ES2300851T3 - Capa de proteccion metalica. - Google Patents

Capa de proteccion metalica. Download PDF

Info

Publication number
ES2300851T3
ES2300851T3 ES04801189T ES04801189T ES2300851T3 ES 2300851 T3 ES2300851 T3 ES 2300851T3 ES 04801189 T ES04801189 T ES 04801189T ES 04801189 T ES04801189 T ES 04801189T ES 2300851 T3 ES2300851 T3 ES 2300851T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
layer
layer system
substrate
turbine
protection
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 - Lifetime
Application number
ES04801189T
Other languages
English (en)
Inventor
Friedhelm Schmitz
Kai Wieghardt
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
Application granted granted Critical
Publication of ES2300851T3 publication Critical patent/ES2300851T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321Coatings 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
    • C23C28/3215Coatings 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321Coatings 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings 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
    • C23C28/345Coatings 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings 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
    • C23C28/345Coatings 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
    • C23C28/3455Coatings 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
    • 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • 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
    • 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12903Cu-base component
    • Y10T428/12917Next to Fe-base component
    • 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12931Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other
    • 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951Fe-base component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Capa de protección metálica, consistente en (en porcentaje en peso) 12,5 a 14,0 % de cromo, 0,5 a 1,0 % de silicio 0,1 a 0,5 % de aluminio, 0,0 a 0,7 % en peso de itrio y/o al menos un metal del grupo, que comprende escandio y los elementos de tierras raras, restos de hierro, así como suciedades condicionadas por la elaboración.

Description

Capa de protección metálica.
La presente invención comprende una capa de protección metálica acorde a la reivindicación 1, y un sistema de capas acorde a la reivindicación 2.
Son ampliamente conocidas las capas de protección metálica para la protección de un elemento de construcción metálico, especialmente de un elemento de construcción compuesto por una superaleación a base de hierro, níquel o cobalto, contra corrosión y oxidación, especialmente a altas temperaturas, asimismo el elemento de construcción, especialmente un elemento de construcción de una turbina de vapor o de gas, puede ser empañado por gas de combustión o semejantes, a altas temperaturas. La mayoría de estas capas de protección se conocen con el nombre colectivo MCrAlX, en el que M representa al menos uno de los elementos del grupo que comprende hierro, cobalto y níquel, y otros componentes fundamentales como cromo, aluminio y X representa al ítrio, asimismo éste último puede ser reemplazado total o parcialmente por un elemento equivalente del grupo que comprende el escandio y los elementos de tierras raras.
Los revestimientos típicos de este tipo se conocen por las patentes US 4.005.989 y 4.034.142. Por esta última patente se sabe, además, que una proporción adicional de silicio puede mejorar las características de las capas de protección del tipo mencionado. Una capa que contiene Al, Cr, Si y B, con restos de Fe, se conoce por la patente japonesa JP 49040239.
Por la patente EP- A 0 194 392 se conocen, además, numerosas composiciones especiales para capa de protección con agregados de otros elementos para diferentes aplicaciones. También se menciona el elemento renio con agregados de hasta un 10% de porcentaje en peso, junto a muchos otros elementos que pueden ser adicionados opcionalmente. Pero a causa de otras áreas menos específicas para posibles agregados, ninguna de las capas de protección indicadas está cualificada para condiciones especiales, como se dan, por ejemplo, en álabes del distribuidor y álabes de rodete de turbinas de vapor y de gas, a temperaturas de entrada elevadas, que deben funcionar por periodos de tiempo prolongados.
También se conocen capas de protección que contienen renio, por la patente US 5.154.885, la memoria EP- A 0 412 397, la memoria DE 694 01 260 T2 y la memoria WO 91/02108 A1. Toda la presentación tomada de estos documentos se debe incluir en la presente, en toda su envergadura.
Las ejecuciones para la aplicación de una capa de protección sobre un componente de construcción de una turbina de gas que sufre una gran exposición térmica se deben tomar de la memoria EP 0 253 754 91.
El esfuerzo en torno al incremento de las temperaturas de entrada, tanto en turbinas de vapor o de gas estacionarias, como así también en motores del avión, también tiene una gran importancia en el campo de las turbinas de gas, dado que las temperaturas de entrada son parámetros importantes para los grados de rendimiento termodinámico que se puede alcanzar con las turbinas a gas. A través de la aplicación de aleaciones especialmente desarrolladas como material básico para componentes de construcción que sufren una gran exposición térmica, como álabes de distribuidor y de rodete, especialmente a través de la aplicación de superaleaciones monocristalinas, son posibles temperaturas de entrada muy por encima de los 1000ºC. Entretanto, el estado de la técnica ya permite temperaturas de entrada de 950ºC y más,
en caso de turbinas de gas estacionarias, así como 1100ºC y más, en caso de turbinas de gas de motores del avión.
