DE102005049632B4 - Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz Download PDF

Info

Publication number
DE102005049632B4
DE102005049632B4 DE200510049632 DE102005049632A DE102005049632B4 DE 102005049632 B4 DE102005049632 B4 DE 102005049632B4 DE 200510049632 DE200510049632 DE 200510049632 DE 102005049632 A DE102005049632 A DE 102005049632A DE 102005049632 B4 DE102005049632 B4 DE 102005049632B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
alloy
tial
alloys
oxidation resistance
aluminum
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 - Fee Related
Application number
DE200510049632
Other languages
English (en)
Other versions
DE102005049632A1 (de
Inventor
Michael Prof. Dr.-Ing. Schütze
Alexander Dr. Donchev
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.)
Dechema-Forschungsinstitut De
Original Assignee
DECHEMA GESELLSCHAFT fur CHEMISCHE TECHNIK und BIOTECHNOLOGIE EV
Dechema Gesellschaft fur Chemische Technik und Biotechnologie Ev
Dechema Deutsche Gesellschaft fuer Chemisches Apparatewesen eV
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 DECHEMA GESELLSCHAFT fur CHEMISCHE TECHNIK und BIOTECHNOLOGIE EV, Dechema Gesellschaft fur Chemische Technik und Biotechnologie Ev, Dechema Deutsche Gesellschaft fuer Chemisches Apparatewesen eV filed Critical DECHEMA GESELLSCHAFT fur CHEMISCHE TECHNIK und BIOTECHNOLOGIE EV
Priority to DE200510049632 priority Critical patent/DE102005049632B4/de
Publication of DE102005049632A1 publication Critical patent/DE102005049632A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102005049632B4 publication Critical patent/DE102005049632B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von TiAl-Legierungen zwischen 700°C und 1100°C, wobei
eine TiAl-Legierung zunächst einer Hochtemperaturbeanspruchung ausgesetzt wird, die zur Bildung einer nicht schützenden Oxidschicht auf der TiAl-Legierung führt, und
danach eine Halogenverbindung auf die Oberfläche der oxidierten Legierung aufgebracht oder dieser über die Gasphase zur Verfügung gestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Behandlung der Oberflächen von Legierungen aus Aluminium und Titan, so genannte Titanaluminide, und dient der Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen. Ziel ist es die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen oberhalb von ca. 750°C soweit zu erhöhen, dass ein technischer Einsatz dieser Werkstoffklasse als Leichtbauwerkstoff (Dichte ca. 4 g/cm3) für verschieden Hochtemperaturanwendungen z.B. in Flugzeugturbinen ermöglicht wird. Die herkömmlichen schweren Nickellegierungen (Dichte bis zu 9 g/cm3) könnten somit ersetzt werden.
  • Die Oxidationsbeständigkeit der Titanaluminide kann durch den Zusatz von Halogenen deutlich verbessert werden [1,2,3]. Das Einbringen der Halogene erfolgt bei den bisherigen Schutzrechten [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 ; M. Schütze, G. Schumacher: DE 100 17 187 A1 : M. Schütze, A. Donchev: EP 1 462 537 A2 ] über verschiedene Verfahren vor dem betrieblichen Einsatz der Bauteile. Die Halogene werden dabei entweder dem gesamten Werkstoff zulegiert (0.004 bis 1 at. % Halogenzusatz) oder es wird die Werkstoffoberfläche mit Halogenen vorbehandelt.
  • Die Oberflächenverfahren gemäß der EP 0 770 702 sowie der EP 1 462 537 sehen vor, dass Halogenverbindungen in festem oder flüssigem Zustand unmittelbar auf die Oberfläche eines Bauteils aus einer TiAl-Legierung aufgetragen werden und für einen bestimmten Zeitraum einwirken.
  • Die Verfahren setzen eine Mindesteinwirkungsdauer der Halogenverbindungen auf die Oberfläche voraus oder die Legierung muss nach Aufbringen der Halogenverbindung aufgeheizt werden. Die Verfahren, in denen die Halogene bei der Herstellung direkt der Legierung zugesetzt werden, gehen einen völlig anderen Weg, bei dem der gesamte Werkstoff die Halogene enthält. Alle diese Verfahren laufen vor einem Einsatz der fertigen Bauteile ab.
    •
  • Bei dem hier vorgestellten neuen Verfahren entfallen die bisher nötigen Verfahrensschritte. Die organischen Halogenkohlenstoffverbindungen, z.B. PTFE, werden direkt auf die oxidierte Bauteiloberfläche nach einem vorangegangenen Betrieb ohne geschützte Oberfläche gegeben und entfalten ihre Schutzwirkung beim erneuten Hochtemperaturbetrieb. Die aus der organischen „Matrix" freigesetzten Halogene können durch die Mischoxidschicht bis zum Substrat diffundieren und gehen bei den hohen Einsatztemperaturen eine Reaktion mit dem Aluminium der Legierung ein, die schließlich im Endeffekt zu einer schützenden, dünnen Aluminiumoxidbarriere führt. Die gebildeten gasförmigen Aluminiumhalogenide diffundieren durch die Mischoxidschicht wieder nach außen und werden durch den zunehmenden Sauerstoffpartialdruck zu Aluminiumoxid oxidiert. Der organische Rest verdampft, was den positiven Effekt nicht beeinflusst.
    •
  • Ohne weitere Vorbehandlung zeigt eine durch 10 Tage Hochtemperatureinsatz ohne Oberflächenschutz oxidierte Probe der technisch relevanten TiAl-Legierung γ-MET, Ti-46.5Al-4(Cr, Nb, Ta, B) nach einer anschließenden Behandlung mit PTFE eine deutlich verlangsamte Massenzunahme unter weiterer Hochtemperaturbeanspruchung, was in 1 zu entnehmen ist. Die Proben der technisch relevanten TiAl-Legierung γ-MET, Ti-46.5Al-4(Cr, Nb, Ta, B), wurden thermozyklisch bei 900°C an Laborluft oxidiert. Die Proben wurden für 24 Stunden im Ofen gehalten, auf Raumtemperatur abgekühlt, gewogen und nach einer Stunde wieder in den heißen Ofen überführt. Die Massenzunahme nach dem 10 Tag bei der behandelten Probe rührt von der Aufnahme des Fluors her. Die Massenverluste der unbehandelten Probe sind durch Abplatzungen von Teilen der Mischoxidschicht zu erklären. Die Halogenbehandlung unterbindet dies. In 2 ist eine durchgehende Aluminiumoxidschicht innerhalb der Mischoxidschicht erkennbar. Ohne eine Halogenbehandlung bildet sich auf TiAl-Legierungen eine mit Nitriden durchsetzte Mischoxidschicht aus, bei der das Aluminiumoxid nur verteilt aber nicht als geschlossene Barriere vorliegt (3).
  • Literatur
    • [1] M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, M. Yonemitsu: Intermetallics 4(1996)557
    • [2] M. Hara, Y. Kitagawa: Oxidation of Metals 52(1999)77
    • [3] G. Schumacher, F. Dettenwanger, M. Schütze, U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller: Intermetallics 7(1999)1113

