DE1286870B - Intermetallic protective layer on workpieces made of niobium or niobium alloys and processes for their production - Google Patents

Intermetallic protective layer on workpieces made of niobium or niobium alloys and processes for their production

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DE1286870B
DE1286870B DEU10969A DEU0010969A DE1286870B DE 1286870 B DE1286870 B DE 1286870B DE U10969 A DEU10969 A DE U10969A DE U0010969 A DEU0010969 A DE U0010969A DE 1286870 B DE1286870 B DE 1286870B
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DE
Germany
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cobalt
percent
niobium
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layer
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DEU10969A
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German (de)
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Bradley Elihu Francis
Jaffee Robert Isaac
Ogden Horace Russell
Bartlett Edwin Southworth
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Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft eine intermetallische Schutz- bildung oder zu anderen Fehlerbildungen. Im Gegenschicht hoher Bruchfestigkeit, hoher Oxydations- satz zum Molybdän, welches in hohem Maße oxydiert, beständigkeit bei Temperaturen zwischen 538 und ist das Oxyd von Niob nicht flüchtig; es ist aus diesem 1371° C und hoher Dauerbruchfestigkeit für Werk- Grunde geeignet, SauerstofFangrifFe an dem Niob durch stücke aus Niob oder einer Nioblegierung, insbeson- 5 Beschichtung des Metalls zu verhindern und im Falle dere einer Nioblegierung, die aus 20 Gewichtsprozent vorzeitig auftretender Schäden an der Schicht an Tantal, 15 Gewichtsprozent Wolfram, 5 Gewichts- lokalisierten Stellen diese Fehler und Sauerstoffprozent Molybdän und Rest Niob besteht und ein angriffe auf die lokalisierten Stellen zu begrenzen. Verfahren zur Herstellung dieser Schutzschicht. Weitere Vorteile von Nioblegierungen gegenüberThe invention relates to an intermetallic protective formation or to other defect formations. In the opposite class high breaking strength, high rate of oxidation to molybdenum, which oxidizes to a high degree, resistance at temperatures between 538 and the oxide of niobium is non-volatile; it's from this 1371 ° C and high fatigue strength suitable for factory grounds, oxygen catches on the niobium Pieces of niobium or a niobium alloy, in particular to prevent 5 coating of the metal and in the event a niobium alloy, the 20 percent by weight of premature damage to the layer Tantalum, 15 weight percent tungsten, 5 weight-localized places these defects and oxygen percent Molybdenum and the remainder of niobium are made and limit an attack on the localized areas. Process for the production of this protective layer. Further advantages over niobium alloys

In der Gasturbinentechnik ist die obere Temperatur- io Molybdänlegierungen liegen darin, daß die Niobgrenze derzeit durch die maximale Turbineneinlaß- legierungen relativ duktil und bei niedrigen Temperatemperatur gegeben. Diese Einlaßtemperatur ist türen bearbeitbar sind und daß das spezifische Gewicht ihrerseits festgelegt durch die Temperatur, welche die von Niob geringer ist als das von Molybdän. Turbinenschaufeln — ohne Schaden zu erleiden — Nioblegierungen werden hauptsächlich dann ver-In gas turbine technology, the upper temperature io molybdenum alloys is that the niobium limit currently relatively ductile and at a low temperature due to the maximum turbine inlet alloys given. This inlet temperature is editable and that specific gravity in turn determined by the temperature, which is lower than that of niobium than that of molybdenum. Turbine blades - without suffering damage - niobium alloys are mainly used

aushalten können. Früher waren die besten hoch- 15 wendet, wenn es gilt, solche Legierungen einer oxytemperaturfesten Legierungen Nickel- und Kobalt- dierenden Atmosphäre bei Temperaturen bis zu etwa basis-Superlegierungen. Aus diesen eben genannten 1371° C auszusetzen, und wenn sie bei diesen hohen Legierungen hergestellte Bauteile — wie Turbinen- Temperaturen längere Zeit über stark beansprucht schaufeln — können jedoch maximal nur Tempera- sind. Maximal können spannungsbruchfeste, unbeturen von 871 bis 10380C ertragen. 20 schichtete Nioblegierungen 538°C aushalten, ohne daßcan endure. In the past, the best high-grade alloys, if it is a question of oxy-temperature-resistant alloys, nickel and cobalt-degenerating atmospheres at temperatures up to about basic superalloys. Exposure to 1371 ° C from these just mentioned, and if they shovel components manufactured with these high alloys - such as turbine temperatures over a long period of time - can only be at most temperatures. Stress fracture-resistant, unbalances of 871 to 1038 0 C can withstand a maximum. 20 layered niobium alloys withstand 538 ° C without

Es ist seit langem bekannt, daß die Widerstands- stärkere Oxydationen auftreten; bei Temperaturen fähigkeit von Metallen gegenüber hohen Temperaturen über 538° C wird die Oxydation zu einem ernsten weitgehend von den jeweiligen Schmelzpunkten der Problem.It has long been known that more resistant oxidations occur; at temperatures ability of metals to withstand high temperatures above 538 ° C, oxidation becomes a serious one largely on the respective melting points of the problem.

Metalle abhängig ist und somit Metalle mit hohen Man hat inzwischen gegen Oxydationen resistente Schmelzpunkten meist hohe Temperaturen zu ertragen 25 intermetallische Beschichtungen gefunden, welche vermögen. insbesondere hochschmelzende Metalle (beispielsweiseMetals is dependent and thus metals with high levels One has meanwhile resistant to oxidation Melting points mostly high temperatures to endure 25 intermetallic coatings found which capital. especially refractory metals (for example

Der Bedarf an metallischen Werkstoffen, welche Niob, Molybdän, Tantal und Wolfram) bei hohen höhere Temperaturen aushalten können als die bisher Temperaturen vor Oxydation schützen. Im allgemeinen bekannten Materialien, beispielsweise Nickel- und sind die wirksameren dieser intermetallischen Schichten Kobaltlegierungen oder hitzebeständige Metalle, wie 30 als Silicide, Aluminide und Beryllide des Basismetalls insbesondere Chrom, Niob, Molybdän und Wolfram, klassifiziert. Bei Schichten für hochschmelzende haben das Interesse an Metallen mit sehr hohen Metalle sind sowohl die Schichten als auch die Schicht-Schmelzpunkten geweckt. Bis vor kurzem hielt man trägermaterialien wichtig für das Verhalten des Molybdän für die genannten Zwecke am besten beschichteten Systems. Silicidschichten auf Niob und geeignet, doch bei den auftretenden hohen Tempera- 35 Molybdän können beispielsweise sehr verschiedenartig türen oxydiert Molybdän sehr stark, hauptsächlich wirken; diese Unterschiede im Verhalten sind eher dem deshalb, weil Molybdänoxyd bei erhöhten Tempera- Schichtträger als der Beschichtung zuzuschreiben. Ein türen flüchtig ist. zusätzlicher Beweis für die Wichtigkeit des Schicht-The need for metallic materials, which niobium, molybdenum, tantalum and tungsten) at high Can withstand higher temperatures than those previously used to protect against oxidation. In general known materials such as nickel and are the more effective of these intermetallic layers Cobalt alloys or refractory metals such as silicides, aluminides and berylides of the base metal in particular chromium, niobium, molybdenum and tungsten. For layers for high melting points have the interest in metals with very high metals are both the layers and the layer melting points awakened. Until recently, carrier materials were thought to be important for the behavior of the Molybdenum is the best coated system for the purposes mentioned. Silicide layers on niobium and suitable, but at the high temperatures that occur, molybdenum can, for example, be very different doors oxidize molybdenum very strongly, mainly work; these behavioral differences are more like that This is because molybdenum oxide is to be ascribed to the coating at elevated temperatures. A doors is volatile. additional evidence of the importance of the shift

Ais Basismaterial für Legierungen für hohe Tempe- trägers ist, daß einige Beschichtungsarten, welche raturen scheint Niob geeignet zu sein. Eine seiner 4° beispielsweise auf Tantal wirksam sind, auf Niob technisch wichtigsten physikalischen Eigenschaften ist unwirksam sind, weil sie zu vorzeitig auftretenden die hohe Schmelztemperatur von 2416° C und sein Mängeln an lokalisierten Stellen bei hohen Temperageringer Neutroneneingangsquerschnitt. Niob ist des- türen neigen.Ais basic material for alloys for high temperature carriers is that some types of coatings, which niobium seems to be suitable. One of its 4 °, for example, is effective on tantalum, on niobium technically most important physical properties is ineffective because they are too premature the high melting temperature of 2416 ° C and its deficiencies in localized places at high temperature ringer Neutron entrance cross-section. Niobium is des- door prone.

halb besonders geeignet zur Verwendung beim Bau Zum Auftragen von intermetallischen Schichten auf von Flugzeugen, Raumschiffen und Kernreaktoren. 45 Nioblegierungen können mehrere Verfahren angewen-semi particularly suitable for use in construction For applying intermetallic layers on of airplanes, spaceships and nuclear reactors. 45 Niobium alloys can use several processes.

