Procedimiento para la fabricación de un revestimiento.

Procedimiento para la fabricación de un revestimiento (1) sobre un sustrato (2),

donde el revestimiento (1) estáconstituido por una capa funcional de múltiples estratos cerámica (3), la capa funcional cerámica (3) comprende unacapa columnar y el sustrato (2) contiene al menos un metal (Me), procedimiento en el que la capa funcional cerámica(3) se aplica en una cámara de procedimiento (6) usando un chorro de plasma (30) y usando un procedimiento depelícula delgada LPPS, caracterizado por que el sustrato (2) está constituido por una capa de adherencia sobre uncuerpo base fabricada por medio de un procedimiento LPPS, de un procedimiento de película delgada LPPS o de unprocedimiento PVD, de un material del grupo de las aleaciones MCrAIY, con M ≥ Ni, Co, CoNi o Fe, o de unaluminuro, en particular PtAl o PtNiAl, o de una fase intermetálica, en particular de un compuesto de NiAl y elrevestimiento (1) presenta una capa intermedia cerámica (4) que se encuentra entre el sustrato (2) y la capafuncional cerámica (3) y para la formación de la capa intermedia cerámica (4) se ajusta en la cámara deprocedimiento (6) una presión parcial de oxígeno en el intervalo de 0,01 mbar a 20 mbar y por que a unatemperatura de reacción ajustada del sustrato en el intervalo de 800ºC a 1200ºC y en presencia de oxígeno segenera de manera reactiva un óxido, que se obtiene con metal (Me) difundido en la superficie del sustrato (2) y lacapa intermedia (4) que se forma, como capa intermedia cerámica (4) con un espesor en el intervalo de 0,001 a 2μm y por que sobre esta capa intermedia (4) se deposita la capa funcional cerámica (3), donde la capa funcionalcerámica (3) se aplica con un procedimiento híbrido, con el que se aplican por proyección fases en forma de vapor ycondensadas de un material de revestimiento cerámico.

Procedimiento para la fabricación de un revestimiento La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un revestimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un sustrato revestido con este procedimiento.

El documento US-A-5 302 465 describe una capa calorífuga que comprende dos capas cerámicas de óxido de zirconio estabilizado con itrio sobre un sustrato de aleación intermetálica a base de NiAl. Antes de la aplicación por proyección de la capa calorífuga se oxida el sustrato con un pretratamiento térmico, de modo que se construye una capa de a-Al2O3 protectora. La primera capa cerámica se aplica por medio de un procedimiento LPPS y la segunda capa cerámica por medio de un procedimiento APS (“Atmospheric Pressure Plasma Spraying”, pulverización de plasma a presión atmosférica) .

El documento WO 92/05298 A describe un sustrato revestido con una capa calorífuga cerámica columnar exterior, donde el sustrato se dota en primer lugar con una capa de adherencia de MCrAIY+Hf+Si. La capa de adherencia se oxida en un tratamiento térmico en una atmósfera de hidrógeno, de modo que se construye una capa intermedia de Al2O3. Sobre esta capa intermedia se aplica por medio de un procedimiento CVD la capa calorífuga cerámica columnar.

Las grandes superficies pueden dotarse de manera uniforme de capas delgadas con un procedimiento LPPS especial (“Low Pressure Plasma Spraying- Process”, procedimiento de pulverización de plasma a baja presión) , concretamente un procedimiento LPPS-TF (“LPPS - ThinFilm - Process”, procedimiento de película delgada LPPS) , que se conoce por el documento US-A-5 853 815. Este procedimiento es un procedimiento térmico a baja presión, con el que pueden generarse espesores de capa en el intervalo de micrómetros. La fabricación de un revestimiento homogéneo se consigue mediante una pistola de pulverización que está configurada de manera geométricamente adecuada, donde sin embargo es esencial también que en la pistola de pulverización impere una sobrepresión suficientemente grande. La superficie que va a revestirse se lleva a una cámara de procedimiento, en la que está establecida una presión inferior a 10 kPa, mientras que en la pistola de pulverización impera por ejemplo una presión de aproximadamente 100 kPa, o sea aproximadamente la presión ambiente. La gran diferencia de presión entre el interior de la pistola de pulverización y la cámara de procedimiento hace que el chorro térmico de procedimiento se expanda para dar un chorro amplio, en el que se distribuye uniformemente el material que va a pulverizarse. Se deposita un estrato delgado que es compacto gracias al chorro de procedimiento homogéneo. Mediante una aplicación múltiple de tales estratos puede generarse de manera dirigida un revestimiento más grueso con propiedades especiales.