Claims (4)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von TiAl-Legierungen zwischen 700°C und 1100°C, wobei eine TiAl-Legierung zunächst einer Hochtemperaturbeanspruchung ausgesetzt wird, die zur Bildung einer nicht schützenden Oxidschicht auf der TiAl-Legierung führt, und danach eine Halogenverbindung auf die Oberfläche der oxidierten Legierung aufgebracht oder dieser über die Gasphase zur Verfügung gestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TiAl-Legierung neben Titan zwischen 20 bis 75 at. % Aluminium und in der Gesamtsumme zwischen 0 und 30 at. % weiterer Legierungszusätze enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Legierungszusätze die Elemente Bor oder Chrom oder Eisen oder Kohlenstoff oder Kupfer oder Magnesium oder Mangan oder Molybdän oder Niob oder Phosphor oder Silizium oder Tantal oder Vanadium oder Wolfram oder Yttrium oder Zirkonium oder eine Kombination mehrerer der zuvor genannten Elemente sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenverbindung eine Fluorkohlenstoffverbindung verwendet wird, durch die eine Fluor-Konzentration auf der Werkstoffoberfläche zwischen 3, 5 × 10–12 mol Fluor/cm2 und 6, 5 × 10–4 mol Fluor/cm2 eingestellt wird.
DE200510049632 2005-10-14 2005-10-14 Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz Expired - Fee Related DE102005049632B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510049632 DE102005049632B4 (de) 2005-10-14 2005-10-14 Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510049632 DE102005049632B4 (de) 2005-10-14 2005-10-14 Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005049632A1 DE102005049632A1 (de) 2007-04-19
DE102005049632B4 true DE102005049632B4 (de) 2007-07-19

