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WO2008110454A1 - Lotlegierungen und verfahren zur reparatur eines bauteils - Google Patents

Lotlegierungen und verfahren zur reparatur eines bauteils Download PDF

Info

Publication number
WO2008110454A1
WO2008110454A1 PCT/EP2008/052324 EP2008052324W WO2008110454A1 WO 2008110454 A1 WO2008110454 A1 WO 2008110454A1 EP 2008052324 W EP2008052324 W EP 2008052324W WO 2008110454 A1 WO2008110454 A1 WO 2008110454A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solder alloy
germanium
alloy according
gallium
nickel
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/052324
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Heinz
Robert Singer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Mtu Aero Engines Gmbh
Friedrich-Alexander- Universität Erlangen- Nürnberg
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
Priority claimed from EP07005303A external-priority patent/EP1970156A1/de
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft, Mtu Aero Engines Gmbh, Friedrich-Alexander- Universität Erlangen- Nürnberg filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to KR1020097021415A priority Critical patent/KR101301232B1/ko
Priority to US12/531,189 priority patent/US8613885B2/en
Priority to EP08709220A priority patent/EP2117766A1/de
Priority to JP2009553099A priority patent/JP5780703B2/ja
Priority to KR1020127012811A priority patent/KR20120059653A/ko
Publication of WO2008110454A1 publication Critical patent/WO2008110454A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001—Turbines

Definitions

  • the invention relates to solder alloys according to claims 1, 2, 3, 4, 5 and a method for repairing a component according to claim 55.
  • Components sometimes need to be repaired after manufacture, for example after casting or after they have been used and cracked.
  • soldering process works with respect to the temperature during the welding process and thus with respect to the melting temperature of the substrate material at lower temperatures. Nevertheless, the solder should have a high strength, so that the solder-filled crack or the recess does not lead to a weakening of the entire component at the high operating temperatures.
  • the object is achieved by a solder made of a solder alloy according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 and by a method according to claim 55.
  • FIG. 1 shows two cross-sectional views of a component during and after a treatment with the solder according to the invention
  • FIG. 2 shows in perspective a turbine blade
  • FIG. 3 shows in perspective a combustion chamber
  • FIG. 4 shows a gas turbine
  • Figure 5 is a list of superalloys.
  • FIG. 1 shows a component 1 which is treated with a solder 10 made of a solder alloy according to the invention.
  • the component 1 comprises a substrate 4 which, in particular for components for high-temperature applications, in particular for turbine blades 120, 130 (FIG. 2) or combustion chamber elements 155 (FIG. 3) for steam or gas turbines 100 (FIG cobalt-based superalloy ( Figure 5).
  • the solder 10 can preferably be used for all alloys according to FIG.
  • These may preferably be the known materials PWA 1483, PWA 1484 or Rene N5.
  • Lot 10 is also used for blades for aircraft.
  • the substrate 4 has a crack 7 or a recess 7, which is to be filled by soldering.
  • the cracks 7 or recesses 7 are preferably about 200 microns wide and can be up to 5mm deep.
  • the solder 10 is made of a solder alloy in or in the
  • the solder 10 melts below a melting temperature on the substrate 4 and fills the recess 7 completely.
  • the solder alloy 10 is nickel-based and therefore preferably has nickel (Ni) as the largest proportion.
  • Ni-Ge Ni-Ga
  • Ni-Ga binary system of Ni-Ge or Ni-Ga
  • the content of gallium (Ga) is preferably at least 0.1wt%. Also preferably, the germanium content is at least 0.1wt%. Even these small proportions have an influence on the soldering behavior of nickel or a nickel alloy.
  • chromium (Cr), cobalt (Co), aluminum (Al) and titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo) or tantalum (Ta) may preferably be present, if used, in each case preferably used with a proportion of at least 0. lwt%.
  • the chromium content is preferably in a range of 2wt%
  • the content is also at 4wt% chromium.
  • the aluminum content is preferably in the range of 1% to 5% by weight, particularly preferably in the range of 2% by weight.