Niob ist von Natur aus ein weiches, duktiles und det werden, beispielsweise das Flamm- oder Plasmaohne weiteres verformbares Material. Obwohl seine spritzen, die Breiauftragungstechnik, elektrophore-Schmelztemperatur etwa 24160C ist, wird Niob bei tische Ablagerung, das Warmwerden oder die Abschei-Temperaturen von über 6490C für Konstruktions- dung aus der Gasphase. Ein Verfahren zur Abscheidung zwecke zu weich. Niob ist auch ein sehr reaktives 5° aus der Gasphase, welches bei einigen Schichtarten Metall, da es große Mengen von Sauerstoff und zweckmäßig verwendet wird, ist das sogenannte wahrscheinlich auch Stickstoff aufnimmt, wenn es Einsatzverfahren, bei welchem der zu beschichtende Atmosphären ausgesetzt wird, welche nur kleine Gegenstand von einem besonderen Gemisch umgeben Mengen dieser Elemente bei verhältnismäßig geringen wird, das beispielsweise das auf dem zu beschichtenden Temperaturen enthalten. 55 Werkstück abgelagerte Metall (wie Silicium, AIu-By nature, niobium is soft, ductile and detached, for example flame or plasma without any other deformable material. Although its spray, the slurry application technique, electrophoric melting temperature is about 2416 0 C, niobium is used for table deposition, warming or the deposition temperatures of over 649 0 C for construction from the gas phase. A method of deposition is too soft for the purpose. Niobium is also a very reactive 5 ° from the gas phase, which in some types of layers is metal, since it is used in large amounts of oxygen and expediently, the so-called probably also absorbs nitrogen if it is used in processes in which the atmosphere to be coated is exposed, which only small objects surrounded by a special mixture will contain amounts of these elements at relatively low levels, for example that at the temperatures to be coated. 55 Metal deposited on the workpiece (such as silicon, aluminum

Die Niob verarbeitende Technik hat gezeigt, wie minium, Beryllium), einen Aktivator (gewöhnlich ein schwer es ist, eine Oxydationsresistenz und eine Halogenidsalz wie NaCl, KF, NH4I, NH4Cl u. dgl.) Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und ein inertes Füllmaterial (ζ. Β. Al2O3, SiO2, BeO, nur durch Legieren von Metallen zu erreichen. Da die MgO u. dgl.) enthält. Das in einem geeigneten Behälter Verwendungsfähigkeit von Legierungen auf der Basis 60 (aus Stahl oder Graphit, beispielsweise Keramiktiegel) von Niob weitgehend von der Temperaturbeständig- befindliche Gemisch wird dann auf eine gewünschte keit dieser Legierungen abhängt, ist es offensichtlich, Beschichtungstemperatur in einer vorgeschriebenen daß brauchbare Vertreter der Nioblegierungen Schutz- Atmosphäre erwärmt und so lange auf dieser Tempeschichten benötigen, wenn sie bei Temperaturen ver- ratur gehalten, bis die gewünschte Schicht erreicht ist. wendet werden, welche normalerweise Oxydationen 65 Bei genauer Durchführung dieses Verfahrens ergibt hervorrufen. Typische Vertreter solcher Beschichtungen dieses Einsatzverfahren Schichten, beispielsweise aus für Niobwerkstücke auf Niobbasis sind hart und Niob, von genauer Stärke. Der Hauptteil des Niobs spröde und neigen an lokalisierten Stellen zur Riß- wird beispielsweise NbAl3 oder NbSi2 u. dgl. sein.The niobium processing technique has shown, such as minium, beryllium), an activator (usually a heavy one, an oxidation resistance and a halide salt such as NaCl, KF, NH 4 I, NH 4 Cl and the like) resistance to high temperatures and a Inert filler material (ζ. Β. Al 2 O 3 , SiO 2 , BeO, can only be achieved by alloying metals. Since it contains MgO and the like). The suitability of alloys based on 60 (made of steel or graphite, for example ceramic crucibles) of niobium in a suitable container depends largely on the temperature-resistant mixture then depends on a desired speed of these alloys; Representatives of the niobium alloys are heated to a protective atmosphere and need layers on this temperature as long as they are kept at temperatures until the desired layer is reached. which normally cause oxidations. Typical representatives of such coatings of this application process, layers, for example made from niobium-based niobium workpieces, are hard and niobium, of precise thickness. The main part of the niobium is brittle and has a tendency to crack at localized points - for example NbAl 3 or NbSi 2 and the like.

3 43 4

Die günstigeren Schichten für Niob (Niobaluminide, weniger duktilen Diffusionsschichten, wie beispiels-The cheaper layers for niobium (niobium aluminides, less ductile diffusion layers, such as

Silicide, Beryllide) weisen gewisse Nachteile, beispiels- weise Niobaluminid (NbAl3), und ist selbst dann nichtSilicides, berylides) have certain disadvantages, for example niobium aluminide (NbAl 3 ), and even then it is not

weise rasche Oxydation bei niedrigen Temperaturen für eventuelle, bei niedriger Temperatur, beispielsweisewise rapid oxidation at low temperatures for eventual ones at low temperature, for example

(im Bereich von 7040C) oder bei hohen Temperaturen bei 7040C, rasch auftretende Oxydationszerstörungen(in the range of 704 0 C) or at high temperatures at 704 0 C, rapid oxidation destruction

(über 10930C) auf. Der schwerwiegendste Nachteil 5 anfällig, wenn sie vorher hohen Temperaturen,(above 1093 0 C). The most serious disadvantage 5 susceptible to being exposed to high temperatures beforehand,

von bekannten Schichten für Niob ist jedoch ihre beispielsweise 12040C, ausgesetzt war. Die erfindungs-of known layers for niobium, however, their, for example, 1204 0 C, was exposed. The inventive

Neigung zum Bruch an lokalen Stellen. Es hat sich gemäße Schutzschicht weist zudem eine sehr hoheTendency to break in local places. It has a very high protective layer

hierbei gezeigt, daß insbesondere zwei Eigenschaften thermische Stabilität ihrer Oxydationseigenschaftenshown here that in particular two properties are thermal stability of their oxidation properties

dazu beitragen, daß diese Schichten an lokalen Stellen auf und ist außerdem gegenüber Verunreinigungen mithelp to keep these layers in local places and is also against contamination with

zum Bruch (Zerstörung) neigen. Diese beiden Eigen- io fremden Ingredienzien oder Phasen unempfindlich,tend to break (destruction). These two intrinsically foreign ingredients or phases are insensitive,

schäften sind: d. h., daß solche Verunreinigungen die Schutzwirkungstocks are: d. that is, such impurities reduce the protective effect

1. die außerordentliche Sprödigkeit des Schicht- der Schicht nur unwesentlich beeinträchtigen1. Only insignificantly impair the extraordinary brittleness of the layer

materials und Erfindung scharrt darüber hinaus ein Verfahrenmaterials and invention also paws a process

„, ., A j ι ι · j ·ι ζ1™ Aufbringen von Schichten auf Niob oder eine“,., A j ι ι · j · ι ζ 1 ™ application of layers on niobium or a

^rmfhe Ausdehnungsunterschiede zwischen Nioblegierang. Dieses Verfahren umfaßt folgende^ Rmfhe expansion differences between niobium alloys . This method includes the following

Schicht und Schichtträger. bevorzugte Stufen:Layer and carrier. preferred levels:

Die USA.-Patentanmeldung Ser. Nr. 65 962 beinhal- i. Abscheidung aus der Gasphase durch ein Zwei-U.S. Patent Application Ser. No. 65 962 including i. Separation from the gas phase by a two-

tet eine Gruppe von verarbeitbaren, duktilen, bei stufen-Einsatzverfahren·tet a group of workable, ductile, in the case of staged application processes

mechanischer Beanspruchung bruchfesten Nioblegie- 2 galvanische Abscheidung (insbesondere Galvani-mechanical stress break-proof niobium alloy 2 galvanic deposition (especially galvanic

rungen, welche fur die Verwendung bei hohen Tempe- *o Sierungs-Diffusionsprozeß) und einrungs, which for use at high temperature * o S i e ration diffusion process) and a

raturen bis zu wenigstens 1371 C geeignet sind. Eine . , ,. . _ , . . , , , .,Temperatures up to at least 1371 C are suitable. One . ,,. . _,. . ,,,.,

typische Vertreterin dieser letzten Gruppe von Legie- 3· kombiniertes Galvamsierungs- und Abscheidungs-typical representative of this last group of alloy 3 · combined galvanization and deposition

rungen ist die Verbindung Nb-20Ta-15W-5Mo, verfahren aus der Gasphase,is the compound Nb-20Ta-15W-5Mo, process from the gas phase,

wobei die Zahlen Gewichtsprozente ausdrücken. Diese Verfahrensstufen ergeben selbst bei kompli-where the numbers express percentages by weight. Even with compli-

Durch die vorliegende Erfindung wird eine dauer- 25 ziert geformten Werkstücken, Ecken und Kanten eineWith the present invention, a permanently shaped work piece, corners and edges becomes one

bruchfeste intermetallische Schutzschicht geschaffen, annähernd gleichmäßige und kontinuierliche Beschich-break-proof intermetallic protective layer created, almost uniform and continuous coating

welche bis zu Temperaturen von 13710C Werkstücke rung. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindungwhich workpieces up to temperatures of 1371 0 C. Other features and advantages of the invention

aus Niob oder einer Nioblegierung schützt und welche werden in der folgenden Beschreibung erläutert,made of niobium or a niobium alloy and which are explained in the following description,

trotz des bei Niob oder einer Nioblegierung herrschen- Gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung bestehtdespite the prevailing in niobium or a niobium alloy, according to the proposal according to the invention

den thermischen Ausdehnungsunterschiedes zwischen 30 die intermetallische Schutzschicht aus Kobaltaluminidthe thermal expansion difference between the intermetallic protective layer made of cobalt aluminide

der Schutzschicht und dem Niob oder einer Niob- (CoAl), das gegebenenfalls in gelöster Form noch bisthe protective layer and the niobium or a niobium (CoAl), which may still be in dissolved form

legierung eine duktile Schicht ergibt, die nicht zum zu 30 Atomprozent Kobalt und bis zu 2 Atomprozentalloy results in a ductile layer that is not up to 30 atomic percent cobalt and up to 2 atomic percent

Auftreten von Fehlern an lokalen Stellen neigt. Aluminium im Überschuß gegenüber der stöchio-There is a tendency for errors to occur in local places. Aluminum in excess compared to the stoichiometric