De la memoria WO 91/01433 A1 se desprenden ejemplos para la construcción de un álabe con un sustrato monocristalino que, a su vez, puede estar construido de modo complejo.
Mientras que ya casi no es problemática la resistencia física del material básico desarrollado hasta ahora para los componentes de construcción muy expuestos respecto de otros posibles incrementos de las temperaturas de entrada, para lograr una resistencia suficiente contra oxidación y corrosión se debe recurrir a capas de protección Junto a la resistencia química suficiente de una capa de protección ante las agresiones esperables de gases de combustión a temperaturas en las magnitudes de 1000ºC, una capa de protección también debe disponer de suficientes características mecánicas, no en último término respecto del efecto recíproco entre la capa de protección y el material básico. La capa de protección debe ser, sobre todo, suficientemente dúctil para poder acompañar a eventuales deformaciones del material básico y no agrietarse, dado que en éstas se producirían puntos de ataque para la oxidación y la corrosión. A esto se el suma típicamente el problema de que un incremento de las proporciones de elementos como aluminio y cromo, que puede mejorar la resistencia de una capa de protección contra la oxidación y la corrosión, conduce a un desmejoramiento de la ductilidad de la capa de protección, de modo que en caso de una falla mecánica, especialmente en caso de la conformación de grietas, se debe contar con una exposición a una carga mecánica que aparece habitualmente en el caso de turbinas de gas. Se conocen, por el estado de la técnica, ejemplos para la reducción de la ductilidad de la capa de protección por los elementos cromo y aluminio.
La presente invención tiene como objetivo, correspondientemente, presentar una capa de protección y un sistema de capas que presentan una buena resistencia, a altas temperaturas, ante corrosión y oxidación, presenten una buena estabilidad en el tiempo y, además, estén bien adaptadas a las exigencias mecánicas esperables en caso de una turbina de vapor o de gas a altas temperaturas.
Para lograr este objetivo se indica una capa de protección y un sistema de capas que comprende esta capa de protección, para la protección contra la corrosión y la oxidación de un componente de construcción, a altas temperaturas, compuesta esencialmente por los siguientes elementos (indicación de las proporciones en porcentaje en
peso):
\quad
12,5 a 14,0% en peso de cromo,
\quad
0,5 a 1,0% en peso de silicio,
\quad
0,1 a 0,5% en peso de aluminio,
\quad
0,0 a 0,7% en peso de itrio y/o al menos un metal del grupo que comprende escandio y los elementos de tierras raras, restos de hierro así como suciedades condicionadas por la elaboración.
\vskip1.000000\baselineskip
En las figuras se describe en mayor detalle la invención.
Se muestran:
Figuras 1, 2 ejemplos de disposición de la capa de protección,
Figura 3 una turbina de gas,
Figura 4 una cámara de combustión, y
Figura 5 una turbina de vapor,
La figura 1 muestra un ejemplo de disposición de una capa de protección metálica 7 de un sistema de capas 1. La capa de protección metálica 7 está dispuesta sobre un sustrato 4 y conforma, en este caso, la capa exterior del sistema de capas 1.
En la figura 2 la capa de protección metálica 7 es una capa intermedia en el sistema de capas 1. La capa de protección metálica 7 también está dispuesta sobre un sustrato 4, pero sobre la capa de protección metálica 7 hay otra capa, por ejemplo, una capa cerámica 10. La capa de protección descrita 7 también actúa, por ejemplo, como capa adhesiva para la capa 10 sobre el sustrato 4. También puede haber otras capas, o más capas metálicas y/o cerá-
micas.
Sobre esta capa 7 puede aplicarse o generarse especialmente una capa de óxido de aluminio.
La capa cerámica 10 es especialmente una capa termoaislante basada en óxido de circonio. Puede tratarse de óxido de circonio parcial o totalmente estabilizado. Se puede pensar en otros materiales cerámicos para la capa termoaislante 10.
Igualmente se puede pensar en todos los proceso de revestimiento para aplicar la capa de protección metálica 7 y/o la capa cerámica 10 sobre el sustrato 4 o sobre la capa de protección metálica 7. Este tipo de sistemas de capas 1 pueden utilizarse, como ya se ha explicado anteriormente, para componentes de construcción en una turbina de gas 100 (figura 3) así como en una turbina de vapor 300, 303 (figura 5) o en una turbina de avión.
Los sistemas de capas 1 pueden ser utilizados para componentes de construcción nuevos o también en el caso de componentes de construcción reacondicionados. Los componentes de construcción sometidos a grandes cargas, especialmente álabes 354, 357, 366 (figura 5) 120, 130 (figura 3), en muchos casos se reacondicionan tras el uso, eliminando las capas exteriores 7, 10 así como otras capas de corrosión u oxidación. En este proceso se verifica, igualmente, si el componente de construcción (sustrato 4) posee grietas, y en caso de presentarlas, éstas son reparadas. Luego el componente de construcción (sustrato 4) puede ser dotado de una capa de protección metálica 7 para conformar un sistema de capas 1.
La capa de protección 7 presenta, en caso de una buena resistencia a la corrosión, una buena resistencia contra la oxidación, y también se distingue por las excelentes propiedades de ductilidad, de modo que está especialmente cualificada para la aplicación de una turbina de vapor, especialmente al incrementarse aún más la temperatura de entrada.
La composición de la capa de protección 7 en base a hierro muestra características especialmente buenas, sobre todo, la capa de protección 7 puede ser muy bien aplicada sobre sustratos ferríticos 4. A su vez, los coeficientes de dilatación térmica \alpha del sustrato 4 y de la capa de protección 7 pueden ser muy bien compensados, es decir, son posibles diferencias de hasta un 10%, o pueden ser iguales, de modo que no se produce una generación de tensión originada térmicamente entre el sustrato 4 y la capa de protección 7 (thermal mismatch), que pudiera ocasionar un desprendimiento de la capa de protección 7. El mismo coeficiente de dilatación térmica significa que las diferencias son, a lo sumo, tan grandes que ante las temperaturas de trabajo no se produce ninguna tensión inducida térmicamente. Esto es muy importante, dado que en caso de las materias ferríticas del sustrato 4, frecuentemente no se lleva a cabo un tratamiento térmico para la unión por difusión de la capa 7 con el sustrato 4, dado que el sustrato ferrítico 4 está finalmente templado y no debería ser expuesto a otro tratamiento térmico cercano o por encima de la temperatura del último tratamiento térmico (tratamiento de revenido). La capa de protección 7 es especialmente adecuada como protección del componente de construcción ferrítico, contra la corrosión y la oxidación, a temperaturas de hasta 800ºC, especialmente de hasta bis 650ºC.
La capa de protección 7 está fijada al sustrato 4 en gran parte, o exclusivamente, por adhesión.
El espesor de la capa de protección 7 sobre el componente de construcción 1 se dimensiona preferentemente hasta alcanzar un valor entre aproximadamente 100 \mum y 300 \mum.
La capa de protección 7 también es especialmente adecuada para la protección de un componente de construcción contra la corrosión y la oxidación si el componente de construcción es empañado por un gas de combustión, a una temperatura de material de alrededor de los 950ºC, en el caso de turbopropulsores, también alrededor de aproximadamente 1100ºC.
La capa de protección 7 acorde a la invención es, por ello, especialmente cualificada para la protección de un componentes de construcción de una turbina de vapor 300, 303 (figura 5) o una turbina de gas 100 (figura 3), especialmente de álabe del distribuidor 120 o un álabe de rodete 130 u otro componente (pieza de la carcasa), que es empañado con vapor o gas caliente delante o en la pieza de al turbina de al turbina de vapor o de gas.
El sustrato 4 puede ser metálico o cerámico.
El sustrato 4 es especialmente una aleación básica ferrítica en caso de una turbina de vapor, una superaleación basada en níquel o cobalto en caso de una turbina a gas o un acero, especialmente un acero 1% CrMoV ó un acero al 10% a 12% de cromo.
\vskip1.000000\baselineskip
Otros sustratos ferríticos ventajosos 4 del sistema de capas 1 pueden consistir en:
Acero al 1% a 2% Cr para árboles (309, figura 4):
Como por ejemplo 30CrMoNiV5-11 ó 23CrMoNiWV8-8,
Acero al 1% a 2% Cr para carcasas (333, figura 4):
G17CrMoV5-10 ó G17CrMo9-10
Acero al 10% Cr para árboles (309, figura 4):
X12CrMoWVNbN10-1-1
Acero al 10% Cr para carcasas (333, figura 4):
GX12CrMoWVNbN10-1-1 ó GX12CrMoVNbN9-1.
