DE1262608B

DE1262608B - Niobium-aluminum alloy

Info

Publication number: DE1262608B
Application number: DEU9348A
Authority: DE
Inventors: Elihu Francis Bradley; Joseph B Mcandrew; John Jacob Rausch; Charles Robert Simcoe
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1961-11-03
Filing date: 1962-10-30
Publication date: 1968-03-07

Description

Niob-Aluminium-Legierung Die Erfindung betrifft Niob-Aluminium-Legierungen auf Niobaluminidbasis, die bei Temperaturen bis zu 1399'C oxydationsbeständig sind.Niobium-Aluminum Alloy The invention relates to niobium-aluminum alloys based on niobium aluminide, which are resistant to oxidation at temperatures up to 1399 ° C.

Die hauptsächlichste Beschränkung in der Technologie der Gasturbinen besteht derzeit in der maximalen Eingangstemperatur. Die Temperatur am Turbineneingang wird wiederum durch die Temperatur beschränkt, welche die Turbinenschaufeln ohne Gefahr einer Beschädigung aushalten können. Die besten, bisher zur Verfügung stehenden Hochtemperaturlegierungen sind Superlegierungen auf Basis von Nickel und Kobalt; wichtige Bauelemente, wie Turbinenschaufeln, die aus solchen Legierungen bestehen, sind jedoch auf maximale Betriebstemperaturen zwischen 871 und 1038'C beschränkt.The main limitation in gas turbine technology currently consists of the maximum inlet temperature. The temperature at the turbine inlet is in turn limited by the temperature that the turbine blades without Can withstand the risk of damage. The best available so far High temperature alloys are superalloys based on nickel and cobalt; important components, such as turbine blades made of such alloys, however, they are limited to maximum operating temperatures between 871 and 1038'C.

Eine der technisch wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Niob als Basismetall einer Legierung besteht in seinem hohen Schmelzpunkt (2416°C) und seinem geringen Neutroneneinfangquerschnitt. Niob eignet sich daher besonders für sehr schnelle Flugzeuge und Raumfahrzeuge sowie in Kernreaktoren.One of the technically most important physical properties of niobium as the base metal of an alloy consists in its high melting point (2416 ° C) and its small neutron capture cross-section. Niobium is therefore particularly suitable for very fast aircraft and spacecraft as well as in nuclear reactors.

Niob ist an sich ein weiches, duktiles, leicht verarbeitbarer Werkstoff. Obwohl sein Schmelzpunkt etwa 2416°C beträgt, wird reines Niob bei Temperaturen oberhalb 649°C zu weich für eine Verwendung als Bauelement. Niob ist auch ein äußerst reaktionsfreudiges Metall, indem es große Mengen Sauerstoff und wahrscheinlich auch Stickstoff in Berührung mit Atmosphären löst, die selbst nur geringe Mengen dieser Elemente bei mäßigen Temperaturen enthalten.In itself, niobium is a soft, ductile, easily processable material. Although its melting point is around 2416 ° C, pure niobium becomes pure at temperatures above 649 ° C too soft for use as a component. Niobium is also an extreme reactive metal in that it contains large amounts of oxygen and probably also Nitrogen in contact with atmospheres dissolves even small amounts of these Contain elements at moderate temperatures.

Obwohl Niob leicht oxydiert, verflüchtigt sich sein Oxyd doch nicht, so daß ein Sauerstoffangriff auf Niob durch Überziehen des Metalls örtlich beschränkt werden kann. Weitere Vorteile von Nioblegierungen verglichen mit Molybdänlegierungen, welche für die vorstehenden Zwecke in Betracht gezogen wurden, bestehen darin, daß Nioblegierungen bei niedrigen Temperaturen relativ duktiler und besser verarbeitbar sind und Niob eine geringere Dichte aufweist als Molybdän.Although niobium oxidizes easily, its oxide does not evaporate, so that oxygen attack on niobium is localized by coating the metal can be. Further advantages of niobium alloys compared to molybdenum alloys, which have been considered for the above purposes are that Niobium alloys are relatively more ductile and easier to process at low temperatures and niobium has a lower density than molybdenum.