  • a particularly good embodiment has a solder alloy with an aluminum content of 3wt%.
  • the tungsten content is preferably in a range of 2wt% - 6wt%, more preferably in a range of 3wt% - 5wt%. Particularly good results were achieved with a tungsten content of 4wt%.
  • the cobalt content is in a range of 2wt% - 10wt%, more preferably in a range of 3wt% - 9wt%.
  • Particularly preferred embodiments have a cobalt content of 4wt% or 8wt%, so that particularly preferred cobalt contents at 3wt% to 5wt% or 7wt% to
  • the cobalt content is also 4wt%.
  • the gallium or germanium content is preferably at least 3wt%, more preferably at least 6wt%.
  • the germanium or gallium content can be limited to a maximum value of 18wt%. Also preferably, the maximum content of gallium or germanium is 13wt%, most preferably this maximum content is 8wt%.
  • the proportion of gallium (Ga) in a nickel-base superalloy as a solder alloy is preferably between 28wt% and 35wt%.
  • the proportion of germanium is preferably between 18wt% and 28wt%, in particular 20wt%, 23wt%, 26wt% or 27wt%, in particular in binary systems, ie NiGe20, NiGe23 or NiGe26, in particular for monocrystalline solidification.
  • the above list of ingredients for the solder is nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, gallium or germanium.
  • either only gallium or germanium is used.
  • the solder 10 preferably contains no boron.
  • the solder 10 does not contain zirconium.
  • rhenium can preferably be dispensed with. Likewise, preferably no hafnium is used.
  • the addition or presence of silicon and / or carbon is avoided as they form brittle phases in the solder. It is also preferred to avoid the addition or presence of iron and / or manganese since the elements form low melting or non-oxidizing phases.
  • the solder 10 can be connected to the substrate 4 of the component 1, 120, 130, 155 in an isothermal or a temperature gradient method. A gradient method is then preferably provided when the substrate 4 has a directional structure, for example an SX or DS structure, such that the solder 10 subsequently has a directed structure.
  • a directionally solidified structure in solder can also be carried out in an isothermal process.
  • the component 1 need not have a directionally solidified structure (but a CC structure).
  • the solders in CC substrates of components in a CC structure can be soldered and solidified, the solders then being polycrystalline solidified (CC).
  • solders are particularly interesting:
  • the germanium content is 20wt% - 30wt%, in particular 26wt% or 27wt%.
  • an inert gas especially argon, which reduces the chromium evaporation from the substrate 4 at the high temperatures, or uses a reducing gas (argon / hydrogen).
  • the solder 10 can also be applied over a large area to a surface of a component 1, 120, 130, 155 in order to achieve a thickening of the substrate 4, in particular in the case of hollow components.
  • the solder 10 is used to fill in cracks 7 or depressions 7.
  • soldering a solder 10 under vacuum which is often carried out when the solder 10 or the component 1, 120, 130, 155 oxidizes, preferably results from the use of inert gases (Ar, He, Ar / He, H2. ..) and / or the use of vacuum the problem of evaporation of components of the component 1, 120, 130, 155 or the solder 10 at too low a process pressure.
  • inert gases Ar, He, Ar / He, H2. ..
  • oxygen partial pressure P02 If the oxygen partial pressure P02 is too high, oxidation of the solder 10 or of the component 1, 120, 130, 155 takes place.
  • the oxygen partial pressure p O 2 is preferably at least 10 "7 mbar (10" 5 Pa).
  • the total process pressure is preferably at least 0, lmbar (10Pa).
  • a pure inert gas preferably argon (Ar) (Ar 5.0, preferably Ar 6.0) before soldering.
  • argon 6.0 meaning an oxygen content of 5 ⁇ 10 ⁇ 7 in the process gas
  • a gas cleaning cartridge so that the oxygen and water content is reduced by a factor of 100, so that an oxygen content of 5 ⁇ 10 2 ⁇ 9 is achieved in the process gas, which is introduced into the process chamber.
  • argon is also preferably present within the pressure values described above.
  • the temperature during the soldering process is at least 1140 ° C., in particular at least 1160 ° C.
  • soldering temperatures are 1160 0 C,
  • the maximum temperature is preferably 1280 ° C., in particular maximum 1260 ° C.
  • the duration of the soldering treatment is preferably at least 10 hours, especially at 48 hours.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130, for example, massive metallic materials, in particular superalloys, are used, in particular the superalloys according to FIG. 5.
  • superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can hereby be manufactured by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces for example, by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy to monocrystalline structure, ie the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole Workpiece consists of a single crystal.
  • Structures are also known as directionally rigidified structures
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5RE.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr ⁇ 2, Y2Ü3-Zr ⁇ 2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating methods e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be stripped of protective layers after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged in the circumferential direction around a rotation axis 102 open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • MCrAlX may still be present, for example, a ceramic thermal barrier coating and consists for example of ZrO 2 , Y2Ü3-Zr ⁇ 2, ie it is not, partially or fully ⁇ dig stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may be replaced after use by heat shielding elements 155
  • Protective layers must be freed (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • FIG. 4 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a torus-like Combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112 seen in the direction of flow of the working medium 113 become, in addition to the annular combustion chamber 110 lining heat shield elements most thermally stressed.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure longitudinal grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium.
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition.
  • MCrAlX may still be a thermal barrier layer is present, and consists for example of Zr ⁇ 2, Y2 ⁇ 3-Zr ⁇ 2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head is the rotor 103 facing and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Viele bekannte Lotlegierungen nach dem Stand der Technik verwenden Silizium oder Bor als Schmelzpunkterniedriger, die jedoch spröde Phasen bilden, die sich unerwünscht auf die thermomechanischen Eigenschaften auswirken. Die Lotlegierung umfasst Gallium und/oder Germanium, die bevorzugt die Y' -Phase bilden und bessere mechanische Eigenschaften aufweisen.

Description

Lotlegierungen und Verfahren zur Reparatur eines Bauteils
Die Erfindung betrifft Lotlegierungen gemäß den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und ein Verfahren zur Reparatur eines Bauteils gemäß Anspruch 55.
Bauteile müssen manchmal nach der Herstellung, beispielsweise nach dem Gießen oder nachdem sie im Einsatz waren und Risse gebildet haben, repariert werden.
Hierzu gibt es verschiedene Reparaturverfahren wie z. B. das Schweißverfahren, bei dem jedoch ein Substratmaterial des Bauteils mit aufgeschmolzen werden muss, was zu einer Schädigung insbesondere von gegossenen und gerichtet erstarrten Bauteilen sowie zur Verdampfung von Bestandteilen des Substratmaterials führen kann.
Ein Lotverfahren arbeitet gegenüber der Temperatur beim Schweißverfahren und damit gegenüber der Schmelztemperatur des Substratmaterials bei niedrigeren Temperaturen. Das Lot soll aber trotzdem eine hohe Festigkeit aufweisen, damit der mit Lot aufgefüllte Riss oder die Vertiefung nicht zu einer Schwächung des gesamten Bauteils bei den hohen Einsatztemperaturen führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lotlegierung und ein Verfahren zur Reparatur eines Bauteils aufzuzeigen, die bzw. das das oben genannte Problem überwindet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lot aus einer Lotlegierung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 55.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können. Es zeigen :
Figur 1 zwei Querschnittsansichten eines Bauteils während und nach einer Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Lot,
Figur 2 perspektivisch eine Turbinenschaufel,
Figur 3 perspektivisch eine Brennkammer,
Figur 4 eine Gasturbine
Figur 5 eine Liste von Superlegierungen .
Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, das mit einem Lot 10 aus einer erfindungsgemäßen Lotlegierung behandelt wird. Das Bauteil 1 umfasst ein Substrat 4, das insbesondere bei Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere bei Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 2) oder Brennkammerelementen 155 (Fig. 3) für Dampf- oder Gasturbinen 100 (Fig. 4) aus einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht (Fig. 5) . Das Lot 10 kann vorzugsweise für alle Legierungen gemäß der Figur 5 verwendet werden.
Dies können vorzugsweise die bekannten Werkstoffe PWA 1483, PWA 1484 oder Rene N5 sein.
Anwendung findet das Lot 10 auch bei Schaufeln für Luftfahrzeuge .
Das Substrat 4 weist einen Riss 7 oder eine Vertiefung 7 auf, der bzw. die durch Löten aufgefüllt werden soll. Die Risse 7 bzw. Vertiefungen 7 sind vorzugsweise etwa 200μm breit und können bis zu 5mm tief sein. Dabei wird das Lot 10 aus einer Lotlegierung in oder in die
Nähe der Vertiefung 7 aufgebracht und durch eine Wärmebehandlung (+T) schmilzt das Lot 10 unterhalb einer Schmelztempera- tur des Substrats 4 auf und füllt die Vertiefung 7 vollständig auf.
Die Lotlegierung 10 ist nickelbasiert und weist daher vor- zugsweise als größten Anteil Nickel (Ni) auf.
Vorzugsweise wird ein binäres System aus Ni-Ge oder Ni-Ga verwendet .
Der Gehalt an Gallium (Ga) beträgt vorzugsweise mindestens 0.1wt%. Ebenso vorzugsweise beträgt der Germanium-Gehalt mindestens 0.1wt%. Schon diese geringen Anteile haben einen Einfluss auf das Lötverhalten von Nickel oder einer Nickellegierung .
Neben Rest Nickel sowie Gallium und/oder Germanium können vorzugsweise weitere Bestandteile Chrom (Cr) , Kobalt (Co) , Aluminium (Al) und Titan (Ti) , Wolfram (W) , Molybdän (Mo) oder Tantal (Ta) vorhanden sein, die falls verwendet, jeweils vorzugsweise mit einem Anteil von mindestens 0. lwt% verwendet werden .
Der Chromgehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2wt%
- 10wt%, insbesondere in einem Bereich von 3wt% - 9wt%, wobei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele einen Chromgehalt von 4wt% oder 8wt% aufweisen, so dass bevorzugte Chromwerte auch in einem Bereich von 3wt% bis 5wt% oder 7wt% bis 9wt%, vorzugsweise bei 8wt% liegen.
Vorzugsweise liegt der Gehalt auch bei 4wt% Chrom.
Der Aluminiumgehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von lwt% - 5wt%, besonders vorzugsweise in einem Bereich von 2wt%
- 4wt%. Ein besonders gutes Ausführungsbeispiel weist eine Lotlegierung mit einem Aluminiumgehalt von 3wt% auf. Der Wolframgehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2wt% - 6wt%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 3wt% - 5wt%. Besonders gute Ergebnisse wurde erzielt mit einem Wolframgehalt von 4wt%.
Der Kobaltgehalt liegt in einem Bereich von 2wt% - 10wt%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 3wt% - 9wt%. Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele weisen einen Kobaltgehalt von 4wt% oder 8wt% auf, so dass besonders bevorzugte Kobaltgehalte bei 3wt% bis 5wt% oder 7wt% bis
9wt%, insbesondere bei 8wt% liegen. Vorzugsweise liegt der Kobaltgehalt auch bei 4wt%.
Der Gallium- oder Germanium-Gehalt beträgt vorzugsweise min- destens 3wt%, besonders vorzugsweise mindestens 6wt%.
Vorzugsweise kann der Germanium- oder Gallium-Gehalt auf einen Maximalwert von 18wt% begrenzt werden. Ebenso vorzugsweise beträgt der Maximalgehalt an Gallium oder Germanium 13wt%, ganz besonders bevorzugt liegt dieser Maximalgehalt bei 8wt%.
Der Anteil an Gallium (Ga) in einer Nickelbasissuperlegierung als Lotlegierung liegt vorzugsweise zwischen 28wt% und 35wt%.