\vskip1.000000\baselineskip
Como sustrato 4 se puede utilizar, además, la siguiente composición (indicaciones en porcentaje en peso):
0,03 hasta 0,05% de carbono
18 hasta 19% de cromo
12 hasta 15% de cobalto
3 hasta 6% de molibdeno
1 hasta 1,5% de wolframio
2 hasta 2,5% de aluminio
3 hasta 5% de titanio
opcionalmente, cantidades menores de tantalio, niobio, boro y/o circonio, restos de níquel.
Este tipo de materias se conocen como aleaciones forjables con la denominación Udimet 520 y Udimet 720.
\newpage
Para el sustrato 4 del componente de construcción 1 se puede utilizar, de modo alternativo, la siguiente composición (indicaciones en porcentaje en peso):
0,1 hasta 0,15% de carbono
18 hasta 22% de cromo
18 hasta 19% de cobalto
0 hasta 2% de wolframio
0 hasta 4% de molibdeno
0 hasta 1,5% de tantalio
0 hasta 1% de niobio
1 hasta 3% de aluminio
2 hasta 4% de titanio
0 hasta 0,75% de hafnio
opcionalmente, cantidades menores de boro y/o circonio, restos de níquel.
\vskip1.000000\baselineskip
Composiciones de este tipo se conocen como aleaciones de fundición con las denominaciones GTD222, IN939, IN6203 y Udimet 500.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el sustrato 4 del componente de construcción 1 se puede utilizar, como otra alternativa, la siguiente composición (indicaciones en porcentaje en peso):
0,07 hasta 0,1% de carbono
12 hasta 16% de cromo
8 hasta 10% de cobalto
1,5 hasta 2% de molibdeno
2,5 hasta 4% de wolframio
1,5 hasta 5% de tantalio
0 hasta 1% de niobio
3 hasta 4% de aluminio
3,5 hasta 5% de titanio
0 hasta 0,1% de circonio
0 hasta 1% de hafnio
opcionalmente, cantidades menores de boro, restos de níquel.
\vskip1.000000\baselineskip
Composiciones de este tipo se conocen como aleaciones de fundición PWA1483SX, IN738LC, GTD111, IN792CC y IN792DS; se prefiere especialmente el material IN738LC.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el sustrato 4 del componente de construcción 1 se puede utilizar, como otra alternativa, la siguiente composición (indicaciones en porcentaje en peso):
aproximadamente 0,25% de carbono
24 hasta 30% de cromo
10 hasta 11% de níquel
7 hasta 8% de wolframio
0 hasta 4% de tantalio
0 hasta 0,3% de aluminio
0 hasta 0,3% de titanio
0 hasta 0,6% de circonio
opcionalmente, cantidades menores de boro, restos de cobalto.
\vskip1.000000\baselineskip
Este tipo de composiciones se conocen como aleaciones de fundición, con las denominaciones FSX414, X45, ECY768 y MAR- M- 509.
La figura 3 muestra, a modo de ejemplo, una turbina de gas 100 en un corte longitudinal. La turbina de gas 100 presenta, en el interior un rotor 103, también denominado rotor de turbina, dispuesto rotatoriamente sobre un eje de rotación 102. A lo largo del rotor 103 se suceden una carcasa de aspiración 104, un compresor 105, una cámara de combustión, por ejemplo, toroidal 110, especialmente una cámara de combustión anular 106, con múltiples quemadores dispuestos coaxialmente 107, una turbina 108 y la carcasa de gas de escape 109. La cámara de combustión anula 106 está comunicada con, por ejemplo, un canal de gas caliente anular 111. Allí, por ejemplo, cuatro escalones conectados en serie 112 forman la turbina 108.Cada escalón de turbina 112 está compuesto por dos aros de álabes. Visto en dirección de la corriente de un medio de trabajo 113, en el canal de gas caliente 111, una serie 125 formada por álabes de rodete 120 le suceden a una serie de álabes del distribuidor 115.
Los álabes del distribuidor 130 están a su vez adheridos al estator 143, por el contrario, los álabes de rodete 120 están colocados, por ejemplo, en el rotor 103 mediante un disco de turbina 133. En el rotor 103 está acoplado un generador o una máquina de trabajo (no representados aquí).