Es sind schon ternäre Nioblegierungen mit 1 bis 300/, Titan, 1 bis 250/0 Eisen oder 1 bis 300/, Chrom und jeweils 1 bis 200/, Aluminium bzw. mit 5 bis 201)/, Molybdän und 5 bis 200/,Aluminiumbekannt, die bei 1000 bzw. 1200°C relativ oxydationsbeständig sind. Diese Oxydationsbeständigkeit war jedoch nicht für alle Zwecke ausreichend, so daß nach wie vor das Bedürfnis nach noch oxydationsbeständigeren Legierungen bzw. einer weiteren Steigerung der oberen Temperaturgrenze der Oxydationsbeständigkeit bestand. Es wurde nun gefunden, daß Niobaluminid, wenn es auf elektrolytischem Wege auf Niob oder Nioblegierungen aufgebracht wird, diesen eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit im Temperaturbereich zwischen 1149 und 1399°C verleiht. An mit Niobaluminid überzogenen Gegenständen aus Nioblegierungen durchgeführte Versuche ergaben, daß der Niobaluminidüberzug den Nioblegierungen bei Temperaturen zwischen 1149 und 1399°C zwar eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit verleiht, man bei Temperaturen unterhalb 1149°C jedoch abweichende Ergebnisse erzielt. So zeigten z. B. Proben von mit Niobaluminid überzogenen Nioblegierungen, die bei 999°C geprüft wurden, eine maximale Oxydationsbeständigkeit von nur etwa 8 Stunden.There are already ternary niobium alloys with 1 to 300 /, titanium, 1 to 250/0 iron or 1 to 300 /, chromium and 1 to 200 /, aluminum or with 5 to 201) /, molybdenum and 5 to 200 /, Aluminum known, which are relatively resistant to oxidation at 1000 or 1200 ° C. However, this resistance to oxidation was not sufficient for all purposes, so that there was still a need for even more oxidation-resistant alloys or a further increase in the upper temperature limit of the oxidation resistance. It has now been found that niobium aluminide, when applied electrolytically to niobium or niobium alloys, gives them excellent resistance to oxidation in the temperature range between 1149 and 1399.degree. Tests carried out on objects made of niobium alloys coated with niobium aluminide have shown that the niobium aluminide coating gives the niobium alloys excellent resistance to oxidation at temperatures between 1149 and 1399.degree. C., but that the results are different at temperatures below 1149.degree. For example, B. Samples of niobium alloys coated with niobium aluminide, tested at 999 ° C, have a maximum resistance to oxidation of only about 8 hours.

Wenn diese Proben vorher höheren Temperaturen von z. B. 1205 bis 1316°C ausgesetzt worden waren und dann erst auf 999'C erhitzt wurden, trat eine sehr rasche Oxydation ein, und der Überzug wurde innerhalb 15 Minuten pulverig.If these samples were previously exposed to higher temperatures of e.g. B. 1205 to 1316 ° C had been exposed and were only then heated to 999'C, a very rapid occurrence Oxidation occurred and the coating became powdery within 15 minutes.

Bei einer Oxydation zwischen 649 und 760°C zerfällt Niobaluminid (NbA13) und bildet ein feines graues Pulver; ähnlich verhält sich MoSi, bei niedrigen Temperaturen, wie dies zuerst von E. F i t z e r in »Molybdändisilizid als Hochtemperaturwerkstoff«, Plansee Proc., 1955, Pergamon Press, London, 1956, beschrieben wurde. Innerhalb des Temperaturbereichs von 649 bis 760°C tritt die Pulverisierung innerhalb 2 bis 3 Stunden auf. Bei etwa 538°C dauert es etwa 150 Stunden, bis ein rascher Zerfall zu Pulver eintritt.When oxidized between 649 and 760 ° C, niobium aluminide (NbA13) decomposes and forms a fine gray powder; MoSi behaves similarly at low Temperatures, as first reported by E. F i tzer in "Molybdenum disilicide as a high-temperature material", Plansee Proc., 1955, Pergamon Press, London, 1956. Within of the temperature range of 649 to 760 ° C, pulverization occurs within 2 to 3 hours on. At around 538 ° C, it takes around 150 hours for rapid disintegration to powder occurs.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Oxydation von Niobalunünid im Temperaturbereich zwischen 1149 und 1399°C am geringsten und reicht aus, um einer mit einem solchen Überzug versehenen Nioblegierung für 100 Stunden oder länger eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit zu verleihen. Nach dieser Periode guter Oxydationsbeständigkeit tritt dann in dem angegebenen Bereich von 1149 bis 1399'C ein Übergang zu höheren Oxydationsgeschwindigkeiten auf.As mentioned above, the oxidation of niobium is aluminide is lowest in the temperature range between 1149 and 1399 ° C and is sufficient to achieve a niobium alloy coated with such a coating for 100 hours or more to give excellent resistance to oxidation. Good resistance to oxidation after this period a transition to higher values then occurs in the specified range from 1149 to 1399'C Oxidation rates on.