Der Anteil von Germanium liegt vorzugsweise zwischen 18wt% und 28wt%, insbesondere bei 20wt%, 23wt%, 26wt% oder 27wt%, insbesondere bei binärem Systemen, also NiGe20, NiGe23 oder NiGe26, insbesondere für die einkristalline Erstarrung.
Vorzugsweise ist die obige Auflistung der Bestandteile für das Lot von Nickel, Chrom, Kobalt, Wolfram, Aluminium, Gallium oder Germanium abschließend.
Vorzugsweise wird entweder nur Gallium oder Germanium verwen- det. Im Folgenden werden vorteilhaft verwendete Legierungen in abschließender Zusammensetzung aufgelistet, wobei die Legierung entweder nur Germanium oder nur Gallium oder auch Germanium und Gallium aufweist (G = Gallium und/oder Germanium, also nur Ga oder nur Ge oder Ga und Ge) :
Ni-Cr-G Ni-Co-G Ni-W-G Ni-Al-G
Ni-Cr-Co-G Ni-Cr-W-G Ni-Cr-Al-G Ni-Co-W-G Ni-Co-Al-G Ni-W-Al-G
Ni-Cr-Co-W-G Ni-Cr-Co-Al-G Ni-Cr-W-Al-G Ni-Co-W-Al-G
Ni-Cr-Co-W-Al-G.
Das Lot 10 enthält vorzugsweise kein Bor.
Ebenso vorzugsweise enthält das Lot 10 kein Zirkonium.
Auch auf die Zugabe von Rhenium kann vorzugsweise verzichtet werden . Ebenso wird vorzugsweise kein Hafnium verwendet.
Vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Silizium und/oder Kohlenstoff vermieden, da sie im Lot Sprödphasen bilden. Ebenso vorzugsweise wird die Zugabe oder das Vorhandensein von Eisen und/oder Mangan vermieden, da die Elemente niedrigschmelzende Phasen oder nicht oxidierende Phasen bilden . Das Lot 10 kann in einem isothermalen oder einem Temperaturgradienten-Verfahren mit dem Substrat 4 des Bauteils 1, 120, 130, 155 verbunden werden. Ein Gradientenverfahren bietet sich dann vorzugsweise an, wenn das Substrat 4 eine gerichtete Struktur, beispielsweise eine SX- oder DS-Struktur aufweist, sodass auch das Lot 10 anschließend eine gerichtete Struktur aufweist. Eine gerichtet erstarrte Struktur im Lot kann aber auch in einem isothermalen Verfahren durchgeführt werden .
Ebenso braucht das Bauteil 1 keine gerichtet erstarrte Struktur (sondern eine CC-Struktur) aufzuweisen. Ebenso können die Lote in CC-Substraten von Bauteilen in einer CC-Struktur gelötet und erstarrt werden, wobei die Lote dann polykristallin erstarrt (CC) werden.
Insbesondere für das polykristalline Erstarren der Lote sind folgende Lote besonders interessant:
NiGe
NiGeW4A13
NiGeCo8W4
NiGeCr8W4
NiGeCr8Co8W4A13 NiGeCrδCoδ
NiGeCo8A13
NiGeCr8A13
NiGeCr4Co4W2All, 5.
Dabei weist der Germaniumanteil ein Anteil von 20wt% - 30wt% auf, insbesondere liegt er bei 26wt% oder 27wt%. Bei dem Aufschmelzen (Isothermales Verfahren oder Gradientenverfahren) wird vorzugsweise ein inertes Gas, insbesondere Argon verwendet, das die Chromabdampfung von dem Substrat 4 bei den hohen Temperaturen verringert oder es wird ein redu- zierendes Gas (Argon/Wasserstoff) verwendet.
Das Lot 10 kann auch großflächig auf eine Oberfläche eines Bauteils 1, 120, 130, 155 aufgebracht werden, um eine Verdickung des Substrats 4, insbesondere bei hohlen Bauteilen zu erreichen. Vorzugsweise wird das Lot 10 dazu verwendet um Risse 7 oder Vertiefungen 7 aufzufüllen.