Durante el funcionamiento de la turbina de gas 100 es absorbido aire 135 por parte del compresor 105 y a través de la carcasa de absorción 104, y luego es comprimido. El aire comprimido dispuesto en el extremo del compresor 105 del lado de la turbina, es llevado a los quemadores 107 y mezclado allí con un medio combustible. La mezcla es quemada luego en la cámara de combustión 113 al formarse el medio de trabajo. Desde allí, el medio de trabajo 113 fluye a lo largo de l canal de gas caliente 111, pasando por los álabes del distribuidor 130 y los álabes de rodete 120. El los álabes de rodete 120 el medio de trabajo 113 se distiende transmitiendo impulsos, de modo que los álabes de rodete 120 impulsan al rotor 103 y la máquina de trabajo acoplada a él.
Las piezas expuestas al medio de trabajo caliente 113 sufren cargas térmicas durante el funcionamiento de la turbina de gas 100. Los álabes del distribuidor 130 y los álabes de rodete 120 del primer escalón de la turbina 112 visto en sentido de la corriente del medio de trabajo 113 sufren, junto a las piedras de blindaje térmico que recubren la cámara de combustión anular 106, la mayor carga térmica. Para resistir a las temperaturas allí reinantes éstas son refrigeradas con medios refrigerantes. Los álabes 120, 130 pueden presentar, igualmente, las capas de protección 7 descritas anteriormente contra corrosión (MCrAlX; M = Fe, Co, Ni, X=Y, tierras raras) y contra calor (capa termoaislante, por ejemplo ZrO_{2}, Y_{2}O_{4}-ZrO_{2}).
El álabe del distribuidor 130 presenta un pie de álabe del distribuidor (no representado aquí), orientado a la carcasa interior 138 de la turbina 108 y una cabeza del álabe del distribuidor en el lado opuesto al pie del álabe del distribuidor. La cabeza del álabe del distribuidor está orientada al rotor 103 y fijada en un aro de sujeción 140 del estator 143.
La figura 4 muestra una cámara de combustión 110 de una turbina de gas 100. La cámara de combustión está configurada, por ejemplo, como las denominadas cámaras de combustión anulares, en la cual una gran cantidad de quemadores 102 desembocan juntos en una cámara de combustión común. A su vez, la cámara de combustión 110 está configurada en su totalidad como estructura anular, posicionada alrededor del árbol de turbina 103.
Para alcanzar un grado de efectividad comparativamente elevado, la cámara de combustión 110 está revestida para una temperatura comparativamente elevada del medio de trabajo M de aproximadamente entre 1000ºC y 1600ºC. Para posibilitar una vida útil comparativamente prolongada, incluso en el caso de estos parámetros adversos para los materiales, la pared de la cámara de combustión 153 está provista, en su cara orientada hacia el medio de trabajo M, con un revestimiento interior formado por un elemento de blindaje térmico 155. Cada elemento de blindaje térmico 155 está provisto de una capa de protección especialmente resistente al calor en su cara orientada hacia el medio de trabajo, o confeccionado de material resistente a altas temperaturas. A causa de las altas temperaturas en el interior de la cámara de combustión 110 está previsto, además, un sistema de refrigeración para los elementos de blindaje térmico 155 o para sus elementos de soporte.
Los materiales de la pared de la cámara de combustión y sus revestimientos pueden ser semejantes a los álabes de turbinas.
En la figura 5 está representada, a modo de ejemplo, una turbina de vapor 300, 303 con un árbol de turbina 306 que se extiende a lo largo de un eje de rotación 306.
La turbina a vapor presenta una turbina parcial de alta presión 300 y una turbina parcial de presión media 303, cada una con una carcasa interior 312 y una carcasa exterior 315 que la rodea. La turbina parcial de alta presión 300 es, por ejemplo, de tipo tubular. La turbina parcial de presión media 303 es de doble flujo. También es posible que la turbina parcial de presión media 303 sea de un solo flujo A lo largo del eje de rotación 306 se encuentra un cojinete 318 entre la turbina parcial de alta presión 300 y la turbina parcial de presión media 303, asimismo, el árbol de turbina 309 presenta un área de cojinete 321 en el cojinete 318. El árbol de turbina 309 está apoyado en otro cojinete 324 junto a la turbina parcial de alta presión 300. En el área de este cojinete 324 la turbina parcial de alta presión 300 presenta una obturación para árboles 345. El árbol de turbina 309 está sellado por dos obturaciones para árboles 345 más respecto de la carcasa exterior 315 de la turbina parcial de presión media 303. Entre el área de ingreso de vapor de alta presión 348 y un área de salida de vapor 351, el árbol de turbina 309 presenta el sistema de álabes de alta presión 354, 357 en la turbina parcial de alta presión 300. Este sistema de álabes de alta presión 354, 357 representa la primera área de alabeado 360 con los correspondientes álabes, no representados en mayor detalle. La turbina parcial de presión media 303 presenta un área de ingreso de vapor central 333. Asignado al área de ingreso de vapor 333, el árbol de turbina 309 presenta una cubierta para el árbol 363 simétrica radialmente, una placa cobertora, por un lado para separar la corriente de vapor en los dos flujos de la turbina parcial de presión media 303, así como para evitar un contacto directo del vapor caliente con el árbol de turbina 309. El árbol de turbina 309 presenta una segunda área de álabes 366 en la turbina parcial de presión media 303, con los álabes de presión media 354, 342. El vapor caliente que corre por la segunda área de álabes 366 sale de la turbina parcial de presión media 303 desde una tubuladura de salida 369 hacia una turbina parcial de baja presión postconectada reotécnicamente, no representada aquí.