Bei 760°C schreitet die Oxydation nur langsam fort, bis nach 2 bis 3 Stunden der Zerfall zu Pulver einsetzt. Dann beobachtet man eine abnorm große Gewichtszunahme, die nach 40 Stunden einer Aufnahme von 6,2 Mol Sauerstoff pro Mol NbA13 entspricht.At 760 ° C the oxidation proceeds only slowly, until after 2 to The powder starts to disintegrate in about 3 hours. Then one observes an abnormally large one Weight gain resulting in an intake of 6.2 moles of oxygen per mole after 40 hours NbA13 corresponds.

Bei hohen Temperaturen besteht die auf Niobaluminid (NbA13) gebildete Oxydschicht aus einer Mischung von a-A1203 und dem H-Allotropen von Nb205. Um festzustellen, ob bei der Pulverisierung bei niedrigen Temperaturen eine allotrope Umwandlung von Niobaluminid (NbA13) stattfindet, wurden Proben dieses Materials 300 Stunden im Vakuum auf Temperaturen zwischen 427 und 649'C erhitzt. Dabei beobachtete man kein Auftreten von Pulver. Obwohl diese Versuche nicht die Möglichkeit ausschließen, daß ein bei niedriger Temperatur existierende allotrope Modifikation von NbA13 durch Sauerstoff stabilisiert wird, bestätigen sie doch, daß zwischen der Umgebung und dem beobachteten Zerfall ziemlich enge Beziehungen bestehen.At high temperatures, the one formed on niobium aluminide (NbA13) persists Oxide layer from a mixture of a-A1203 and the H-allotrope of Nb205. To realize, whether an allotropic conversion of Niobium aluminide (NbA13) takes place, samples of this material were imprinted for 300 hours Vacuum heated to temperatures between 427 and 649'C. No one observed it Appearance of powder. Although these attempts do not preclude the possibility that an allotropic modification of NbA13 that exists at low temperature Oxygen is stabilized, they confirm that between the environment and there are fairly close relationships with the observed decay.

Man untersuchte dann, ob legierende Zusätze zu Niobaluminid (NbA13) die Neigung des NbA13, bei niedrigen Temperaturen zu Pulver zu zerfallen, beseitigen könnten.It was then investigated whether alloying additives to niobium aluminide (NbA13) Eliminate the tendency of NbA13 to disintegrate into powder at low temperatures could.

Für diesen Zweck wurden viele Legierungszusätze ausprobiert, und es wurde gefunden, daß die Zugabe kleiner Mengen Silicium zu Niobaluminid eine überraschende und erstaunlich günstige Wirkung in bezug auf die Oxydationsbeständigkeit von Niobaluminid bei allen Temperaturen bis herauf zu 1399'C ausübt. Wird diese Legierung als Überzug verwendet, so ist sie gasundurchlässig, ergibt eine sehr geringe Diffusionsgeschwindigkeit zwischen dem Überzug und dem überzogenen Metall und ist bei allen Temperaturen verhältnismäßig duktil.Many alloy additives have been tried for this purpose, and it the addition of small amounts of silicon to niobium aluminide has been found to be surprising and surprisingly beneficial effect on the oxidation resistance of niobium aluminide exercises at all temperatures up to 1399'C. This alloy is used as a coating used, it is impermeable to gas and results in a very low diffusion rate between the coating and the coated metal and is proportionate at all temperatures ductile.

Die zum Überziehen von Niob und Nioblegierungen geeigneten Niobaluminidlegierungen nach der Erfindung bestehen aus Niobaluminid mit etwa 75 Atomprozent Aluminium und 3 bis 10 Atomprozent Silicium zur Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit des Niobaluminids bei allen Temperaturen bis zu 1399°C und insbesondere zur Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit von Niobaluminid in dem niedrigen Temperaturbereich zwischen 649 und 1093'C.The niobium aluminide alloys suitable for coating niobium and niobium alloys according to the invention consist of niobium aluminide with about 75 atomic percent aluminum and 3 to 10 atomic percent silicon to improve the oxidation resistance of the niobium aluminide at all temperatures up to 1399 ° C and especially to improve the resistance to oxidation of niobium aluminide in the low temperature range between 649 and 1093'C.