Das Verfahren und seine Parameter
Beim Löten eines Lots 10 unter Vakuum, das oft durchgeführt wird, wenn das Lot 10 oder das Bauteil 1, 120, 130, 155 oxi- diert, ergibt sich vorzugsweise durch die Verwendung von Inertgasen (Ar, He, Ar/He, H2...) und/oder der Verwendung von Vakuum das Problem des Abdampfens von Bestandteilen des Bauteils 1, 120, 130, 155 oder des Lots 10 bei einem zu geringen Prozessdruck.
Bei einem zu hohen Sauerstoffpartialdruck P02 findet eine Oxi- dation des Lots 10 oder des Bauteils 1, 120, 130, 155 statt.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt daher weiterhin vorzugsweise vor, das Lotverfahren im Vakuum einer Prozesskammer, vorzugsweise in einem Ofen bei einem Sauerstoffpartialdruck pO2 von höchstens 10~6mbar (= 10~4Pa) durchzuführen . Der Sauerstoffpartialdruck pO2 beträgt vorzugsweise mindestens 10"7mbar (10"5Pa) .
Der Gesamtprozessdruck beträgt vorzugsweise höchstens lOOmbar (=10000Pa), insbesondere höchstens lOmbar (1000Pa). Der Gesamtprozessdruck beträgt vorzugsweise mindestens 0, lmbar (10Pa) .
Besonders gute Lotverbindungen wurden bei einem Druck von lmbar (= 100Pa) erreicht. Diese Druckwerte werden insbesondere dadurch erreicht, dass die Prozesskammer im Inneren ein Vakuum aufweist und vorzugsweise dauerhaft abgepumpt wird und vor dem Löten vorzugsweise mit einem reinen Inertgas, vorzugsweise Argon (Ar) (Ar 5.0, vorzugsweise Ar 6.0) gespült wird.
Dies geschieht vorzugsweise für mindestens 10 Stunden, insbesondere für 48 Stunden mit einer Durchflussrate von vorzugsweise zwischen 0,21/min und 11/min.
Dabei wird vorzugsweise Argon 6.0 (bedeutet einen Sauerstoff- anteil von 5xlO~7 im Prozessgas) verwendet, das jedoch vorzugsweise durch eine Gasreinigungspatrone gefiltert wird, so dass der Gehalt an Sauerstoff und Wasser um den Faktor 100 verringert wird, so dass ein Sauerstoffanteil von 5xlO~9 im Prozessgas erreicht wird, das in die Prozesskammer eingeleitet wird.
Beim Lötvorgang ist ebenso vorzugsweise Argon innerhalb der oben beschriebenen Druckwerte vorhanden.
Die Temperatur beim Lötprozess beträgt mindestens 11400C, insbesondere mindestens 11600C.
Weitere vorteilhafte Löttemperaturen liegen bei 11600C,
11800C, 1200°C, 1230°C sowie 1260°C. Vorzugsweise beträgt die Maximaltemperatur 12800C, insbesondere maximal 12600C.
Die Zeitdauer der Lötbehandlung liegt vorzugsweise bei mindestens 10 Stunden, insbesondere bei 48 Stunden.
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein. Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Berei- chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet, insbesondere die Superlegierungen gemäß Figur 5. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen
(directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP
0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstar- rungsverfahrens Teil der Offenbarung.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammenset- zung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte . Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0, 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10Al-0,4Y-l,5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zrθ2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teil- weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Ein- satz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- schicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitze- schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von
Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations- achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet .
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung Teil dieser Offenba- rung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zrθ2, Y2θ3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt- riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Claims

Patentansprüche
1. Lotlegierung aufweisend:
Gallium (Ga) und/oder Germanium (Ge] Rest Nickel.
2. Lotlegierung aufweisend:
Gallium (Ga) und/oder Germanium (Ge) ,
Rest Nickel, die aber kein Silizium enthält.
3. Lotlegierung aufweisend:
Gallium (Ga) und/oder Germanium (Ge) , Rest Nickel, die aber kein Kohlenstoff enthält.
4. Lotlegierung aufweisend:
Gallium (Ga) und/oder Germanium (Ge) ,
Rest Nickel, die aber kein Eisen enthält.
5. Lotlegierung aufweisend:
Gallium (Ga) und/oder Germanium (Ge) , Rest Nickel, die aber kein Mangan enthält.
6. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, die Gallium (Ga) und kein Germanium (Ge) aufweist.
7. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, die Germanium (Ge) und kein Gallium (Ga) aufweist.
8. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, die Gallium (Ga) und Germanium (Ge) aufweist.
9. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt > 3wt% beträgt, insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt 3wt% beträgt.
10. Lotlegierung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt
≥ 6wt% beträgt, insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt
6wt% beträgt.
11. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt < 28wt% beträgt, insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt < 18wt% beträgt.
12. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt < 13wt% beträgt, insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt 13wt% beträgt.
13. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, bei der der Gallium- (Ga) oder Germanium- (Ge) Gehalt < 8wt% beträgt, insbesondere bei der der Gallium- oder Germanium-Gehalt 8wt% beträgt.
14. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen 1 bis 8, die 18wt% bis 28wt%, insbesondere 20wt% Germanium (Ge) , ganz insbesondere 26wt% Ge aufweist.
15. Lotlegierung nach Anspruch 14, die 21wt% bis 25wt% Germanium (Ge), insbesondere 23wt% Germanium (Ge) aufweist.
16. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, die 28wt% bis 35wt% Gallium (Ga) aufweist.
17. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, die Chrom (Cr) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
18. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen, die Kobalt (Co) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
19. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die Aluminium (Al) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
20. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, die Wolfram (W) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
21. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die Titan (Ti) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
22. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die Molybdän (Mo) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
23. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, die Tantal (Ta) enthält, insbesondere mindestens 0.1wt%.
24. Lotlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, die aus Nickel (Ni) und Gallium (Ga) oder Germanium (Ge) und einem einzigen weiteren Legierungselement ausschließlich ausgewählt aus der Gruppe: Chrom (Cr), Kobalt (Co), Wolfram (W) und Aluminium (Al) besteht.
25. Lotlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die aus Nickel (Ni) und Gallium (Ga) oder Germanium (Ge) und zwei weiteren Legierungselementen ausschließlich ausgewählt aus der Gruppe: Chrom (Cr), Kobalt (Co), Wolfram (W) und Aluminium (Al) besteht.
26. Lotlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die aus Nickel (Ni) und Gallium (Ga) oder Germanium (Ge) und drei weiteren Legierungszusätze ausschließlich ausgewählt aus der Gruppe: Chrom (Cr), Kobalt (Co), Wolfram (W) und Aluminium (Al) besteht.
27. Lotlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Wolfram (W), Aluminium (Al) und Gallium (Ga) oder Germanium (Ge) besteht.
28. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die kein Bor (B) und/oder kein Zirkonium (Zr) enthält.
29. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei der Nickel (Ni) den größten Gewichtsanteil aufweist
30. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei der Nickel (Ni) den größten Volumenanteil aufweist.
31. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem der Chromgehalt 2wt% - 10wt%, insbesondere 3wt% - 9wt%, ganz insbesondere 8wt%, beträgt .
32. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem der Aluminiumgehalt lwt% - 5wt%, insbesondere 2wt% - 4wt%, ganz insbesondere 3wt%, beträgt .
33. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei der der Wolframgehalt 2wt% - 6wt%, insbesondere 3wt% - 5wt%, ganz insbesondere 4wt%, beträgt .
34. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, bei der der Kobaltgehalt 2wt% - 10wt%, insbesondere 3wt% - 9wt%, ganz insbesondere 8wt%, beträgt.
35. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die aus einem binären System aus Nickel (Ni) und entweder aus Germanium (Ge) oder Gallium (Ga) besteht.
36. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, die aus einem ternären System Nickel (Ni) , Gallium (Ga) und Germanium (Ge) besteht.
37. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 3 bis 36, die kein Silizium enthält.
38. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 2, 4 bis 37, die kein Kohlenstoff enthält.
39. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 2, 3, 5 bis 38, die kein Eisen enthält.
40. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 2, 3, 4, 6 bis 39, die kein Mangan enthält.
41. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche die kein Wolfram enthält.
42. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem der Aluminiumgehalt zwischen l,0wt% und 2,0wt%, insbesondere bei l,5wt% liegt.
43. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem der Wolframgehalt zwischen lwt% und 3wt%, insbesondere bei 2wt% liegt.
44. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, bei dem der Kobaltgehalt zwischen 3wt% und 5wt%, insbesondere bei 4wt% liegt.
45. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem der Chromgehalt zwischen 3wt% und 5wt%, insbesondere bei 4wt% liegt.
46. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung kein Chrom (Cr) aufweist.
47. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung kein Kobalt (Co) aufweist.
48. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung kein Aluminium (Al) aufweist.
49. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Wolfram und Aluminium besteht.
50. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Kobalt und Wolfram besteht.
51. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom und Wolfram besteht.
52. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom und Kobalt besteht.
53. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Kobalt und Aluminium besteht.
54. Lotlegierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, bei dem die Lotlegierung aus Nickel, Germanium, Chrom und
Aluminium besteht.
55. Verfahren zur Reparatur eines Bauteils (1), bei dem ein Lot (10) gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 54 und insbesondere eine Temperatur von mindestens 11400C, ganz insbesondere mindestens 11600C, verwendet wird.
56. Verfahren nach Anspruch 55, bei dem das Lotverfahren isothermal durchgeführt wird.
57. Verfahren nach Anspruch 55, bei dem das Lotverfahren mittels eines Temperaturgradienten durchgeführt wird.
58. Verfahren nach Anspruch 55, 56 oder 57, bei dem das Lot (40) gerichtet, insbesondere einkristallin, erstarrt wird.
59. Verfahren nach Anspruch 55, 56, bei dem das Lot (10) für die Legierungen PWA 1483, PWA 1484 oder Rene N5 verwendet wird.
60. Verfahren nach Anspruch 55, 56, 57, 58 oder 59, bei dem ein Substrat (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155; gerichtet, insbesondere einkristallin, erstarrt ist.
61. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 11600C beträgt.
62. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 11800C beträgt.
63. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 12000C beträgt.
64. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 12300C beträgt.
65. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 12600C beträgt.
66. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur 12800C beträgt.
67. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 55 bis 60, bei dem die Temperatur maximal 12800C, insbesondere maximal 11600C, beträgt .
68. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 55 bis 67, bei dem in einer Prozesskammer ein Gesamtdruck von kleiner lOmbar (= 1000Pa) , insbesondere von etwa lmbar (=100Pa) , eingestellt wird.
69. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 55 bis 68, bei dem der Gesamtdruck in der Prozesskammer größer als 0, lmbar (= 10Pa) , insbesondere größer lmbar (=100Pa) , eingestellt wird.
70. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 55 bis 69, bei dem vor Erwärmung des Bauteils (1, 120, 130, 155) in der Prozesskammer mit dem Lot (10) eine Spülung der Prozesskammer mit einem Inertgas erfolgt, insbesondere für mindestens 10 Stunden (10h), insbesondere für bevorzugt 48 Stunden (48h) .
71. Verfahren nach Anspruch 70, bei dem der Durchsatz bei dem Spülvorgang zwischen 0,21/min und 11/min liegt.
72. Verfahren nach Anspruch 71, der Durchsatz bei dem Spülvorgang 11/min beträgt.
73. Verfahren nach Anspruch 70, 71 oder 72, bei dem ein Inertgas, insbesondere mit dem Reinheitsgrad 6.0, vor dem Eintritt in die Prozesskammer durch eine Gasreinigungspatrone gefiltert wird.
74. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche, bei dem die Zeitdauer des Lötens, mindestens 10 Stunden (10h), insbesondere mindestens 48 Stunden (48h) beträgt.
75. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche, bei dem Lot (10) polykristallin (CC) erstarrt wird, insbesondere in CC-Bauteilen .
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