El árbol de turbina 309 está compuesto por dos árboles parciales 309a y 309b, unidos de modo fijo en el área del cojinete 318. Los álabes 354, 357, los árboles 309 u otras piezas de la carcasa pueden presentar, igualmente, las capas de protección 7, 10 descritas anteriormente contra corrosión (MCrAlX; M = Fe, X=Y, Si, tierras raras) y contra calor (capa termoaislante, por ejemplo ZrO_{2}, Y_{2}O_{4}-ZrO_{2}).

Claims (17)

1. Capa de protección metálica, consistente en (en porcentaje en peso)
\quad
12,5 a 14,0% de cromo,
\quad
0,5 a 1,0% de silicio
\quad
0,1 a 0,5% de aluminio,
\quad
0,0 a 0,7% en peso de itrio y/o al menos un metal del grupo, que comprende escandio y los elementos de tierras raras, restos de hierro, así como suciedades condicionadas por la elaboración.
2. Sistema de capas, compuesto por al menos un sustrato (4) y una capa de protección metálica (7) sobre el sustrato (4), acorde a la reivindicación 1.
3. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2, caracterizado porque el sustrato (4) es metálico o cerámico.
4. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque el sustrato (4) es una aleación básica ferrítica, o una superaleación basada en acero, níquel o cobalto.
5. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 a 4, caracterizado porque la capa de protección metálica (7) es ferrítica.
6. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2, 4 o 5, caracterizado porque la capa de protección metálica (7) y el sustrato son ferríticos.
7. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 o 6, caracterizado porque la capa de protección (7) está fijada al sustrato (4) por adhesión.
8. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2, 6 o 7, caracterizado porque el sistema de capas (1) no ha sufrido ningún tratamiento por difusión.
9. Sistema de capas acorde a la reivindicación 6, 7 u 8, caracterizado porque el coeficiente de dilatación térmica \alpha de la capa de protección (7), especialmente de la capa de protección ferrítica (7), y del sustrato (4), especialmente del sustrato ferrítico (4), son iguales, casi iguales o presentan hasta un 10% de diferencia en el coeficiente de dilata-
ción \alpha.
10. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 a 9, caracterizado porque el sustrato (4) es una aleación basada en hierro, especialmente un acero 1%CrMoV o un acero del 10 al 12% al cromo.
11. Sistema de capas acorde a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque el sustrato (4) es:
Un acero al 1% a 2% al Cr,
especialmente 30CrMoNiV5-11 ó 23CrMo-NiWV8-8 ó G17CrMoV5-10 ó G17CrMo9-10, ó
un acero al 10% al Cr,
especialmente X12CrMoWVNbN10-1-1 ó GX12- CrMoWVNbN10-1-1 ó GX12CrMoVNbN9-1.
12. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2, caracterizado porque sobre la capa de protección metálica (7) hay una capa cerámica (10).
13. Sistema de protección acorde a la reivindicación 12, caracterizado porque la capa cerámica (10) es una capa termoaislante, especialmente basada en óxido de circonio.
14. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 o 13, caracterizado porque el sistema de capas (1) es un sistema de capas (1) de un componente de construcción (110, 120, 130) una turbina de gas (100) o un componente de construcción (333, 354, 357, 366) de una turbina de vapor (300, 303).
15. Sistema de capas acorde a la reivindicación 2 o 14, caracterizado porque el sistema de capas (1) es un álabe (120, 130, 354, 357, 366) o porque el sistema de capas (1) es una pieza de la carcasa o un área de una carcasa de una turbina (100, 300, 303) o porque el sistema de capas (1) es un revestimiento (155) de una cámara de combustión
(110).