Obwohl die dem Niobaluminid unter Bildung der erfindungsgemäßen Legierungen zugesetzten Siliciummengen zwischen 3 und 10 Atomprozent variieren können, betragen sie in der Regel doch zwischen 4 und 7 Atomprozent und vorzugsweise zwischen 5 und 6 Atomprozent. Die erfindungsgemäßen Legierungen können unter Anwendung bekannter Schmelz- und Gußtechniken hergestellt werden. Zur Erzielung einer Homogenität kann mehrfach geschmolzen werden. Einzelne Schmelzen können zusammen vergossen werden, und man kann die Schmelze in einer vorherbestimmten Form abkühlen und erstarren lassen.Although the niobium aluminide to form the alloys according to the invention amounts of silicon added can vary between 3 and 10 atomic percent they are usually between 4 and 7 atomic percent and preferably between 5 and 6 atomic percent. The alloys of the invention can be made using known Melting and casting techniques are produced. To achieve homogeneity can be melted several times. Individual melts can be cast together, and the melt can be cooled and solidified in a predetermined shape permit.

Das Schmelzen kann entweder mittels eines Induktionsofens oder eines Lichtbogenofens erfolgen, wobei man entweder sich aufbrauchende oder sich nicht aufbrauchende Elektroden verwendet. Ein Lichtbogenschmelzofen mit einem hartgegossenen Kupfertiegel hat sich als vorteilhaft erwiesen.The melting can either be by means of an induction furnace or a Arc furnace take place, either consuming or not consuming electrodes used. An arc melting furnace with a hard cast Copper crucibles have proven beneficial.

Unabhängig von der Art des verwendeten Ofens muß während des Schmelzens und Vergießens sorgfaltig darauf geachtet werden, daß das geschmolzene Metall vor üblichen atmosphärischen Verunreinigungen, wie Sauerstoff, Stickstoff, und anderen Gasen geschützt wird. Dieses Problem kann dadurch vermieden werden, daß man unter einer geregelten Atmosphäre schmilzt.Regardless of the type of furnace used, it must be used during melting Care should be taken to keep the molten metal in front of the potting common atmospheric contaminants such as oxygen, nitrogen, and others Gases is protected. This problem can be avoided by going under a regulated atmosphere melts.

Zur Herstellung der Schmelze können die Metalle in nahezu jeder geeigneten Form verwendet werden, z. B. in Form eines Granulats,. eines Pulvers in Form von Draht oder in Form von Schrot. Für den Idealfall sollen die Metalle eine höchstmögliche Reinheit besitzen. In den nachstehenden Beispielen wurden 10-g-Schmelzen hergestellt und auf ihr Oxydationsverhalten bei verschiedenen Temperaturen untersucht. Dabei wurde die Gewichtszunahme in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt.To produce the melt, the metals can be used in almost any suitable form Form can be used, e.g. B. in the form of granules. a powder in the form of Wire or in the form of shot. In the ideal case, the metals should be as high as possible Have purity. In the examples below, 10 g melts were made and examined for their oxidation behavior at different temperatures. Included the weight gain was determined as a function of time.

Das Verhalten von Niobaluminid (NbA13) bei verschiedenen Temperaturen unterhalb 1093'C wurde bereits beschrieben. Es dürfte indessen auch von Interesse sein, das Oxydationsverhalten von Niobaluminid (NbA13) in reiner Form bei Temperaturen von 1093 und 1316°C zu kennen. Das Oxydationsverhalten von reinem Niobaluminid (NbAla) bei diesen Temperaturen kann dann mit den in den nachstehenden Beispielen erzielten Prüfergebnissen verglichen werden.The behavior of niobium aluminide (NbA13) at different temperatures below 1093'C has already been described. However, it should also be of interest be, the oxidation behavior of niobium aluminide (NbA13) in pure form at temperatures from 1093 and 1316 ° C. The oxidation behavior of pure niobium aluminide (NbAla) at these temperatures can then be achieved with the examples below Test results are compared.

Bei 1093°C weist Niobaluminid (NbA13) während etwa 100 Stunden eine gute Oxydationsbeständigkeit auf; dann nimmt die Oxydationsgeschwindigkeit zu. Nach Ablauf von 100 Stunden zeigt Niobaluminid (NbA13) bei 1093'C eine Gewichtszunahme von etwa 10 mg/cm2.At 1093 ° C, niobium aluminide (NbA13) exhibits a good resistance to oxidation; then the rate of oxidation increases. To After 100 hours, niobium aluminide (NbA13) shows an increase in weight at 1093 ° C of about 10 mg / cm2.

Bei 1316°C ist die Oxydationsgeschwindigkeit von Niobaluminid (NbA13) viel höher, und die Verbindung ergibt eine Gewichtszunahme von etwa 20 mg/em2 nach 30 Stunden.At 1316 ° C the rate of oxidation of niobium aluminide (NbA13) is much higher, and the compound gives a weight gain of about 20 mg / em2 after 30 hours.

Die nachstehenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung. Beispiel 1 Eine Mischung aus 22,5 Atomprozent Niob, 72,5 Atomprozent Aluminium und 5 Atomprozent Silicium wurde in einen wassergekühlten Kupfertiegel eines mit sich nicht aufbrauchenden Elektroden aus Wolfram arbeitenden, elektrischen Schmelzofens gegeben. Vor dem Schmelzen wurde der Innenraum des Ofens viermal evakuiert und dann mit Argon gefüllt, was eine ausreichend inerte, luftfreie, geregelte Atmosphäre ergab. Jede Beschickung wurde mindestens zweimal geschmolzen, wobei sich die Gesamtanzahl der zur Erzielung einer homogenen Schmelze erforderlichen Umschmelzungen aus Beobachtungen des Arbeiters ergab. Nach dem letzten Umschmelzen der Beschickung wurde der Ofen abgeschaltet, und man ließ die Schmelze in der Argonatmosphäre abkühlen, entnahm sie aus dem Tiegel und untersuchte sie auf die nachstehend beschriebene Weise.The following examples serve to illustrate the invention. Example 1 A mixture of 22.5 atomic percent niobium, 72.5 atomic percent aluminum and 5 atomic percent silicon was placed in a water-cooled copper crucible with it non-consuming electrodes made of tungsten working, electric melting furnace given. Before melting, the interior of the furnace was evacuated four times and then Filled with argon, creating a sufficiently inert, air-free, controlled atmosphere revealed. Each batch was melted at least twice, increasing the total number the remelting required to achieve a homogeneous melt from observations of the worker revealed. After the last remelting the loading the furnace was switched off and the melt was allowed to cool in the argon atmosphere, took them out of the crucible and examined them for that described below Way.

Alle Schmelzen betrugen 10g= und das in diesem Beispiel beschriebene Prüfverfahren wurde auch in allen anderen nachstehenden Beispielen angewendet.All melts were 10g = and that described in this example Test method was also used in all of the other examples below.

Da die Oxydationsbeständigkeit die hier am meisten interessierende Eigenschaft ist, wurde lediglich diese Oxydationsbeständigkeit in den Beispielen geprüft, da es bekannt ist, daß Niobaluminid andere Eigenschaften besitzt, die es als Überzug für Niob und Nioblegierungen geeignet machen.Since the resistance to oxidation is the one of greatest interest here Property, only this oxidation resistance was used in the examples examined as it is known that niobium aluminide has other properties that it does make suitable as a coating for niobium and niobium alloys.

Zur Durchführung der Oxydationsprüfversuche wurden Proben bei den nachstehend beschriebenen Temperaturen und während der angegebenen Zeiten einer im Gleichgewicht befindlichen Luftatmosphäre ausgesetzt. Die Proben wurden durch Schleifen mit einem Aluminiumoxydschleifmittel unter Erzielung einer gleichmäßigen Oberfläche für die Prüfung vorbereitet. Nach genauer Wägung und Bestimmung aller kritischen Komponenten wurden die Proben in vorgebrannten Porzellantiegeln so mit der Luft in Berührung gebracht, daß möglichst viel ihrer Oberfläche der Luft ausgesetzt war. Dann wurde jede Probe durch Bestimmung ihrer Gewichtszunahme und durch visuelle Begutachtung ihres Aussehens ausgewertet.To carry out the oxidation test, samples were taken from the temperatures described below and during the specified times a exposed to a balanced air atmosphere. The samples were through Sand with an alumina abrasive to achieve an even finish Surface prepared for the exam. After careful weighing and determination of all The samples were placed in pre-fired porcelain crucibles with critical components brought into contact with air so that as much of its surface as possible is exposed to air was. Then each sample was assessed by determining its weight gain and by visual Assessment of their appearance evaluated.

