plasmasoritzverfahren wiederum keramisches Material aufgetragen, so daß das durch Abplatzen und Abschleifen beseitigt Material vollständig ergänzt wird. Anschließend kann diese Steile nochmals mit dem Elektronenstrahl Ei überDriift werden. Das neu aufgetragene Keramikmaterial verbindet sich in ontimaler Geleise mit dem bereits vor der Prüfung aufzebrachten Keramikmaterial, so daß nach Beendigung der Nachbesserung das beschichtete Bauelement 1 keine Oualitätsminderungen aufweist. Anstelle des verwendeten Elektronenstrahls kann als Strahlungaquelle auch ein Laserstrahl benutzt werden.Then again ceramic is made with the plasma scoring process Material applied so that the material is removed by chipping and grinding is completely supplemented. Then this part can be done again with the electron beam Egg to be drifted over. The newly applied ceramic material combines in ontimal Tracks with the ceramic material already applied before the test, so that after Termination of No improvement to the coated component 1 Has deterioration in quality. Instead of the electron beam used, as Radiation source can also be a laser beam.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die oben beschriebenen Verfahrensschritte, vielmehr umfaßt sie alle Prüfmethoden, bei denen das fertig beschichtete Bauelement durch lokale Erwärmung der Einwirkung einer energiereichen Strahlungsquelle ausgesetzt wird, und anschließend eine Nachbesserung erfolgt.The invention is not limited only to those described above Process steps, rather it includes all test methods in which the done coated component by local heating under the action of a high-energy Radiation source is exposed, and then a touch-up is carried out.

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Claims (5)

A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zum Prüfen und Nachbessern einer auf einem Bauelement (1) aufgetragenen Schutzschicht (3), insbesondere aus Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) nach der Beschichtung mit der Schutzschicht (3) lokal stark erhitzt und sich dabei lösende Schichtbereiche abgeschliffen und eine Nachbeschichtung durchaeführt wird. A N S P R Ü C H E 1. Procedure for testing and reworking a a protective layer (3) applied to a component (1), in particular made of ceramic, characterized in that the component (1) after being coated with the protective layer (3) locally strongly heated and loosening layer areas sanded off and a post-coating is carried out. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, daß das Bauelement (1) nach der Beschichtung der Einwirkung einer energiereichen Strahlungsquelle (4) ausgesetzt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the component (1) after coating exposure to a high-energy radiation source (4) is exposed. 7. Verfahren nach Ansnruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) nach der Beschichtung der Einwirkung eines Elektronenstrahls (4) ausgesetzt wird. 7. The method according to claim?, Characterized in that the component (1) exposed to the action of an electron beam (4) after coating will. 4. Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) nach der Beschichtung der Einwirkung eines Laserstrahls (h) ausgesetzt wird. 4. The method according to claim?, Characterized in that the component (1) is exposed to the action of a laser beam (h) after coating. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbeschichtung unter Verwendung des Plasmaspritzverfahrens durchgeführt wird, und daß dabei die gleichen Materialen aufgetvsgen werden, aus denen die Schutzschicht(2 und 3) bestehen. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the post-coating is carried out using the plasma spray process and that the same materials are used from which the protective layer (2 and 3) exist.
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