\newpage
16. Sistema de capas acorde a las reivindicaciones 2, 14 a 18, caracterizado porque el sistema de capas (1) está dispuesto sobre un componente de construcción nuevo, especialmente para un álabe (120, 130, 354, 357, 366).
17. Sistema de capas acorde a las reivindicaciones 2, 14 a 18, caracterizado porque el sistema de capas (1) está dispuesto sobre un componente de construcción reacondicionado, especialmente para un álabe (120, 130, 354, 357, 366).
ES04801189T 2003-12-11 2004-12-01 Capa de proteccion metalica. Expired - Lifetime ES2300851T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03028577 2003-12-11
EP03028577A EP1541713A1 (de) 2003-12-11 2003-12-11 Metallische Schutzschicht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2300851T3 true ES2300851T3 (es) 2008-06-16

Family

ID=34486195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES04801189T Expired - Lifetime ES2300851T3 (es) 2003-12-11 2004-12-01 Capa de proteccion metalica.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20070116980A1 (es)
EP (2) EP1541713A1 (es)
CN (1) CN100535166C (es)
DE (1) DE502004006615D1 (es)
ES (1) ES2300851T3 (es)
WO (1) WO2005056857A1 (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE502006006582D1 (de) 2006-08-23 2010-05-12 Siemens Ag Turbinenschaufel mit einem Beschichtungssystem
US8163401B2 (en) 2006-08-23 2012-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Component having a coating system
US8951644B2 (en) 2007-09-19 2015-02-10 Siemens Energy, Inc. Thermally protective multiphase precipitant coating
US7858205B2 (en) 2007-09-19 2010-12-28 Siemens Energy, Inc. Bimetallic bond layer for thermal barrier coating on superalloy
CN102676972A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 重庆国际复合材料有限公司 铂铑合金漏板的处理方法
CN104789916A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 苏州统明机械有限公司 一种用于热喷涂的抗氧化铁基合金涂层及其制备方法
EP3162558A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-03 Outokumpu Oyj Component made of metallic composite material and method for the manufacture of the component by hot forming
US11572626B2 (en) * 2019-09-20 2023-02-07 Raytheon Technologies Corporation Turbine engine shaft coating
DE102021123832A1 (de) * 2020-10-07 2022-04-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2920007A (en) * 1958-01-16 1960-01-05 Gen Electric Elastic fluid blade with a finegrained surface
US3902823A (en) * 1972-04-24 1975-09-02 Hitachi Ltd Impeller for gas-handling apparatus
JPS5117137B2 (es) * 1972-08-24 1976-05-31
US3928026A (en) * 1974-05-13 1975-12-23 United Technologies Corp High temperature nicocraly coatings
US4034142A (en) * 1975-12-31 1977-07-05 United Technologies Corporation Superalloy base having a coating containing silicon for corrosion/oxidation protection
US4005989A (en) * 1976-01-13 1977-02-01 United Technologies Corporation Coated superalloy article
US4117179A (en) * 1976-11-04 1978-09-26 General Electric Company Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings
US4101713A (en) * 1977-01-14 1978-07-18 General Electric Company Flame spray oxidation and corrosion resistant superalloys
US4339509A (en) * 1979-05-29 1982-07-13 Howmet Turbine Components Corporation Superalloy coating composition with oxidation and/or sulfidation resistance
SE8000750L (sv) * 1980-01-30 1981-07-31 Bulten Kanthal Ab Varmhallfast maskinkomponent och sett att framstella densamma
CH646461A5 (en) * 1981-03-03 1984-11-30 Bulten Kanthal Ab Thermally stressable machine component and a process for its manufacture
US4419416A (en) * 1981-08-05 1983-12-06 United Technologies Corporation Overlay coatings for superalloys
DE3372501D1 (en) * 1983-07-22 1987-08-20 Bbc Brown Boveri & Cie High-temperature protective coating
US4711665A (en) * 1985-07-26 1987-12-08 Pennsylvania Research Corporation Oxidation resistant alloy