Die im vorliegenden Beispiel erhaltene Probe wurde 140 Stunden bei 1093'C Luft ausgesetzt, worauf sie keine merkliche Gewichtszunahme zeigte. Sie wies einen dunkelgrauen, fest verbundenen Oxydfilm auf, der sich zu Beginn der Oxydation bildete und sich selbst nach 140 Stunden nicht mehr merklich veränderte. Das Oxydationsverhalten der aus Niobäluminid (NbA13) plus 5 Atomprozent Silicium bestehenden Probe gemäß dieses Beispiel war gegenüber dem Oxydationsverhalten von reinem Niobaluminid (NbA13) bei 1093'C ganz wesentlich verbessert. Reines Niobaluminid (NbA13) beginnt nach 100 Stunden bei 1093'C ziemlich rasch zu oxydieren.The sample obtained in the present example was 140 hours at 1093'C exposed to air, whereupon she showed no noticeable weight gain. You pointed a dark gray, firmly bonded oxide film, which is at the beginning of the oxidation formed and did not change noticeably even after 140 hours. The oxidation behavior the sample consisting of niobium aluminide (NbA13) plus 5 atomic percent silicon according to this example was compared to the oxidation behavior of pure niobium aluminide (NbA13) at 1093'C much improved. Pure niobium aluminide (NbA13) begins after Can be oxidized fairly quickly at 1093 ° C. for 100 hours.

Eine andere Probe gemäß diesem Beispiel wurde 145 Stunden bei 1316°C Luft ausgesetzt. Nach 145 Stunden zeigte sie keine merkliche Gewichtszunahme und behielt im wesentlichen die gleiche hohe Oxydationsbeständigkeit bei; die sie bei 1093'C gezeigt hatte.Another sample according to this example was used at 1316 ° C for 145 hours Exposed to air. After 145 hours she showed no noticeable weight gain and retained essentially the same high resistance to oxidation; which they at 1093'C had shown.

Die erste der vorstehend beschriebenen Proben wurde dann nach 145stündiger Erhitzung in Luft auf 1093'C 40 Stunden bei 982°C ohne merkliche Gewichtszunahme und dann 40 Stunden bei 871'C ebenfalls ohne merkliche Gewichtszunahme Luft ausgesetzt. In gleicher Weise wurde die Probe, die 145 Stunden in Luft auf 1316°C erhitzt worden war, anschließend 40 Stunden in Luft auf 982°C ohne merkliche Gewichtszunahme erhitzt. Diese Probe wurde dann weitere 40 Stunden in Luft auf 871'C erhitzt, wobei man wieder keine merkliche Gewichtszunahme feststellte.The first of the above-described samples, after heating in air to 1093 ° C. for 145 hours, was then exposed to air for 40 hours at 982 ° C. without noticeable increase in weight and then for 40 hours at 871 ° C. likewise without noticeable increase in weight. In the same way, the sample, which had been heated to 1316 ° C. in air for 145 hours, was then heated to 982 ° C. for 40 hours in air without any noticeable increase in weight. This sample was then heated to 871 ° C. in air for a further 40 hours, no noticeable increase in weight being observed again.

Eine andere Probe gemäß diesem Beispiel wurde dann ohne vorhergehende Hochtemperaturbehandlung 83 Stunden in Luft auf 649°C erhitzt. Diese Probe zeigte anschließend kein .Auftreten von Pulver bzw. keine Gewichtsveränderung.Another sample according to this example was then used without a previous one High temperature treatment heated to 649 ° C in air for 83 hours. This sample showed subsequently no appearance of powder or no change in weight.

Aus diesen Prüfergebnissen geht hervor, daß die Zugabe verhältnismäßig kleiner erfindungsgemäßer Mengen Silicium zu Niobaluminid (NbA13) dessen Oxydationsbeständigkeit bei allen Temperaturen ganz beachtlich verbessert.From these test results it can be seen that the addition is proportionate small amounts of silicon according to the invention to give niobium aluminide (NbA13) its resistance to oxidation Considerably improved at all temperatures.