Un revestimiento de este tipo puede usarse como capa funcional. Sobre un cuerpo base metálico que forma el sustrato que va a revestirse puede aplicarse una capa funcional que por regla general es un sistema de capa de múltiples estratos con capas parciales compuestas de manera distinta. Por ejemplo, para turbinas de gas (turbinas de gas estacionarias o mecanismo de accionamiento de aviones) que se activan con altas temperaturas de procedimiento se revisten los álabes con una primera capa parcial de uno o múltiples estratos, de modo que el sustrato se vuelve estable frente a la corrosión del gas caliente. Una segunda capa parcial (de material cerámico) forma una capa calorífuga. En el documento EP-A-1 260 602 se describe un procedimiento para la generación de un sistema de capa calorífugo de este tipo, con el que se aplica una multiplicidad de estratos (capa aislante, capa de protección, capa calorífuga, capa de alisado) mediante un ajuste variable de parámetros de procedimiento que pueden controlarse en un ciclo de trabajo.

En un procedimiento LPPS-TF especial se realiza con el chorro de procedimiento térmico un revestimiento híbrido. Este procedimiento que se conoce por el documento EP-A-1 034 843 o el documento EP-A-1 479 788, permite combinar una pulverización térmica con una deposición de fase vapor y así unir las posibilidades de los dos procedimientos. Las propiedades del chorro de procedimiento están determinadas por parámetros de procedimiento que pueden controlarse, en particular por los parámetros presión, entalpía, composición de una mezcla de gases de procedimiento y composición así como forma de aplicación del material que va a pulverizarse. El material de revestimiento se evapora parcialmente dependiendo de los parámetros que pueden controlarse. Las fases que se encuentran en forma de vapor y condensada, es decir en forma sólida o líquida, del material de revestimiento se depositan al menos parcialmente sobre el sustrato. Para el material transportado en el chorro de procedimiento se determina la proporción relativa de vapor y/o de fase condensada mediante un procedimiento de medición diagnóstico. Con datos de medición obtenidos de esta manera se ajustan los parámetros de procedimiento que pueden controlarse con respecto a valores teóricos. Con respecto a estos valores teóricos que corresponden a una proporción de vapor predeterminada o proporción de fase condensada se realiza una regulación para la fabricación dirigida del sistema de capa de múltiples estratos.

Con el procedimiento de revestimiento híbrido puede fabricarse una capa calorífuga con una microestructura columnar. Esta capa o estrato se compone aproximadamente de corpúsculos cilíndricos, cuyos ejes centrales están orientados perpendicularmente a la superficie de sustrato. Ciertas zonas de transición, en las que la densidad del material depositado es más pequeña que en los corpúsculos, limitan los corpúsculos lateralmente. Este estrato columnar con microestructura anisótropa es tolerante a la expansión con respecto a tensiones variables que resultan debido a modificaciones de la temperatura que se producen repetidamente. El revestimiento reacciona ante las tensiones variables de manera ampliamente reversible, es decir sin una formación de fisuras, de modo que su vida útil se prolonga considerablemente en comparación con la vida útil de un revestimiento que no tiene una microestructura columnar.

Es objetivo de la invención crear un procedimiento para la fabricación de un revestimiento sobre un sustrato, donde el revestimiento debe estar constituido por una capa funcional de múltiples estratos cerámica y donde debe obtenerse una transición mejorada en comparación con capas funcionales conocidas entre el sustrato y el revestimiento. A este respecto debe aplicarse sobre el sustrato material de revestimiento cerámico con un procedimiento LPPS-TF como una capa funcional que comprende en particular una capa parcial columnar. Este objetivo se soluciona mediante el procedimiento definido en la reivindicación 1.

Con el procedimiento se fabrica un revestimiento sobre un sustrato que forma una superficie de un cuerpo base. El sustrato es en particular una capa de adherencia. En este procedimiento se aplica en una cámara de procedimiento usando un choro de plasma y usando un procedimiento LPPS-TF un estrato con material de revestimiento cerámico sobre el sustrato. El sustrato contiene al menos un metal Me. A una temperatura de reacción ajustada del sustrato y en presencia de oxígeno se genera de manera reactiva un óxido que se obtiene con metal Me difundido en la superficie, como capa intermedia cerámica. Sobre esta capa intermedia se deposita el estrato cerámico.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 12 se refieren a formas de realización ventajosas del procedimiento de acuerdo con la invención.

A continuación se explica la invención por medio de los dibujos. Muestran:

la figura 1 un corte de un revestimiento que se ha fabricado con el procedimiento de acuerdo con la invención,

la figura 2 una representación esquemática para la fabricación de una capa intermedia cerámica delgada,

la figura 3 la vista lateral de un chorro de procedimiento que está trazada según una imagen fotográfica, estando configuradas las zonas individuales con contorno discontinuo, y

la figura 4 una imagen inclinada esquemática para el chorro de procedimiento de la figura 3.

Una capa funcional, concretamente un revestimiento 1, tal como está representada en la figura 1 a modo de detalle, comprende sobre un sustrato 2 un estrato 3 de material de revestimiento cerámico y una capa intermedia cerámica 4, que está fabricada de acuerdo con la invención con el procedimiento ilustrado esquemáticamente en la figura 2. El sustrato 2 se encuentra en la superficie de un cuerpo base no representado.

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1. Procedimiento para la fabricación de un revestimiento (1) sobre un sustrato (2) , donde el revestimiento (1) está constituido por una capa funcional de múltiples estratos cerámica (3) , la capa funcional cerámica (3) comprende una capa columnar y el sustrato (2) contiene al menos un metal (Me) , procedimiento en el que la capa funcional cerámica (3) se aplica en una cámara de procedimiento (6) usando un chorro de plasma (30) y usando un procedimiento de película delgada LPPS, caracterizado por que el sustrato (2) está constituido por una capa de adherencia sobre un cuerpo base fabricada por medio de un procedimiento LPPS, de un procedimiento de película delgada LPPS o de un procedimiento PVD, de un material del grupo de las aleaciones MCrAIY, con M = Ni, Co, CoNi o Fe, o de un aluminuro, en particular PtAl o PtNiAl, o de una fase intermetálica, en particular de un compuesto de NiAl y el revestimiento (1) presenta una capa intermedia cerámica (4) que se encuentra entre el sustrato (2) y la capa funcional cerámica (3) y para la formación de la capa intermedia cerámica (4) se ajusta en la cámara de procedimiento (6) una presión parcial de oxígeno en el intervalo de 0, 01 mbar a 20 mbar y por que a una temperatura de reacción ajustada del sustrato en el intervalo de 800ºC a 1200ºC y en presencia de oxígeno se genera de manera reactiva un óxido, que se obtiene con metal (Me) difundido en la superficie del sustrato (2) y la capa intermedia (4) que se forma, como capa intermedia cerámica (4) con un espesor en el intervalo de 0, 001 a 2 !m y por que sobre esta capa intermedia (4) se deposita la capa funcional cerámica (3) , donde la capa funcional cerámica (3) se aplica con un procedimiento híbrido, con el que se aplican por proyección fases en forma de vapor y condensadas de un material de revestimiento cerámico.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el sustrato (2) es la superficie de un cuerpo base o una capa de adherencia aplicada sobre un cuerpo base y por que la temperatura de reacción del sustrato (2) , que depende de su composición, se genera por medio de un aporte de energía (60) mediante el chorro de plasma (30) o mediante una fuente adicional.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que la fuente adicional está dispuesta dentro de la cámara de procedimiento (6) o fuera de ésta en una cámara de transferencia y por que esta fuente es un emisor de radiación de infrarrojo, un láser o un generador de haces de electrones.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la temperatura de reacción del sustrato (2) tiene un valor en el intervalo de 900 - 1150ºC.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el metal (Me) es al menos parcialmente aluminio (Al) y el sustrato está compuesto de un compuesto que contiene aluminio.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que la capa intermedia cerámica (4) está constituida en más del 90% por a-Al2O3.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la capa funcional cerámica (3) es

o comprende una capa parcial columnar, que se aplica por proyección con el procedimiento LPPS-TF mediante la aplicación de una multiplicidad de estratos delgados y uniformes sobre la capa intermedia (4) , donde se usa un procedimiento híbrido, en el que se aplican fases en forma de vapor y condensadas del material de revestimiento cerámico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la temperatura de reacción del sustrato (2) se mide y se ajusta usando al menos un detector, donde el detector es un pirómetro de infrarrojo, una cámara térmica o una sonda térmica.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la capa intermedia cerámica (4) se genera con un espesor de 0, 1 a 0, 6 !m .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que para la formación de la capa intermedia cerámica (4) se ajusta un valor para la presión parcial de oxígeno necesaria en la cámara de procedimiento (6) en el intervalo de 0, 05 - 5 mbar y se controla durante todo el procedimiento.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que para la formación definida de la estructura de capa con la aplicación de la capa columnar se ajusta una presión parcial de oxígeno adecuada en la cámara de procedimiento en el intervalo de 0, 01 mbar - 2 mbar, preferentemente en el intervalo de 0, 05 mbar - 1 mbar y se controla durante todo el procedimiento.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que la presión de trabajo en la cámara de procedimiento (6) se encuentra en el intervalo de 0, 01 mbar a 20 mbar, preferentemente 0, 05 mbar a 5 mbar.