US4999158A (en) * 1986-12-03 1991-03-12 Chrysler Corporation Oxidation resistant iron base alloy compositions
US4773928A (en) * 1987-08-03 1988-09-27 Gte Products Corporation Plasma spray powders and process for producing same
DE3842301A1 (de) * 1988-12-16 1990-06-21 Asea Brown Boveri Hochtemperatur-schutzschicht
DE3926479A1 (de) * 1989-08-10 1991-02-14 Siemens Ag Rheniumhaltige schutzbeschichtung, mit grosser korrosions- und/oder oxidationsbestaendigkeit
CN1122841A (zh) * 1994-11-11 1996-05-22 冶金工业部包头稀土研究院 无脆性铁-铬-铝-稀土合金
DE19615012A1 (de) * 1995-08-16 1997-02-20 Siemens Ag Erzeugnis zur Führung eines heißen, oxidierenden Gases
US5939204A (en) * 1995-08-16 1999-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Article for transporting a hot, oxidizing gas
JP3597709B2 (ja) * 1998-09-18 2004-12-08 トーカロ株式会社 耐高温溶射被覆部材
US6060174A (en) * 1999-05-26 2000-05-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Bond coats for turbine components and method of applying the same
US20020098294A1 (en) * 2000-02-07 2002-07-25 Yuk-Chiu Lau Method of providing a protective coating on a metal substrate, and related articles
US6346134B1 (en) * 2000-03-27 2002-02-12 Sulzer Metco (Us) Inc. Superalloy HVOF powders with improved high temperature oxidation, corrosion and creep resistance
EP1292721A2 (en) * 2000-06-08 2003-03-19 Surface Engineered Products Corporation Coating system for high temperature stainless steel
JP4166977B2 (ja) * 2001-12-17 2008-10-15 三菱重工業株式会社 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン
EP1526192A1 (de) * 2003-10-24 2005-04-27 Siemens Aktiengesellschaft Elektrolytisches Verfahren zum Abscheiden einer gradierten Schicht auf ein Substrat und Bauteil

Also Published As

Publication number Publication date
CN100535166C (zh) 2009-09-02
US20070116980A1 (en) 2007-05-24
EP1541713A1 (de) 2005-06-15
WO2005056857A1 (de) 2005-06-23
DE502004006615D1 (de) 2008-04-30
EP1692322A1 (de) 2006-08-23
CN1871370A (zh) 2006-11-29
EP1692322B1 (de) 2008-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2334022C2 (ru) Защитный слой для защиты детали от коррозии и окисления при высоких температурах и деталь
US7695827B2 (en) Component with a protective layer
ES2368005T3 (es) Polvo cerámico, capa cerámica y sistema de capas con fases pirocloro y óxidos.
RU2423544C2 (ru) Многослойное термобарьерное покрытие для детали из сплава на основе кобальта или никеля и деталь
ES2365254T3 (es) Polvo cerámico, capa cerámica y sistemas de capas con una fase de piroclo-cristal mixto-gadolinio y óxidos.
JP4749467B2 (ja) 部品に対する断熱層と金属浸食防護層とを備えた被覆系と、その被覆系の製造方法と、蒸気タービンの運転方法
US7758968B2 (en) Component with thermal barrier coating and erosion-resistant layer
JP6980022B2 (ja) オーバーレイとの適合性を有する遮熱コーティングシステム
ES2300851T3 (es) Capa de proteccion metalica.
JP2771430B2 (ja) ガスタービンおよびタービンブレード
CN102301019A (zh) 合金、保护层和部件
US6485655B1 (en) Method and apparatus for retaining an internal coating during article repair
KR20130018906A (ko) 합금, 보호층 및 부품
RU2392349C2 (ru) Покрытие для детали из жаропрочного сплава на основе железа, или никеля, или кобальта
JP2009514698A (ja) パイロクロア相を有する二層構造耐熱保護組織
US20110117377A1 (en) Coating process and corrosion protection coating for turbine components
CN102203320A (zh) 涂层体系
CN100436626C (zh) MCrAlX合金和由它组成的保护层及其制造方法
CN103710614A (zh) 具有铌的铸铁和构件
RU2359054C2 (ru) Сплав, защитный слой для защиты конструктивного элемента от коррозии и окисления при высоких температурах и конструктивный элемент
CN101130291B (zh) 带有涂层系统的构件
CN101133173A (zh) 合金,防止构件高温腐蚀和/或氧化的保护层及构件
JP4294736B2 (ja) 燃焼室がセラミックブロックで内張りされているガスタービン設備
JP2015218379A (ja) 蒸気タービン用遮熱コーティング材料および発電用蒸気機器
US20090263675A1 (en) Alloy, Protective Layer for Protecting a Component Against Corrosion and/or Oxidation at High Tempertures and Component