Beispiel 2 Eine 2 Atomprozent Silicium enthaltende 10-g-Schmelze von Niobaluminid (NbAl3), wobei jedes Siliciumatom 1 Niobatom bzw. 3 Aluminiumatome ersetzt, wurde wie im Beispiel 1 hergestellt. Statische Oxydationsprüfversuche wurden bei 649, 1093 und 1316'C durchgeführt. Nach 10 Stunden bei 649'C zeigte diese Probe eine Gewichtszunahme von 40 mg/cm2; nach 10 Stunden bei 1093°C zeigte sie eine Gewichtszunahme von 8 mg/cm2, und nach 170 Stunden bei 1316'C zeigte sie eine Gewichtszunahme von 21 mg/cm2. Diese Probe war somit im unteren Temperaturbereich offensichtlich ungenügend, ihre Zusammensetzung zählt daher nicht zum Gegenstand der Erfindung. Beispiele 3bis8 10-g-Schmelzen von Niobaluminid (NbA13), die 0,5; 1; 3; 4; 6 bzw. 8 Atomprozent Silicium enthielten, wurden, wie in den Beiapielen 1 und 2 beschrieben, hergestellt und als Beispiele 3 bis 8 bezeichnet. Diese Proben wurden dann auf die gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, auf ihr Oxydationsverhalten geprüft. Die Prüfergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengefaßt, wobei die Beispiele 2 bis 4 nicht zum Gegenstand der Erfindung zählen. Tabelle Prüftemperatur Prüftemperatur Prüftemperatur Atom- 649'C 10930C 1316° C Beispiel prozent Gewichts- Gewichts- Gewichts- zunahme zunahme zunahme Stunden in Luft in Stunden in Luft in Stunden in Luft in Si mg/cm, mg/cm2 mg/cm2 3 0,5 - - 170 155 40 27 4 1 - - 170 42 40 51 2 2 10 40 10 8 170 21 5 3 380 etwa 1 320 etwa 5 170 etwa 17 6 4 190 0 170 etwa 4 170 etwa 22 1 5 83 0 145 etwa 1 145 etwa 1 7 6 190 etwa 1 170 etwa 9 170 etwa 19 8 8 190 1 etwa 2 170 etwa 12 150 etwa 17 Die Prüfergebnisse zeigen, daß bei allen Temperaturen eine Mindestsiliciumkonzentration erforderlich ist, um den störenden Zerfall zu Pulver und eine rasche Oxydation von Niobaluminid (NbA13) auszuschalten. Unmittelbar oberhalb dieses Mindestwertes wird die Oxydationsgeschwindigkeit bei jeder Temperatur ein Minimum. Bei höheren Siliciumkonzentrationen steigt dann die Oxydationsgeschwindigkeit wieder an; jedoch ist die Oxydationsgeschwindigkeit bei jedem der geprüften höheren Siliciumgehalte. noch bei allen Temperaturen durchaus annehmbar. Die Mindestsiliciumkonzentration, die das Auftreten einer Pulverbildung verhindert, scheint temperaturabhängig zu sein, liegt jedoch zwischen 2 und 3 Atomprozent Silicium.Example 2 A 10 g melt of niobium aluminide (NbAl3) containing 2 atom percent silicon, each silicon atom replacing 1 niobium atom or 3 aluminum atoms, was prepared as in Example 1. Static oxidation tests were carried out at 649, 1093 and 1316 ° C. After 10 hours at 649 ° C., this sample showed a weight increase of 40 mg / cm2; after 10 hours at 1093 ° C. it showed a weight increase of 8 mg / cm2, and after 170 hours at 1316 ° C. it showed a weight increase of 21 mg / cm2. This sample was obviously inadequate in the lower temperature range, and its composition is therefore not part of the subject matter of the invention. Examples 3 to 8 10 g melts of niobium aluminide (NbA13) containing 0.5; 1; 3; 4; Containing 6 and 8 atomic percent silicon, respectively, were prepared as described in Examples 1 and 2 and referred to as Examples 3 to 8. These samples were then tested in the same way as described in Example 1 for their oxidation behavior. The test results are summarized in the table below, with Examples 2 to 4 not forming part of the subject matter of the invention. Tabel Test temperature test temperature test temperature Atomic 649'C 10930C 1316 ° C Example percent weight weight weight increase increase increase Hours in air in hours in air in hours in air in Si mg / cm2, mg / cm2 mg / cm2 3 0.5 - - 170 155 40 27 4 1 - - 170 42 40 51 2 2 10 40 10 8 170 21 5 3 380 about 1 320 about 5 170 about 17 6 4 190 0 170 about 4 170 about 22 1 5 83 0 145 about 1 145 about 1 7 6 190 about 1 170 about 9 170 about 19 8 8 190 1 about 2 170 about 12 150 about 17 The test results show that a minimum silicon concentration is required at all temperatures in order to eliminate the disruptive disintegration into powder and rapid oxidation of niobium aluminide (NbA13). Immediately above this minimum value, the rate of oxidation becomes a minimum at any temperature. At higher silicon concentrations the rate of oxidation increases again; however, the rate of oxidation is at each of the higher silicon levels tested. still quite acceptable at all temperatures. The minimum silicon concentration that prevents powder formation appears to be temperature dependent, but is between 2 and 3 atomic percent silicon.