Außer dem Schutz des Werkstückes aus Niob oder metrischen Zusammensetzung von CoAl in einer einer Nioblegierung gegen Oxydation bei hohen 35 solchen Menge enthält, daß der Gesamtgehalt an Temperaturen besitzt diese Schicht zusätzlich die Kobalt in der Schicht zwischen 48 und 80 Atom-Eigenschaft, mechanische und thermische Spannungen prozent liegt. (Die Maßeinheit Atomprozent ist aushalten zu können, wie sie beispielsweise bei Düsen- definiert durch die Annahme, daß im Falle der triebwerken auftreten. Die erfindungsgemäße Schutz- stöchiometrischen Zusammensetzung einer aus zwei schicht verträgt sich mit dem Grundmaterial der 4° Komponenten bestehenden Verbindung der Anteil des Legierung, so daß die Schicht keine niedrigschmelzen- einen Bestandteils 50 Atomprozent beträgt.) Gemäß den Phasen oder Phasengemische, flüchtige Verbin- einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung kann düngen oder einen dicken, spröden Belag bildet; diese Schutzschicht auf einer im wesentlichen aus ihre mechanischen Eigenschaften sind dem Grund- Kobalt und Niob bestehenden Zwischenschicht angematerial oder Schichtträger angepaßt. 45 ordnet sein, die auf das Werkstück aufgebracht ist.In addition to protecting the workpiece made of niobium or the metric composition of CoAl in one a niobium alloy against oxidation at a high 35 contains such an amount that the total content of Temperatures this layer also has the cobalt in the layer between 48 and 80 atomic property, mechanical and thermal stresses percent. (The unit of measurement is atomic percent to be able to withstand, as it is defined for example in the case of nozzles by the assumption that in the case of the engines occur. The protective stoichiometric composition according to the invention is one of two layer is compatible with the base material of the 4 ° components existing connection the proportion of the Alloy so that the layer does not have a low-melting point component of 50 atomic percent.) According to the phases or phase mixtures, volatile compounds can be a further proposal according to the invention fertilize or form a thick, brittle coating; this protective layer essentially consists of a their mechanical properties are matched to the basic cobalt and niobium intermediate layer or adapted support. 45 be arranged, which is applied to the workpiece.

Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Schutz- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Schicht eine ausreichende Diffusionsstabilität (d. h. der Schutzschicht kann eine zweimalige Abscheidung beim Aufbringen der Schutzschicht tritt eine anfäng- aus der Gasphase vorsehen, wobei das metallische liehe Diffusion zwischen der Schutzschicht und dem Werkstück zunächst mit Kobalt und anschließend mit Schichtträger auf, wobei jedoch die entstehende 50 Aluminium beschichtet wird. Das metallische Werk-Schutzschicht bei Arbeitstemperatur eine Stabilität stück erhält auf diese Weise eine Schutzschicht, die gegenüber einer Oxydation und einer weiteren Diffu- im wesentlichen aus CoAl oder aus CoAl und einer sion aufweist). Die erfindungsgemäße Schutzschicht weiteren Schicht besteht, die im wesentlichen aus besitzt außerdem bei erhöhten Temperaturen eine hohe assoziiertes Kobalt und Niob enthaltendem Material Duktilität. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu 55 gefertigt ist.In addition, the protection according to the invention has The process according to the invention for production Layer has sufficient diffusion stability (i.e. the protective layer can be deposited twice When the protective layer is applied, an initial phase emerges from the gas phase, with the metallic borrowed diffusion between the protective layer and the workpiece first with cobalt and then with Layer support on, but the resulting 50 aluminum is coated. The metallic work protective layer In this way, a stability piece is given a protective layer at working temperature compared to an oxidation and a further diffusion essentially of CoAl or of CoAl and one sion). The protective layer according to the invention consists of another layer, which consists essentially of also has a high associated cobalt and niobium-containing material at elevated temperatures Ductility. The inventive method leads to 55 is manufactured.

einer haftfesten gleichmäßigen Schicht, welche diese In einer anderen Ausführungsform des Verfahrensan adherent, uniform layer, which in another embodiment of the method

Eigenschaften bereits während der anfänglichen Auf- wird in geeigneter Weise Kobalt auf dem metallischenProperties already during the initial on- will suitably cobalt on the metallic

tragung der Schicht und während der Verwendung bei Werkstück angelagert, beispielsweise durch Abschei-wear of the layer and deposited on the workpiece during use, for example by deposition

Arbeitstemperaturen besitzt. dung aus der Gasphase, Flamm- oder Plasmaspritzen,Working temperatures. dung from the gas phase, flame or plasma spraying,

Die erfindungsgemäße Schutzschicht gewährt bei 60 Breiauftragung, Warmwalzen od. dgl. Es entsteht aufThe protective layer according to the invention grants at 60 mash application, hot rolling or the like. It arises

hohen Temperaturen (12040C) bei einer Stärke von diese Weise eine dünne, annähernd gleichmäßigehigh temperatures (1204 0 C) at a strength of this way a thin, approximately uniform

0,05 mm oder mehr über 100 Stunden lang einen Kobaltschicht auf der Werkstückoberfläche. Das mitA cobalt layer on the workpiece surface for 0.05 mm or more for 100 hours. That with

Oxydationsschutz. Diese Schutzschicht besitzt trotz dieser dünnen Kobaltschicht versehene WerkstückOxidation protection. In spite of this thin cobalt layer, this protective layer has a coated workpiece

eines relativ großen Unterschiedes zwischen den wird dann als Kathode in ein kobaltionenhaltigesa relatively large difference between the is then used as a cathode in a cobalt ion-containing

thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schicht 65 galvanisches Bad gebracht, in dem die Kobaltschichtthermal expansion coefficient of the layer 65 brought galvanic bath in which the cobalt layer

und Niob oder einer Nioblegierung eine wesentlich ihre gewünschte Stärke erhält. In weiteren Stufenand niobium or a niobium alloy is substantially given its desired strength. In further stages

höhere Festigkeit gegenüber thermischen Dauer- dieses Verfahrens wird das mit der Kobaltschichthigher resistance compared to thermal duration - this process is the one with the cobalt layer

Wechselbeanspruchungen als die bereits bekannten, versehene Werkstück als Kathode in ein aluminium-Alternating stresses than the already known, provided workpiece as a cathode in an aluminum

ionenhaltiges galvanisches Bad gebracht, in dem sich auf der Kobaltschicht des Werkstücks eine Aluminiumschicht ausbildet; im Anschluß an diese Beschichtung mit Aluminium wird das Werkstück bis auf 1204° C erwärmt, wobei sich CoAl als Oberflächenschicht auf dem Werkstück bildet.Brought ion-containing galvanic bath in which forms an aluminum layer on the cobalt layer of the workpiece; following this coating with aluminum the workpiece is heated up to 1204 ° C, with CoAl as a surface layer the workpiece.

Es ist nicht möglich, Kobalt auf dem gewöhnlichen galvanischen Wege auf ein Niobgrundmetall abzuscheiden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß man Kobalt dann mit gutem Erfolg abscheiden kann, wenn auf das Werkstück vorher, beispielsweise durch Abscheidung aus der Gasphase, unter Verwendung eines Einsatzverfahrens eine dünne Kobaltschicht aufgebracht worden ist.It is not possible to deposit cobalt on a niobium base metal in the usual galvanic way. However, it has been shown that cobalt can be deposited with good success if the Workpiece beforehand, for example by deposition from the gas phase, using an insert method a thin layer of cobalt has been applied.

Bei Anwendung eines Galvanisierungsverfahrens zur Auftragung einer Kobaltschicht auf ein Grundmetall aus Niob oder Nioblegierungen ist es auch möglich, daß man das Grundmetall vorbehandelt, indem man es als Kathode in ein eisenionenhaltiges galvanisches Bad gibt, um es dort mit einem dünnen Eisenüberzug zu versehen. Das mit dem Eisenüberzug versehene Grundmetall sollte längere Zeit über, beispielsweise 20 Stunden lang, bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 2040C in einem Vakuum entgast und dann in einem Vakuum bei einer hohen Temperatur (etwa 1 Stunde lang bei 704° C) einer Diffusion unterzogen werden. Es hat sich gezeigt, daß der dünne Eisenbelag auf der Grundmetalloberfläche das Anhaften von Kobalt unterstützt.When using an electroplating process to apply a cobalt layer to a base metal made of niobium or niobium alloys, it is also possible to pretreat the base metal by placing it as a cathode in an iron ion-containing galvanic bath in order to provide it there with a thin iron coating. The provided with the iron plating base metal should be over an extended period, for example 20 hours, degassed at elevated temperature, for example at 204 0 C in a vacuum and then in a vacuum at a high temperature (about 1 hour at 704 ° C) of a diffusion be subjected. It has been shown that the thin iron coating on the base metal surface supports the adhesion of cobalt.

In einer noch weiteren und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Grundmetall in ein Kobaltionen enthaltendes galvanisches Bad gebracht, nachdem seine Oberfläche vorher mit einer dünnen Kobalt- oder Eisenschicht versehen wurde, wie schon oben erwähnt. Durch das Einbringen des Grundmetalls in das kobaltionenhaltige galvanische Bad erhält man einen Kobaltniederschlag auf dem Grundmetall. Anschließend an die Behandlung im galvanischen Bad wird das mit Kobalt beschichtete Grundmetall in eine alitierende Packung von pulverf örmigem Material gebracht; dieses Material besteht aus einem Aluminiumgeber und aus einer kleinen Menge einer ein flüchtiges Halogen abgebenden Substanz als aktiven Zusatz und aus einem inerten Füllmittel. Das in dieser alitierenden Packung befindliche Grundmetall wird unter Verflüchtigung des Halogens erhitzt, wobei sich auf dem Grundmetall eine äußere Oberflächenschicht bildet, welche zum größten Teil aus CoAl in Form einer Legierung oder einer intermetallischen Verbindung zusammengesetzt ist. Dieses letztere Verfahren ist besonders wirksam, wenn man eine kontinuierliche Schicht von CoAl auf dem Grundmetall erreichen will.In yet another and preferred embodiment of the invention, the base metal is in a Electroplating bath containing cobalt ions brought after its surface was previously coated with a thin Cobalt or iron layer was provided, as already mentioned above. By introducing the base metal A cobalt deposit is obtained on the base metal in the electroplating bath containing cobalt ions. After the treatment in the electroplating bath, the base metal coated with cobalt is used placed in an alitating pack of powdery material; this material consists of one Aluminum donor and from a small amount of a volatile halogen-releasing substance as active additive and an inert filler. The base metal in this aluminizing pack is heated with volatilization of the halogen, whereby an outer surface layer is formed on the base metal forms, which for the most part consists of CoAl in the form of an alloy or an intermetallic Compound is composed. This latter procedure is particularly effective when one wants to achieve a continuous layer of CoAl on the base metal.