Family

ID=37896446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510049632 Expired - Fee Related DE102005049632B4 (de) 2005-10-14 2005-10-14 Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005049632B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012002283B3 (de) * 2012-02-06 2013-06-06 Audi Ag Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010044806A1 (de) 2010-09-09 2012-03-15 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Verfahren zur Behandlung der Oberflächen eines aus einer TiAl-Legierung bestehenden Substrats zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit
DE102018222435A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Legierung und Bauteil mit einer hohen spezifischen Steifigkeit

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0770702A1 (de) * 1995-10-23 1997-05-02 DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen auf der Basis TiAl
EP1462537A2 (de) * 2003-03-21 2004-09-29 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0770702A1 (de) * 1995-10-23 1997-05-02 DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen auf der Basis TiAl
EP1462537A2 (de) * 2003-03-21 2004-09-29 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012002283B3 (de) * 2012-02-06 2013-06-06 Audi Ag Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005049632A1 (de) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102236938B1 (ko) 쌍정 및 상변태 변형유기 고엔트로피 강 및 그 제조방법
EP3330390B1 (de) Nickel-chrom-legierung
DE3243283C2 (de)
DE102005049632B4 (de) Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan nach einem vorangegangenen Einsatz
EP2796588B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturschutzbeschichtung
KR101963020B1 (ko) 온도-응력 감응 다중변형기구를 가진 CrCoNi 합금 및 그 제조방법
EP1498504A1 (de) Aluminiumbasierte multinäre Legierungen und deren Verwendung als wärme- und korrosionsschützende Beschichtungen
DE112016004410T5 (de) Superlegierung mit geringer thermischer ausdehnung und herstellungsverfahren dafür
DE2816520C2 (de) Verwendung eines Hartmetalls
CA2391903C (en) Two-step aging treatment for ni-cr-mo alloys
CN108136482B (zh) 热锻造用模具、使用该热锻造模具的锻造制品的制造方法以及热锻造用模具的制造方法
WO2007134596A1 (de) Verfahren zur behandlung von oberflächen von titanaluminiumlegierungen mit fluor oder fluorverbindungen
EP3015199A2 (de) Verfahren zur herstellung einer hochtemperaturfesten ziellegierung, eine vorrichtung, eine legierung und ein entsprechendes bauteil
RU2350674C1 (ru) Жаропрочный сплав
DE102010042889A1 (de) Turboladerbauteil
KR20230065979A (ko) Ni계 합금 재료
DE102020212015A1 (de) Hochtemperaturfähige lötanordnung
DE102014002402A1 (de) Titanfreie Legierung
EP2428591A2 (de) Verfahren zur Behandlung der Oberflächen eines aus einer TiAl-Legierung bestehenden Substrats zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit
DE2801157A1 (de) Nickel-chrom-superlegierung
JPH08218138A (ja) 耐熱耐食性材料
DE102022123330A1 (de) Gusseisenlegierung für automobilmotoranwendungen mit überlegenen hochtemperaturoxidationseigenschaften
WO2017059467A1 (de) Komponente einer metallverarbeitungsmaschine
DE3810336A1 (de) Aushaertbare nickellegierung
JPS58157937A (ja) 高温ガス冷却用反応器の鍜錬材料の製造法およびその合金

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
R082 Change of representative

Representative=s name: HEBING, NORBERT, DIPL.-PHYS., DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DECHEMA-FORSCHUNGSINSTITUT, DE

Free format text: FORMER OWNER: DECHEMA GESELLSCHAFT FUER CHEMISCHE TECHNIK UND BIOTECHNOLOGIE E.V., 60486 FRANKFURT, DE

Effective date: 20130222

R082 Change of representative

Representative=s name: HEBING, NORBERT, DIPL.-PHYS., DE

Effective date: 20130222

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee