DE10017187B4

DE10017187B4 - Verfahren zur Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungenen zwischen 800°C und 1000°C und Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10017187B4
Application number: DE2000117187
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. Schütze Michael; Dipl.-Min. Schumacher Gerd
Original assignee: Dechema Ges fur Chemische Technik und Biotechnologie E V; Dechema Gesellschaft fur Chemische Technik und Biotechnologie Ev
Current assignee: DECHEMA-FORSCHUNGSINSTITUT, DE
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2020-04-08
Also published as: DE10017187A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen zwischen 800°C und 1100°C, wobei auf eine Oberfläche der Legierung eine Halogenverbindung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige Lösung von Hydrogenfluorid auf die Oberfläche der Legierungen aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen zwischen 800°C und 1100°C, wobei auf eine Oberfläche der Legierung eine Halogenverbindung aufgebracht wird und Verwendung des Verfahrens für Hochtemperaturbauteile.
Ein derartiges Verfahren ist in der EP 770 702 A1 beschrieben. Demnach dient die Vorbehandlung der Oberflächen von Legierungen aus Aluminium und Titan der Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit der Legierung.
Ziel ist es, die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen oberhalb von 700°C soweit zu erhöhen, dass ein technischer Einsatz als Leichtbauwerkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen ermöglicht wird.
Es ist allgemein bekannt, dass der Zusatz von Halogenen eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan im Temperaturbereich zwischen 800°C und 1000°C bewirkt (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, M. Yonemitsu: Intermetallics (4) (1996) 557–566; G. Schumacher, F. Dettenwanger, M. Schütze, U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller, Intermetallics (7) (1999) 1113–1120; M. Hara, Y. Kitagawa, Oxidation of Metals, (52), (1999), 77–94). Zum Einbringen der Halogen-Legierungszusätze werden in der Literatur (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, T. Furuyama: EP 0 580 081 A1 ; M. Schütze, M. Hald: EP 0 770 702 A1 ; M. Schütze, M. Hald: DE 196 27 605 C1 ) verschiedene Verfahren beschrieben. Die Halogens werden der oxidierenden Atmosphäre zugesetzt oder bei der Legierungsherstellung werden dem gesamten Werkstoff 0.004 bis 1 at.% Halogenzusatz zulegiert oder es wird nur die Oberfläche mit Halogenen vorbehandelt.
Die herkömmlichen Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche beruhen darauf, dass Halogen-Verbindungen in festem oder flüssigem Zustand für einen bestimmten Zeitraum auf die Oberfläche einwirken. Diese Verfahren setzen eine Mindesteinwirkungsdauer der Halogenverbindungen auf die Oberfläche voraus oder die Legierung muss nach Aufbringen der Halogenverbindung aufgeheizt werden.
Gemäß der EP 770 702 A1 ist ein Werkstoff in einer korrosiv wirkenden Umgebung bei hohen Temperaturen nur dann beständig, wenn durch chemische Reaktionen mit der Umgebungsatmosphäre sehr dünne, dichte und äußerst langsam wachsende Korrosionsproduktschichten gebildet werden. Bei Bauteilen aus Aluminium-Titan-Legierungen lassen sich dünne Korrosionsproduktschichten nur dann erzielen, wenn ein schnelles Wachstum der Titanoxide auf der Werkstoffoberfläche verhindert wird. In der EP 770 702 A1 wird daher vorgeschlagen, dass Halogene oder halogenartige Verbindungen über die Gasphase auf die Werkstoffoberfläche übertragen werden.
Die DE 24 45 622 A1 beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Aufbringung von Schmiermittelträgerschichten auf kalt umzuformende Werkstücke.
Die CH 372 895 A beschäftigt sich mit der Oxidation von Magnesium in einem Temperaturbereich um 450°C.
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, das Verfahren gemäß der EP 770 702 A1 zu verbessern. Insbesondere soll erreicht werden, dass möglichst wenig Material auf oder in die Werkstoffoberfläche eingebracht werden braucht und dieses in relativ kurzer Zeit wirksam wird, so dass die so behandelten Bauteile rasch ihrem Einsatz zugeführt werden können.
Zur Lösung der Aufgabe sieht Erfindung daher vor, dass eine flüssige Lösung von Hydrogenfluorid auf die Oberfläche der Legierung aufgebracht wird.
Das in dieser Erfindung vorgestellte Verfahren zur Vorbehandlung der Legierungsoberfläche mit Lösungen von Hydrogenfluorid hat gegenüber diesen bereits bestehenden Verfahren den Vorteil, dass bereits nach extrem kurzen Einwirkzeiten die Oberfläche die erhöhte Oxidationsbeständigkeit aufweist. Die Proben besitzen, nachdem die Oberfläche in irgendeiner Form mit einer Lösung von Hydrogenfluorid in Kontakt gebracht worden ist, bereits nach ca. 1 min die verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Diese Innovation wird durch die extrem hohe Reaktivität des Hydrogenfluorids bedingt. Weiterhin sind die in diesem Verfahren angewandten Fluor-Konzentration wesentlich niedriger als bei den herkömmlichen Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Während für die in Patent EP 0 580 081 A1 beschriebenen Verfahren zwischen 0,002 mal m^–2 und 2 mol m^–2 Halogenzusatz pro Probenoberfläche notwendig sind, liegen die im vorliegenden Verfahren verwendeten Fluor Konzentrationen zwischen 1 × 10^–15 mol m^–2 und 8 × 10^–4 mol m^–2.
Die mit einer Lösung von Hydrogenfluorid behandelte Legierung aus Aluminium und Titan besitzt zwischen 800°C und 1100°C an Luft und an reinem Sauerstoff eine im Vergleich zu nicht vorbehandelten Legierungen aus Aluminium und Titan um mehrere Größenordnungen verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Die Oxidschichtdicke liegt nach 100 h bei 900°C an Luft zwischen 500 und 700 nm und damit um 24,5 μm niedriger als bei einer nicht vorbehandelten Legierung. Bei den mit Lösungen von Hydrogenfluorid vorbehandelten Legierungen liegt nach der Oxidation eine sehr gute Haftfestigkeit der schützenden Oxidschicht vor, welche aus reinem Aluminiumoxid besteht.
Dadurch, dass sehr geringe Mindesteinwirkungszeiten bezüglich der Oberflächenbehandlung bei diesem Verfahren vorliegen, kann dieses Verfahren weitaus wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren zur Oberflächenbehandlung angewandt werden. Durch die geringeren Fluor-Konzentrationen handelt es sich um einen, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, umweltschonenderen Prozeß und der korrosive Angriff der im Prozeß verwendeten Anlagen wird minimiert.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen zwischen 800°C und 1100°C, wobei auf eine Oberfläche der Legierung eine Halogenverbindung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige Lösung von Hydrogenfluorid auf die Oberfläche der Legierungen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung neben Titan zwischen 20–65 at.% Aluminium und in der Gesamtsumme zwischen 0 und 30 at.% weitere Legierungszusätze enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Legierung als weitere Legierungszusätze die Elemente Silicium oder Yttrium oder Zirconium oder Vanadium oder Tantal oder Molybdän oder Niob oder Chrom oder Mangan oder Bor oder Wolfram oder eine Kombination mehrerer der zuvor genannten Elemente vorliegen können.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lösung von Hydrogenfluorid verwendet wird, deren Fluorgehalt so gewählt ist, dass eine Fluor-Konzentration auf der Werkstoffoberfläche zwischen 1 × 10^–15 mol Fluor m^–2 und 8 × 10^–4 mol Fluor m^–2 eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogenfluorid in Wasser oder in einer anderen polaren Flüssigkeit gelöst vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung von Hydrogenfluorid durch ein Tauchverfahren, durch Verstreichen mit einem Pinsel, durch ein Sprühverfahren, oder durch eine Kombination dieser Applikationsverfahren aufgebracht wird.
Verwendung des Verfahrens nach den vorherigen Ansprüchen bei einem aus einer Legierung aus Aluminium und Titan bestehenden Bauteil, das bei Hochtemperaturanwendungen zwischen 800°C und 1100°C zum Einsatz kommt.