Es wurde festgestellt, daß das zum Schutz gegen Oxydation von Niob oder Nioblegierungen dienende Kobaltaluminid Verbindungen wie NbSi2, NbAl3 und deren Modifikationen überlegen ist.It has been found that the cobalt aluminide used to protect against oxidation of niobium or niobium alloys is superior to compounds such as NbSi 2 , NbAl 3 and their modifications.

Die Wirksamkeit von CoAl als Schutzschicht fürThe effectiveness of CoAl as a protective layer for

ίο Niob oder Nioblegierungen wurde in Versuchen ermittelt. Es wurde eine CoAl-Verbindung in fester Form dadurch hergestellt, daß man eine aus 68 Gewichtsprozent Kobalt und 32 Gewichtsprozent Aluminium bestehende Charge mit Hilfe eines Wolfram-Elektrodenbogens unter einem Partialdruck von reinstem Helium schmolz. Die homogenisierte Schmelze wurde zu einem Stab gegossen, welcher einen Durchmesser von 1,27 cm und eine Länge von 10,16 cm hatte. Dieser Stab wurde anschließend zu Muster-ίο Niobium or niobium alloys were determined in tests. A CoAl compound was made in solid form by making one of 68 percent by weight Cobalt and 32 weight percent aluminum using a tungsten electrode sheet melted under a partial pressure of the purest helium. The homogenized melt was cast into a rod which was 1.27 cm in diameter and 10.16 cm in length would have. This rod was then used as a model

ao proben für Oxydations-, thermische Ausdehnungs- und Diffusionsteste verarbeitet.ao samples for oxidation, thermal expansion and Diffusion tests processed.

Die Oxydationsteste wurden in Luft bei Temperaturen von 538, 704, 871,1038,1204,1371° C 100 Stunden lang durchgeführt. Während dieser Tests wurden dieThe oxidation tests were carried out in air at temperatures of 538, 704, 871, 1038, 1204, 1371 ° C for 100 hours long carried out. During these tests, the

as Musterproben in Intervallen von 25 Stunden annähernd auf Raumtemperatur abgekühlt, gewogen und visuell geprüft. Bei allen Temperaturen zeigte das CoAl hervorragende Oxydationsbeständigkeit, wie aus der Tabelle 1 ersichtlich:as sample samples at intervals of 25 hours approximately cooled to room temperature, weighed and visually checked. That showed at all temperatures CoAl excellent resistance to oxidation, as can be seen from Table 1:

Tabelle 1Table 1

Dagegen zeigten Aluminidverbindungen zur Beschichtung für Niob und seine durch Reaktion mit dem Grundmetall gebildeten Legierungen (d. h. der MA13-Typ, bei dem M den proportionalen Anteil des Grundmetalls darstellt, beispielsweise NbAl3 oder Nb-20Ta-15W-5Mo Al3) eine schwache Oxydationsbeständigkeit, wie aus Tabelle 2 ersichtlich. In contrast, aluminide compounds for coating niobium and its alloys formed by reaction with the base metal (that is, the MA1 3 type in which M represents the proportional amount of the base metal, for example NbAl 3 or Nb-20Ta-15W-5Mo Al 3 ) showed weakness Resistance to oxidation as shown in Table 2.

Temperaturtemperature Kumulative GewichtszunahmeCumulative weight gain 0C 0 C mg/cm2/100 Std.mg / cm2 / 100 hrs. 538538 0,00.0 704704 0,10.1 871871 0,50.5 10381038 0,50.5 12041204 2,92.9 13711371 4,7*4.7 *

TabelleTabel

BeschichtungsmaterialCoating material Testtemperatur
0C
Test temperature
0 C
Zeit
Stunden
Time
hours
Kumulative
Gewichtszunahme
mg/cma
Cumulative
Weight gain
mg / cm a
NbAl3 NbAl 3 538
704
871
1038
1204
704
1204
538
704
871
1038
1204
704
1204
75
25
60
100
100
25
25
75
25th
60
100
100
25th
25th
48
213
30
16
81
86
356
48
213
30th
16
81
86
356
NbAl3 . NbAl 3 . NbAl3 NbAl 3 NbAl3 NbAl 3 NbAl3 NbAl 3 (Nb-20Ta-15W-5Mo) Al3 ..
(Nb-20Ta-15W-5Mo) Al3 ..
(Nb-20Ta-15W-5Mo) Al 3 ..
(Nb-20Ta-15W-5Mo) Al 3 ..

Gemäß der Erfindung ist die Widerstandsfähigkeit 65 Die CoAl-Probe, welche 100 Stunden lang beiAccording to the invention, the resistance is 65 The CoAl sample, which for 100 hours at

von CoAl gegen Zerstörung während zyklischer Oxy- 1204° C oxydiert worden war, wurde einem weiterenhad been oxidized by CoAl against destruction during cyclic oxy-1204 ° C, became another

dation weitaus besser als die der normalen Niob- Oxydationstest unterzogen. Sie wurde in einem Ofendation far better than the normal niobium oxidation test. She was in an oven

Iegierungs-Trialuminide. von 1204° C auf Raumtemperatur ohne SchädigungAlloy Trialuminides. from 1204 ° C to room temperature without damage

herabgekühlt und anschließend 100 Stunden lang auf einer Temperatur von 7040C gehalten, ohne daß irgendwelche nennenswerte Schaden auftraten, was die ausgezeichneten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials bewies. Selbst wenn Trialuminidbeschichtungen für Niob und seine Legierungen auf Grund von günstigen Modifikationen so beschaffen sind, daß sie eine gute Oxydationsbeständigkeit im Bereich von 538 und 13710C aufweisen, dann können diese bei niedriger Temperatur (7040C) rasch zerstört werden, wenn sie vorher bei 12040C oxydiert wurden. Ein Diffusionsverband, bestehend aus metallurgisch an eine repräsentative Nioblegierung gebundenem CoAl, Nb-20Ta-15W-5Mo, wurde 100 Stunden lang auf 12040C gehalten. Der so behandelte Diffusionsverband zeigte ein sehr geringes Nachlassen der guten Eigenschaften der CoÄl-Schicht. Eine metallographische Prüfung des so behandelten Verbandes zeigte noch eine gleichmäßige, 0,025 mm starke Diffusionszone. Härteversuche zeigten, daß die Gesamtbreite der Diffusionszone 0,038 mm betrug und daß ein zusätzliches, nach außen unsichtbares Inlösunggehen der Komponenten auftrat. Die Diffusionsstabilität zwischen CoAl als Beschichtung und Nb-20Ta-15 W— 5Mo als Repräsentant für Legierungsgrundmetalle war also mehr als ausreichend für das neue und gute erfindungsgemäße Ergebnis. Die thermische Ausdehnung von CoAl wurde in einem Dehnungsmesser bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 13710C gemessen (s. Tabelle 3).cooled down and then kept at a temperature of 704 ° C. for 100 hours without any significant damage occurring, which proved the excellent properties of the material according to the invention. Even if trialuminide coatings for niobium and its alloys are made such that they have good oxidation resistance in the range of 538 and 1371 ° C. due to favorable modifications, then these can be destroyed quickly at low temperatures (704 ° C.) if they have been previously were oxidized at 1204 0 C. A diffusion dressing comprising metallurgically bonded to a representative CoAl niobium alloy, Nb-20Ta-15W-5Mo, was 100 hours maintained at 1204 0 C for. The diffusion dressing treated in this way showed a very slight decrease in the good properties of the CoÄl layer. A metallographic examination of the bandage treated in this way still showed a uniform, 0.025 mm thick diffusion zone. Hardness tests showed that the total width of the diffusion zone was 0.038 mm and that an additional, outwardly invisible dissolution of the components occurred. The diffusion stability between CoAl as a coating and Nb-20Ta-15 W-5Mo as a representative for alloy base metals was therefore more than sufficient for the new and good result according to the invention. The thermal expansion of CoAl was measured in a strain gauge, at temperatures between room temperature and 1371 0 C (s. Table 3).

Tabelle 3Table 3

Materialmaterial

Mittlerer linearer thermischerMean linear thermal

AusdehnungskoeffizientExpansion coefficient

zwischen 200C und den jeweilsbetween 20 0 C and the respectively

angegebenen Temperaturenspecified temperatures

cm/cm/0 C/106 cm / cm / 0 C / 10 6

-SOO-SOO 10001000 15001500 20002000 25002500 CoAl CoAl 11,5
7,2
6,6
11.5
7.2
6.6
12,8
7,5
7
12.8
7.5
7th
13,8
7,9
7,4
13.8
7.9
7.4
15,1
8,3
7,7
15.1
8.3
7.7
17,1
8,4
8,1
17.1
8.4
8.1
Nb Nb Nb-20Ta-15W-5Mo ...Nb-20Ta-15W-5Mo ...

Erfindungsgemäß ist die Duktilität bei hohen Temperaturen von CoAl so groß, daß sie unerwarteterweise den großen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen CoAl und den Niobgrundmetallen ausgleicht. Für die Musterproben wurden zwei verschiedene Grundmetalle verwendet:According to the invention, the ductility at high temperatures of CoAl is so great that it unexpectedly becomes compensates for the large difference in thermal expansion between CoAl and the niobium base metals. Two different base metals were used for the samples:

1. unlegiertes Niob in Form eines 0,63-cm-Stabes und1. unalloyed niobium in the form of a 0.63 cm rod and

2. eine Legierung von Nb-20Ta-15W-5Mo, welche im folgenden nur als »die Legierung« bezeichnet wird.2. an alloy of Nb-20Ta-15W-5Mo, which hereinafter referred to only as "the alloy".