Eine mikroskopische Untersuchung des Gefüges der Niobaluminid-Sihcium-Legierung zeigt die Anwesenheit einer zweiten Phase an den Korngrenzen des Niobaluminids (NbAl3). Dieser Korngrenzenbestandteil selbst besitzt ein eutektisches Gefüge und wird etwa bei der Zusammensetzung Niobaluminid plus 3 Atomprozent Silicium zusammenhängend. Bei Erhöhung der Siliciumkonzentration nimmt die Menge der eutelstischen Korngrenzenphase zu.A microscopic examination of the structure of the niobium aluminide-silicon alloy shows the presence of a second phase at the grain boundaries of the niobium aluminide (NbAl3). This grain boundary component itself has a eutectic structure and is about for the composition niobium aluminide plus 3 atomic percent silicon connected. As the silicon concentration increases, the amount of the Eutelian grain boundary phase increases to.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß elektrolytisch aus geschmolzenem Aluminium auf Niob aufgebrachtes Niobaluminid (NbAl3) vielversprechende Ergebnisse zeitigte. Ein Überzug aus Niobaluminid auf Mob oder Nioblegierungen verbessert deren Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen zwischen 1149 und 1399'C ganz beachtlich.In summary, it can be said that electrolytically from molten Niobium aluminide (NbAl3) applied to aluminum on niobium show promising results produced. A coating of niobium aluminide on mobium or niobium alloys improves them Oxidation resistance at temperatures between 1149 and 1399'C is quite remarkable.

Bei Temperaturen unterhalb 1149'C zeigt der Niobaluminidüberzug jedoch eine schlechte Oxydationsbeständigkeit. Das wurde auf das Oxydationsverhalten von Niobaluminid bei diesen Temperaturen zurückgeführt. Bei niedrigen Temperaturen (649 bis 760°C) erleidet das Niobaluminid eine Umwand-Jung, bei der es innerhalb 2 bis 3 Stunden in der Hauptsache in ein feines graues Pulver übergeführt wird. Bei etwas höheren Temperaturen (760 bis 982°C) verläuft die Oxydation sehr rasch, und es tritt sowohl ein Zerfall zu Pulver als auch eine normale Oxydbildung auf.At temperatures below 1149 ° C., however, the niobium aluminide coating shows poor resistance to oxidation. That was due to the oxidation behavior of Niobium aluminide recycled at these temperatures. At low temperatures (649 up to 760 ° C) the niobium aluminide undergoes a transformation in which it occurs within 2 to 3 hours is mainly converted into a fine gray powder. With something at higher temperatures (760 to 982 ° C) the oxidation proceeds very quickly and it occurs both disintegration into powder and normal oxide formation.

Um diese Nachteile von Niobaluminid bei niedrigen Temperaturen zu beseitigen, wurden verschiedene legierende Zusätze untersucht. Dabei fand man, daß erfindungsgemäße Siliciumgehalte von 3 bis 10 Atomprozent eine verblüffende und überraschend günstige Wirkung bezüglich des Sauerstoffangriffs auf Niobaluminid (NbA13) bei niedrigen Temperaturen ausübt, wobei die Zugabe von 5 Atomprozent Silicium zu Niobaluminid die Oxydationsgeschwindigkeit bei 1316°C um den Falttor 20 herabsetzt. Dieses letztere Ergebnis war ebenfalls völlig überraschend und außergewöhnlich günstig.To address these disadvantages of niobium aluminide at low temperatures eliminate, various alloying additives were investigated. It was found that Silicon contents according to the invention of 3 to 10 atomic percent an astonishing and surprisingly favorable effect with regard to the oxygen attack on niobium aluminide (NbA13) exercises at low temperatures, with the addition of 5 atomic percent silicon to niobium aluminide reduces the rate of oxidation at 1316 ° C around the folding door 20. This latter result was also completely surprising and exceptionally favorable.

Claims

Claims: 1. Niobium-aluminum alloy, d u r c h marked, that they consist of 3 to 10 atomic percent silicon, the remainder niobium aluminide with about 75 atomic percent Made of aluminum.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that it Contains 4 to 7 atomic percent silicon.

3. Alloy according to claim 1 or 2; characterized in that it contains 5 to 7 atomic percent silicon. Considered publications German Auslegeschriften Nos. 1093 096, 1099 179, 1100 295, 1111837.