Die Legierung lag in Form eines Stabes vor mit einem Durchmesser von 0,32 bis 0,63 cm.The alloy was in the form of a rod 0.32 to 0.63 cm in diameter.

Die CoAl-Schichten können auf allen geeigneten Nioblegierungen und nicht nur auf den hier beschriebenen aufgebracht werden. Die CoAl-Schichten können auf die Niobgrundmetalle nicht nur nach den speziellen, hier beschriebenen Verfahren aufgetragen werden, sondern auch nach anderen Verfahren, beispielsweise Flamm- oder Plasmaspritzverfahren, Breiauftragverfahren, Warmwalzverfahren u. dgl.The CoAl layers can be used on all suitable niobium alloys and not only on those described here be applied. The CoAl layers can be applied to the niobium base metals not only according to the special methods described here are applied, but also by other methods, for example Flame or plasma spray processes, slurry application processes, hot rolling processes and the like.

Gemäß der Erfindung können CoAl-Schichten auf die Grundmetalle nach einem Zweistufen-Einsatzverfahren aufgetragen werden, bei welchem die erste Stufe das Einbetten eines chemisch gereinigten und geschliffenen Werkstücks aus Grundmetall in eine das folgende Gemisch enthaltende Packung ist:According to the invention, CoAl layers can be applied to the base metals in a two-stage application process be applied, in which the first stage is the embedding of a chemically cleaned and ground workpiece made of base metal into a das The pack containing the following mixture is:

15 Gewichtsprozent Kobaltpulver,
3 Gewichtsprozent NH4C1-Pulver,
15 percent by weight cobalt powder,
3 percent by weight NH 4 C1 powder,

82 Gewichtsprozent Al2O3-Pulver.82 percent by weight Al 2 O 3 powder.

Die gewünschten Ergebnisse können auch mit Packungen erzielt werden, welche etwa 10 bis 40 Gewiehtsprozent, vorzugsweise 15 bis 30 Gewichtsprozent Kobalt, etwa 2 bis 12 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis 9 Gewichtsprozent NH4Cl und ein inertes Füllmaterial, beispielsweise Al2O3-Pulver enthalten. Die in geschlossenen Stahlbehältern oder Graphitschalen befindlichen Packungen können je nach Bedarf in einer Argonatmosphäre etwa 4 bis 8 Stunden lang verschiedenen thermischen Behandlungen bei Temperaturen zwischen 760 und 12040C unterzogen werden.The desired results can also be achieved with packings which contain about 10 to 40 percent by weight, preferably 15 to 30 percent by weight cobalt, about 2 to 12 percent by weight, preferably 3 to 9 percent by weight NH 4 Cl and an inert filler material, for example Al 2 O 3 powder contain. The packs located in closed steel containers or graphite shells can be subjected to various thermal treatments at temperatures between 760 and 1204 ° C. for about 4 to 8 hours in an argon atmosphere, as required.

ao Während dieser thermischen Behandlung reagiert das Kobalt mit dem Grundmetall, beispielsweise unter Bildung der Verbindungen M3Co und M2Co3 oder unter Bildung anderer kobaltreicher Schichten an der Grundmetalloberfläche; M repräsentiert etwa propor-ao During this thermal treatment, the cobalt reacts with the base metal, for example with the formation of the compounds M 3 Co and M 2 Co 3 or with the formation of other cobalt-rich layers on the base metal surface; M represents roughly proportional

a£ tionale Bestandteile des Grundmetalls, z. B. Nb3 oder Nb2. Kobaltreiche Schichten auf Niob enthalten beispielsweise die Verbindungen NB3Co und Nb2Co3, während gleichartige Verbindungen auf »der Legierung« a £ tional components of the base metal, e.g. B. Nb 3 or Nb 2 . Cobalt-rich layers on niobium contain, for example, the compounds NB 3 Co and Nb 2 Co 3 , while similar compounds on "the alloy"

(Nb-20Ta-15W-5 Mo)3Co(Nb-20Ta-15W-5 Mo) 3 Co

undand

(Nb-20Ta-15W-5Mo)2Co3 (Nb-20Ta-15W-5Mo) 2 Co 3

sind. Die Stärken der kobaltreichen Schichten variieren von 0,00127 bis 0,152 mm. Sie hängen jeweils von den speziellen Beschichtungsbedingungen ab. Für die anschließende Behandlung sind Stärken von etwa 0,0127 bis 0,0508 mm erwünscht. Die zweite Stufe besteht erfindungsgemäß im Einbetten des vorher erwähnten, mit Kobalt beschichteten Niob- oder Legierungsgrundmetalls in alitierende Packungen, welche 1I2 bis 15 Gewichtsprozent, vorteilhaft etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise jedoch etwa 1 Gewichtsprozent Aluminiumpulver, etwa 0,05 bis 3 Gewiehtsprozent, vorzugsweise jedoch etwa 1 Gewichtsprozent eines pulverförmigen Halogensalzes und als Rest ein inertes Füllmaterial, beispielsweise Al2O3 enthalten. Als ausgesprochen günstig hat sich eine Mischung erwiesen, welche aus etwa 1 Gewichtsprozent Aluminium, etwa 1 Gewichtsprozent Halogensalz und aus inertem, hoch schmelzendem Material besteht. Die Alitierungsstufe kann auch unter Verwendung von Aluminium und inertem Füllmaterial ohne Halogensalz ohne weiteres durchgeführt werden.are. The thicknesses of the cobalt-rich layers vary from 0.00127 to 0.152 mm. They each depend on the specific coating conditions. For the subsequent treatment, thicknesses of about 0.0127 to 0.0508 mm are desirable. According to the invention, the second stage consists in embedding the aforementioned cobalt-coated niobium or alloy base metal in aluminizing packings, which contain 1 I 2 to 15 percent by weight, advantageously about 1 to 5 percent by weight, but preferably about 1 percent by weight of aluminum powder, about 0.05 to 3 percent by weight Percent by weight, but preferably about 1 percent by weight of a powdery halogen salt and the remainder an inert filler material, for example Al 2 O 3 . A mixture which consists of about 1 percent by weight of aluminum, about 1 percent by weight of halogen salt and of inert, high-melting material has proven to be extremely favorable. The aluminizing step can also easily be carried out using aluminum and inert filler material without a halogen salt.

Diese in Graphitschalen befindlichen Packungen werden dann in einer Argonatmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 871 und 1204° C über einen Zeitraum von etwa 1J2 bis zu 4 Stunden einer thermischen Behandlung unterzogen, um die gewünschte Stärke der CoAl-Schicht zu erreichen (Schichtstärken zwischen 0,00254 und 0,127 mm wurden erreicht). Es hat sich herausgestellt, daß man zur Erreichung der gewünschten CoAl-Schichten den Alitierungsprozeß bei Temperaturen von über 10930C durchführen muß. Bei Temperaturen von 10930C und darunter neigt die CoAl-Struktur dazu, eine große Menge von Aluminium zu absorbieren und dadurch Verbindungen zu schaffen, welche mehr Aluminium enthalten als CoAjThese packings, located in graphite shells, are then subjected to a thermal treatment in an argon atmosphere at a temperature between about 871 and 1204 ° C for a period of about 1 1/2 to 4 hours in order to achieve the desired thickness of the CoAl layer (layer thicknesses between 0.00254 and 0.127 mm were reached). It has been found that one must perform the alitization process at temperatures of about 1093 0 C to achieve the desired CoAl layers. At temperatures of 1093 0 C and below the CoAl structure tends to absorb a large amount of aluminum and thereby provide compounds which contain more aluminum than COAJ

809 702/1316809 702/1316

9 109 10

und bei Temperaturen von etwa 1177° C in flüssiger 704° C ein lokaler Defekt auftrat, konnten nicht die Phase vorliegen. Solche niedrigschmelzenden Verbin- schlechten Eigenschaften von Trialuminidschichten auf düngen stören die gewünschten Eigenschaften der Materialien aus Niob oder Nioblegierungen beobachtet Schicht. werden.and a local defect occurred at temperatures of about 1177 ° C in liquid 704 ° C, the could not Phase. Such low-melting compounds have poor properties of trialuminide layers fertilize disrupt the desired properties of the materials observed from niobium or niobium alloys Layer. will.

Das gute Verhalten der CoAI-Schichten rührt auch 5 Wenn Niob unter Bildung von 0,05 bis 0,127 mm von der Verbindung und der Struktur der Schichten, dicken NbAl3-Schichten alitiert wird, ist es nicht mehr nicht nur von dem Einsatzverfahren her, nach welchem fähig, mehr als vier Oxydationszyklen (20 Stunden) bei die Schichten hergestellt sind. 1204° C ohne Zerstörungen an lokalisierten StellenThe good behavior of the CoAI layers also affects 5 If niobium is aluminized to form 0.05 to 0.127 mm of the connection and the structure of the layers, thick NbAl 3 layers, it is no longer just because of the method of use capable of more than four oxidation cycles (20 hours) when the layers are made. 1204 ° C without damage in localized areas

Was die Verbindung anbetrifft, haben chemische auszuhalten. Da NbAl3 eine Verbindung mit geringer Analysen gezeigt, daß nach dem Einsatzverfahren her- io Löslichkeit für ihre Komponenten ist und deshalb eine gestellte CoAl-Schichten bis zu 20 Gewichtsprozent geringere Duktilität als CoAl aufweist, ist es nicht Verunreinigungen in gelöster Form enthalten können; fähig, wiederholte Male thermisch zyklische Spannundie Hauptverunreinigungen sind Eisen und Wolfram, gen auszuhalten, obwohl es einen günstigeren thermije nach der Art des angewendeten Verfahrens. Diese sehen Ausdehnungskoeffizientenunterschied zwischen Verunreinigungen führen zu keinen bedeutenden Ver- 15 sich und Niob aufweist als CoAl. änderungen in der physikalischen Struktur und beeinträchtigen das gute Verhalten dieser Schichten nicht Beispiel 2 nachteilig. „As for the compound, chemical ones have to endure. Since NbAl 3, a compound with low analyzes, has shown that after the application process there is solubility for its components and therefore a CoAl layer has up to 20 percent by weight less ductility than CoAl, it cannot contain impurities in dissolved form; able to withstand repeated thermal cycling stresses and the main impurities are iron and tungsten, although it is a more favorable thermije depending on the type of process used. These see the difference in expansion coefficients between impurities do not lead to any significant deterioration and niobium exhibits as CoAl. Changes in the physical structure and do not adversely affect the good behavior of these layers. "

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im Musterstäbe mit 0,32 cm Durchmesser und 1,27 cmFor a better understanding of the invention are in the sample bars with 0.32 cm in diameter and 1.27 cm

folgenden noch einige Beispiele angeführt. ao Länge sowie Musterstreifen mit einer Fläche vonsome examples are given below. ao length and pattern strips with an area of

2,4 cma und einer Stärke von 0,159 cm aus einer Nb-20Ta-15W-5Mo-Legierung wurden unter An-2.4 cm a and a thickness of 0.159 cm made of a Nb-20Ta-15W-5Mo alloy were

Beispiel 1 Wendung des Stufen-Einsatzverfahrens mit CoAl beExample 1 Reversal of the staged application process with CoAl be

schichtet. Die Kobaltbeschichtungsbehandlung wurdelayers. The cobalt coating treatment was

Auf 1,27 cm langen, einen Durchmesser von 0,63 cm as in einem Stahlbehälter durchgeführt, welcher das folaufweisenden Musterstäben aus unlegiertem Niob gende Gemisch enthielt: wurden nach dem oben beschriebenen Zweistufen- 15 Gewichtsprozent Kobaltpulver,To 1.27 cm long, have a diameter of 0.63 cm as in a steel container made which contained the folaufweisenden pattern rods unalloyed niobium constricting mixture: were prepared by the above-described two-stage 15 weight percent cobalt powder,

Einsatzverfahren CoAl-Schichten aufgebracht. Der 6 Gewichtsprozent NH4C1-Pulver,Application process CoAl layers applied. The 6 percent by weight N H 4 C1 powder,

Auftrag des Kobalts wurde unter Verwendung eines ?9 Gewichtsprozent Al2O3-Pulver.The cobalt was applied using a ? 9 weight percent Al 2 O 3 powder.

Einsatzgemisches m einem Graphitbehalter durch- 30Feed mixture through a graphite container 30

geführt. Die Behandlung dauerte 4 Stunden bei einer Tem-guided. The treatment lasted 4 hours at one temperature

Die Mischung hatte folgende Zusammensetzung: peratur von 10930C. Während dieser Kobaltbeschich-The mixture had the following composition: temperature of 1093 0 C. During this Kobaltbeschich-

15 Gewichtsprozent Kobaltpulver, tungsbehandlung rotierten die Packungen mit einer15 percent by weight cobalt powder, treatment treatment, the packs rotated with a

3 Gewichtsprozent NH4C1-Pulver, Umdrehung je Minute. Die entstandenen kobaltreichen3 percent by weight of NH 4 C1 powder, revolutions per minute. The resulting cobalt-rich

82 Gewichtsprozent Al2O3-Pulver. 35 Schichten waren 0,0508 mm dick. Die mit Koba t be-82 percent by weight Al 2 O 3 powder. 35 layers were 0.0508 mm thick. Those loaded with Koba t

schichteten Musterstucke wurden dann einer Alumi-layered sample pieces were then an aluminum

Die Behandlung dauerte bei 1093°C 8 Stunden. Die niumbeschichtungsbehandlung 1 Stunde lang bei entstandenen kobaltreichen Schichten hatten eine 12040C in einer Graphitschale unterzogen. Die Stärke von 0,0762 mm. Die mit Kobalt beschichteten Graphitschale enthielt eine Mischung, bestehend aus: Musterstäbe wurden dann für 2 Stunden bei 12040C 40 5 Gewichtsprozent Aluminiumpulver,The treatment lasted 8 hours at 1093 ° C. The niumbeschichtungsbehandlung for 1 hour at the resulting cobalt-rich layers had undergone in a graphite shell a 1204 0C. The thickness of 0.0762 mm. The graphite shell coated with cobalt contained a mixture consisting of: Sample rods were then for 2 hours at 1204 0 C 40 5 weight percent aluminum powder,

in einer Graphitschale einer Alumimumbeschichtungs- 95 Gewichts;rozent Al2O3-PuIVeT.in a graphite shell of an aluminum coating 95 weight ; percent Al 2 O 3 -PuIVeT.

behandlung unterzogen. Die Graphitschale beinhaltetesubjected to treatment. The graphite cup included

ein Gemisch von folgender Zusammensetzung: Während der Aluminiumauftragsbehandlung ro-a mixture of the following composition: During the aluminum application treatment ro-

5 Gewichtsprozent Aluminiumpulver, tierte ^ Pack™S ™t einer Umdrehung je Minute. Die5 percent by weight aluminum powder, tied ^ Pack ™ S ™ t one revolution per minute. the

1 Gewichtsprozent NaCl-Pulver, « entstandene Schicht war eine gleurfimaßige CoAl-1 percent by weight NaCl powder, "the resulting layer was a uniform CoAl-

94 Gewichtsprozent Al2O3-Pulver. Schicht von O,O5O8mm Starke welche eine kleine94 percent by weight Al 2 O 3 powder. Layer of O, O5O8mm thick which a small one

Menge einer dispergierten MA13-Phase enthielt. Zwi-Amount of a dispersed MA1 3 phase contained. Between

Die entstandenen Schichten waren 0,06 mm starke sehen der CoAl-Schicht und dem Legierungsgrund-CoAl-Schichten mit einer geringen Menge einer disper- metall befand sich eine 0,0254 mm starke Schicht aus gierten NbAl3-Phase. Zwischen diesen CoAl-Schichten 50 einem unvollständig reagierten kobaltreichen Material, und dem Trägermetall aus Niob konnte man dünne Ein beschichtetes Musterstück wurde 100 StundenThe resulting layers were 0.06 mm thick. The CoAl layer and the alloy base CoAl layers with a small amount of a dispersed metal contained a 0.0254 mm thick layer of yeasted NbAl 3 phase. Between these CoAl layers 50, an incompletely reacted cobalt-rich material, and the carrier metal of niobium, one could thin a coated sample for 100 hours

Schichten unvollständig reagierten kobaltreichen lang bei 1204° C in der im Beispiel 1 beschriebenen Schichtmaterials beobachten. Weise oxydiert. Zu keiner Zeit des Tests wurdenLayers incompletely reacted cobalt-rich for a long time at 1204 ° C. in the one described in Example 1 Observe the layer material. Way oxidized. At no time were the test

Einer der beschichteten Musterstäbe wurde 100 Stun- Mängel in der Schicht beobachtet. Die Gesamtden lang bei 1204° C oxydiert. Während der Oxydation 55 zunähme des spezifischen Gewichts während der Oxywurden die Musterstäbe aus dem Oxydationsdfen dation betrug 4,2 mg/cm2.One of the coated sample bars was observed to have defects in the layer for 100 hours. The whole is oxidized long at 1204 ° C. During the oxidation, the specific gravity increased during the oxy-dation. The sample rods from the oxidation loss was 4.2 mg / cm 2 .

genommen und auf Raumtemperatur herabgekühlt Nioblegierungen dagegen können, wenn sie untertaken and cooled down to room temperature niobium alloys, on the other hand, can if they are below

(nach 1,5, 3,0, 4,5, 20, 25, 50, 75 und 100 Stunden Bildung einer 0,0762 bis 0,152 mm dicken MAl3-Gesamtzeit), gewogen und visuell geprüft. Zu keiner Schicht alitiert sind, im allgemeinen nicht mehr als Zeit dieses Tests wurden Mangel an den Schichten 60 sechs oder sieben Oxydationszyklen (50 bis 75 Stunden) beobachtet. Die kumulative Zunahme des spezifischen aushalten, ohne daß Zerstörungen an lokalisierten Gewichts während des Oxydationsvorganges betrug Stellen auftreten. Die hohe Duktilität von CoAl macht 4,3 mg/cm2. Im Anschluß an diese 100-Stunden-Oxy- dieses gegenüber wiederholten thermisch zyklischen dation bei 12040C wurden die Musterstäbe im Ofen Spannungsbeanspruchungen widerstandsfähiger als von 12040C auf Raumtemperatur abgekühlt und dann 65 typische MA13-Verbindungen, obwohl die letzteren bei 7040C 28 Stunden lang (fünf Erwärmungs- und bezüglich ihrer thermischen Ausdehnung mit den Le-Kühlstufen) erneut oxydiert. Obwohl an einer scharfen gierungen, aus welchen sie gebildet sind, besser zuEcke des Musterstabes während der Behandlung bei sammenpassen.(after 1.5, 3.0, 4.5, 20, 25, 50, 75 and 100 hours formation of a 0.0762 to 0.152 mm thick MAl 3 total time), weighed and checked visually. None of the layers are aluminized, generally no more than the time of this test, deficiencies in layers 60 six or seven oxidation cycles (50 to 75 hours) were observed. Withstand the cumulative increase in specific gravity without causing damage to localized weight spots during the oxidation process. The high ductility of CoAl makes 4.3 mg / cm 2 . Following this 100-hour oxy- this against repeated thermal cyclical dation at 1204 0 C, the sample rods in the furnace were more resistant to voltage stresses than cooled from 1204 0 C to room temperature and then 65 typical MA1 3 compounds, although the latter at 704 0 Oxidized again for 28 hours (five heating and thermal expansion with the Le cooling stages). Although the sharp alloys from which they are formed, better fit together at the corner of the sample stick during treatment.

Beispiel 3Example 3

1,27 cm lange Musterstäbe mit einem Durchmesser von 0,32 cm und 0,159 cm dicke Musterstreifen aus Nl>-2QTa-15 W-5 Mo-Legierung, deren Fläche 2,4 cm2 mißt, wurden unter Anwendung des Zweistufen-Einsatzverfahrens mit CoAl beschichtet. Der Auftrag des Kobalts wurde in einem Stahlbehälter durchgeführt, weicher eine Mischung der folgenden Zusammensetzung enthielt:1.27 cm long sample rods 0.32 cm in diameter and 0.159 cm thick sample strips of Ni> -2QTa-15 W-5 Mo alloy, measuring 2.4 cm 2 in area, were added using the two-stage insertion process CoAl coated. The cobalt was applied in a steel container containing a mixture of the following composition:

15 Gewichtsprozent Kobaltpulver,
3 Gewichtsprozent NH4Cl-PuIvCr,
82 Gewichtsprozent AI2O3-Pulver.
15 percent by weight cobalt powder,
3 percent by weight NH 4 Cl-PuIvCr,
82 percent by weight Al 2 O 3 powder.

Die Behandlung dauerte 8 Stunden und wurde bei 1093°C durchgeführt. Während der Behandlung rotierten die Packungen alle 30 Minuten um 180°. Die entstandenen kobaltreichen Schichten waren 0,0762 mm stark. Die mit Kobalt beschichteten Musterstreifen wurden dann einer Aluminiumbeschichtungsbehandlung unterzogen; sie dauerte 1 Stande bei 12040C und wurde in einer Graphitschale durchgeführt, welche eine Mischung der folgenden Zusammensetzung enthielt: The treatment lasted 8 hours and was carried out at 1093 ° C. During the treatment, the packs rotated 180 ° every 30 minutes. The resulting cobalt-rich layers were 0.0762 mm thick. The cobalt-coated sample strips were then subjected to an aluminum coating treatment; it lasted 1 stand at 1204 0 C and was carried out in a graphite bowl, which contained a mixture of the following composition:

5 Gewichtsprozent Aluminiumpulver,5 percent by weight aluminum powder,

1 Gewichtsprozent NaQ-Pulver,1 percent by weight NaQ powder,

94 Gewichtsprozent AI2O3-Pulver.94 percent by weight Al 2 O 3 powder.

Während der Aluminiumbeschichtungsbehandlung rotierte die Packung alle 30 Minuten um 180°. Die entstandenen Schichten waren rauh und unregelmäßig, bestanden jedoch in der Hauptsache aus einer etwa 0,1 mm starken CoAl-Schicht, welche sich auf einer dünnen, zwischen der CoAl-Schicht und dem Grundmetall befindlichen, aus unvollständig reagiertem, kobaltreichem Schichtmaterial bestehenden Schicht befand. Die Menge der in der CoAl-Schicht befindlichen MA13-Phase war hier wesentlich größer als in einem der Beispiele 1 und 2; in einigen Flächenbereichen war die Kontinuität der CoAl-Schicht durch diese MA13-Phase gestört.During the aluminum coating treatment, the package rotated 180 degrees every 30 minutes. The resulting layers were rough and irregular, but mainly consisted of an approximately 0.1 mm thick CoAl layer, which was located on a thin layer between the CoAl layer and the base metal and consisting of incompletely reacted, cobalt-rich layer material . The amount of MA1 3 phase in the CoAl layer was here significantly greater than in one of Examples 1 and 2; in some areas the continuity of the CoAl layer was disturbed by this MA1 3 phase.

Ein beschichteter Musterstab wurde 100 Stunden lang bei 12040C in etwa der gleichen Weise wie im Beispiel 1 oxydiert. Zu keiner Zeit des Tests konnten Mängel in der Beschichtung beobachtet werden. Die Gesamtzunahme des spezifischen Gewichts während dieses Versuchs betrug jedoch 12,3 mg/cm2 oder etwa das Dreifache der Werte, welche an den Musterstäben der Beispiele 1 und 2 gemessen wurden. Obwohl dieA coated sample rod was oxidized for 100 hours at 1204 ° C. in approximately the same way as in Example 1. At no time during the test could defects in the coating be observed. However, the total increase in specific gravity during this experiment was 12.3 mg / cm 2 or about three times the values measured on the sample bars of Examples 1 and 2. Although the

Beschichtung dieses Beispiels — sie war stark durch eine MA13-Phase verunreinigt — einen Schutz für das Legierungsgrundmetall für 100 Stunden bei 12040C bildete, war ihr Oxydationsverhalten wesentlich schlechter als das der relativ wenig verunreinigten Schichten der Beispiele 1 und 2.Coating of this example - it was heavily contaminated by an MA1 3 phase - formed a protection for the alloy base metal for 100 hours at 1204 ° C., its oxidation behavior was significantly worse than that of the relatively less contaminated layers of Examples 1 and 2.

Trotzdem war diese MAl9-verunreinigte Schicht auf Grand des CoAl und dessen guter Duktilität fähig, wiederholten thermisch zyklischen Spannungsbean-Nevertheless, this MAl 9 -contaminated layer on Grand des CoAl and its good ductility was able to withstand repeated thermally cyclical stresses.

spruchungen zu widerstehen, was die Überlegenheit dieser Schichten gegenüber den auf MA13-Basis hergestellten Schichten beweist.to withstand stresses, which proves the superiority of these layers over the layers produced on the basis of MA1 3.

B ei spi el 4Example 4

Musterstäbe und Musterstreifen aus einer Nb-2ÖTa-l 5 W-5 Mo-Legierung wurden unter Anwendung des Zweistufen-Einsatzverfahrens mit CoAlSample bars and sample strips made of an Nb-2ÖTa-1 5 W-5 Mo alloy were used the two-stage application process with CoAl

»ο beschichtet. Die Kobaltauftragsbehandlung wurde wie im Beispiel 2 ausgeführt. Die Behandlung dauerte 5 Stunden bei 982° C. Es entstand eine 0,0254 mm starke kobaltreiche Schicht. Es erwies sich als zweckmäßig, nach der Kobaltauftragungsbehandlung ein»Ο coated. The cobalt overlay treatment was like carried out in example 2. The treatment lasted 5 hours at 982 ° C. A 0.0254 mm was created strong cobalt-rich layer. It was found to be useful after the cobalt application treatment

»5 Glühen in einer Argonatmosphäre 4 Stunden lang bei 12040C vorzunehmen. Solche mit Kobalt beschichteten Musterstücke —■ mit und ohne die eben erwähnte Glühbehandlung — wurden anschließend in einer Packung einer Aluminiumbeschichtungsbehandlung unterzogen. In der Packung befand sich folgende Pulvermischung:»To undertake 5 annealing in an argon atmosphere for 4 hours at 1204 ° C. Such samples coated with cobalt - with and without the above-mentioned annealing treatment - were then subjected to an aluminum coating treatment in a pack. The package contained the following powder mixture:

1 Gewichtsprozent Aluminium,
1 Gewichtsprozent NaCl,
98 Gewichtsprozent AI2O3.
1 percent by weight aluminum,
1 percent by weight NaCl,
98 percent by weight AI 2 O 3 .

Die in einer Graphitschale befindliche Packung rotierte während der zweistündigen, bei 12040C stattfindenden Aluminiumbeschichtungsbehandlung mit einer Umdrehung je Minute. Es entstanden CoAl-Beschichtungen mit einer Stärke von etwa 0,0254 mm.The packing located in a graphite dish rotated during the two-hour aluminum coating treatment, which took place at 1204 ° C., at one revolution per minute. CoAl coatings were created with a thickness of about 0.0254 mm.

Zwischen dem CoA! und dem Grundmetall befanden sich restliche kobaltreiche Schichten (nicht CoAl) mit einer Stärke von etwa 0,0254 mm.Between the CoA! and the base metal remaining cobalt-rich layers (not CoAl) with a thickness of about 0.0254 mm.

Beschichtete Musterstäbe wurden 100 Stunden lang bei Temperaturen von 704 und 1204° C unter thermischen Schwankungen zwischen den Testtemperaturen und der Zimmertemperatur (s. Beispiel 1) oxydiert. Die Oxydations-Testergebnisse sind aus der Tabelle 4 ersichtlich. Coated sample bars were heated for 100 hours at temperatures of 704 and 1204 ° C Fluctuations between the test temperatures and the room temperature (see Example 1) oxidized. the Oxidation test results are shown in Table 4.

TabelleTabel

VorbehandlungPretreatment

Schicht-Lebensdauer in StundenShift life in hours

Oxydations-Testergebnisse
7040C
Oxidation test results
704 0 C

kumulative Zunahmecumulative increase

des spezifischenof the specific

Gewichts*Weight *

mg/cm % Schicht-Lebensdauer
in Stunden
mg / cm % shift life
in hours

12040C1204 0 C

kumulative Zunahmecumulative increase

des spezifischenof the specific

Gewichts*Weight *

mg/cm2 mg / cm 2

10930C geglüht
Nicht geglüht ..
Annealed at 1093 0 C
Not annealed ..

100
100
100
100

* Nach 100 Stunden bei der jeweiligen Temperatur.* After 100 hours at the respective temperature.

Während der Versuche mit diesen Musterstücken konnte man keine Mangel in der Beschichtung feststellen, was wiederum für die gute Schutzwirkung von CoAl-Schichten auf Nioblegierungen spricht. Ein langsames Abkühlen hatte keinen irgendwie meßbaren Einfluß auf die Schicht.During the tests with these samples, no defects in the coating could be found, which in turn speaks for the good protective effect of CoAl layers on niobium alloys. A slow cooling had no measurable effect on the layer.

0,66 100 3,500.66 100 3.50

0,46 100 5,580.46 100 5.58

Beispiel 5Example 5

2,54 cm lange Musterstäbe aus Nb-20 Ta-15 W-5 Mo-Legierung mit einem Durchmesser von 0,475 cm wurden in der folgenden Weise mit CoAl-Schichten beschichtet: 2.54 cm long sample rods made of Nb-20 Ta-15 W-5 Mo alloy with a diameter of 0.475 cm were coated with CoAl layers in the following way:

Auf die Musterstücke wurde eine 0,254 mm dicke Eisenschicht galvanisch abgeschieden. Die galvanische Abscheidung erfolgte in einem Eisenformiatbad mit einem pH-Wert von 4,2 bei 62° C und 3,2Amp/dm2 und dauerte 5 Minuten. Die Musterstücke wurden dann bei 204° C in einem Vakuum 20 Stunden lang entgast; im Anschluß an die Entgasung war bei 7040C in einem Vakuum 1 Stunde lang die Möglichkeit einer Diffusion gegeben. Im Anschluß daran wurde eine auf, und man konnte eine Oxydation des Grundmetalls feststellen.An iron layer 0.254 mm thick was electrodeposited onto the sample pieces. The galvanic deposition took place in an iron formate bath with a pH of 4.2 at 62 ° C. and 3.2 amps / dm 2 and lasted 5 minutes. The samples were then degassed at 204 ° C in a vacuum for 20 hours; Following the degassing, there was the possibility of diffusion at 704 ° C. in a vacuum for 1 hour. Then one opened and one could see an oxidation of the base metal.

Eine metallographische Prüfung ergab, daß sogar an den unverletzten Stellen praktisch kein CoAl mehr vorhanden war. Berechnungen ergaben, daß 0,0127 mm CoAl durch die kombinierten Oxydations- und Diffusionsvorgänge mit dem Grundmetall bei 12040C innerhalb von 20 Stunden verbraucht wurden (etwa 0,0127 mm würden für einen 20stündigen Schutz bei Galvanisierung durchgeführt in einem gewöhnlichen io 12040C gerade ausreichen). Die Musterstücke dieses Kobaltsulfat- und -Chloridbad bei 3,8 Amp./dm2 und Beispiels, welche zuerst auf elektrolytischem Wege mit 46° C 15 Minuten lang unter Bildung eines 0,0127 mm Kobalt und Aluminium beschichtet und dann einer starken Kobaltniederschlages. Die zweite Abscheidung Wärmebehandlung unterzogen wurden, verhielten sich auf elektrolytischem Wege wurde mit Hilfe einer Ver- ähnlich wie die in den Beispielen 1 und 2 verwendeten dampferplatte 20 Minuten lang in einem geschmolze- 15 Musterstücke. .A metallographic test showed that there was practically no CoAl left even in the uninjured areas. Calculations showed that 0.0127 mm CoAl were consumed by the combined oxidation and diffusion processes with the parent metal at 1204 0 C within 20 hours (about 0.0127 mm would be for a 20-hour protection when plating performed in an ordinary io 1,204 0 C just enough). The samples of this cobalt sulfate and chloride bath at 3.8 amps / dm 2 and example which first coated electrolytically at 46 ° C for 15 minutes to form a 0.0127 mm cobalt and aluminum and then a heavy cobalt precipitate. The second deposition was subjected to heat treatment, behaved electrolytically using a comparison similar to the steamer plate used in Examples 1 and 2 for 20 minutes in a molten sample. .

nen Bad von 80 Gewichtsprozent AlCl3 und 20 Ge- Die erfindungsgemäße Beschichtung von Grundwichtsprozent NaCl bei 163°C und 4,3 Amp./dm2 er- metallen aus Niob oder einer Nioblegierung ist neu reicht. Die Aluminiumauf tragsbeharidlung wurde dann und vorteilhaft. CoAl als intermetallische Verbindung durch galvanischen Auftrag in einem galvanischen besitzt eine Anzahl von bisher außer acht gelassenen Ätherhydridaluminiumbad 15 Minuten läng bei Zim- 20 guten Eigenschaften, welche es zu einem ausgezeichnemertemperatur und 3,2 Amp./dm2-durchgeführt; es ten Schutzschichtmaterial für Niob oder Nioblegierunlagerte sich eine stöehiometrische Menge von Alumi- gen machen. ;A bath of 80 percent by weight AlCl 3 and 20 Ge The coating according to the invention of basic percent by weight NaCl at 163 ° C. and 4.3 amps / dm 2 of metals from niobium or a niobium alloy is now sufficient. The aluminum contract treatment was then and advantageous. CoAl as an intermetallic compound by galvanic application in a galvanic has a number of previously disregarded ether hydride aluminum baths for 15 minutes long with Zim- 20 good properties, which it carried out at an excellent temperature and 3.2 Amp./dm 2 ; The protective layer material for niobium or niobium alloy does not make a stoehiometric amount of alumi- nium. ;

nium an, welche anschließend mit Kobalt unter BiI- Zu nennen sind insbesondere die gute Oxydationsdung von CoAl reagierte. Die Musterstücke wurden beständigkeit von CoAl in dem wichtigen Temperaturdann unter 1J5 Atmosphären sehr reinen Argons in 35 bereich bis zu etwa 1371° C, in welchem die bishernium, which then reacted with cobalt under BiI- In particular, the good oxidation dung of CoAl. The samples were resistant to CoAl in the important temperature then under 1 J 5 atmospheres of very pure argon in the range up to about 1371 ° C, in which the hitherto

Quarz eingekapselt. Schließlich wurden sie zwecks Bildung einer CoAl-Schicht der folgenden Wärmebehandlung unterzogen:Encapsulated quartz. Finally, they were subjected to the following heat treatment to form a CoAl layer subjected:

1. Erwärmung in I1I2 Stunden auf 649° C; diese Temperatur wurde 4 Stunden lang gehalten;1st heating in I 1 I 2 hours to 649 ° C; this temperature was held for 4 hours;

2. Erwärmung in 20 Minuten auf 677° C; die Temperatur wurde 2 Stunden lang gehalten;2. Heating to 677 ° C in 20 minutes; the temperature was held for 2 hours;

3. Erwärmung in 40 Minuten auf 927°C; die Temperatur wurde 151Z2 Stunden lang gehalten;3. Heating to 927 ° C in 40 minutes; the temperature was 15 1 Z held for 2 hours;

4. Erwärmung in 30 Minuten auf 982° C; die Temperatur wurde 1 Stunde lang gehalten;4. Heating to 982 ° C in 30 minutes; the temperature was held for 1 hour;

5. Erwärmung in 30 Minuten auf 1093°C; die Temperatur wurde 2 Stunden lang gehalten;5. Heating to 1093 ° C in 30 minutes; the temperature was held for 2 hours;

6. Erwärmung in 20 Minuten auf 11490C; die Temperatur wurde 2 Stunden lang gehalten;6. Heating to 1149 ° C. in 20 minutes; the temperature was held for 2 hours;

7. Erwärmung in 30 Minuten auf 1204° C; die Temperatur wurde 3 Stunden lang gehalten;7. Heating to 1204 ° C in 30 minutes; the temperature was held for 3 hours;

8. Abkühlung der Quarzkapsel auf Zimmertemperatür mittels Luft, Aufbrechen der Kapsel und Herausnehmen der Musterstücke.8. Cooling of the quartz capsule to room temperature by means of air, breaking the capsule and removing it of the sample pieces.

Nach der Wärmebehandlung wurde ein kleiner Pulverrückstand an den Musterstücken und auf der Innenseite des Quarzrohres festgestellt. Die entstandenen CoAl-Schichten waren etwa 0,0127 mm stark und mit einer dünnen, 0,0025 mm starken, nicht identifizierten Schicht bedeckt.After the heat treatment, a small amount of powder was left on the sample pieces and on the Detected inside of the quartz tube. The resulting CoAl layers were about 0.0127 mm thick and covered with a thin, 0.0025 mm thick, unidentified layer.

Ein beschichtetes Musterstück wurde für 20 Stunden bei 1204° C einem Oxydationstest unterzogen. Es wurde nach 1,5, 3,0, 4,5 und 20 Stunden Gesamtzeit auf Zimmertemperatur abgekühlt, gewogen und visuell geprüft. Die Gewichtszunahme während des ersten Zyklus (1,5 Stunden) war hoch wegen der Oxydation der eben erwähnten dünnen, nicht identifizierten Oberflächenschicht; während der nächsten beiden Zyklen (3 Stunden) war die Gewichtszunahme jedoch nur mg/cm2. Dies entsprach einem parabolischen Oxydationsverlauf [etwa 0,3 (mg/cm2)2/Std.] im Gegensatz 65 zu [0,2 (mg/cma)2/Std.] bei Beispiel 1 und 2. Nach Stunden bei einer Temperatur von 12040C traten an mehreren Stellen des Musterstücks Zerstörungen verwendeten Schichtmaterialien — wie beispielsweise Niob, Aluminide, Silicide und Beryllide — sich schlecht bewährten und außerdem die sehr gute Diff usionsstabilität von CoAl, wenn es zur Beschichtung von Niob oder Nioblegierungen verwendet wird, und ihre hervorragende Duktilität bei erhöhten Temperaturen. A coated sample was subjected to an oxidation test for 20 hours at 1204 ° C. After a total of 1.5, 3.0, 4.5 and 20 hours it was cooled to room temperature, weighed and checked visually. The weight gain during the first cycle (1.5 hours) was high because of the oxidation of the thin, unidentified surface layer just mentioned; however, during the next two cycles (3 hours) the weight gain was only mg / cm 2 . This corresponded to a parabolic Oxydationsverlauf [about 0.3 (mg / cm 2) 2 / hr.] In contrast to 65 [0.2 (mg / cm a) 2 / hr.] In Example 1 and 2. After hours at a Temperature of 1204 0 C occurred at several points of the sample destruction layer materials used - such as niobium, aluminides, silicides and berylides - poorly proven and also the very good diffusion stability of CoAl when it is used for coating niobium or niobium alloys, and their excellent ductility at elevated temperatures.

CoAl-Schichten haben gegenüber Schichten vom MAl3-TyP außerdem den Vorteil, daß ihre Oxydationsbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen auf Nioblegierungsgrundmetallen durch eine vorhergehende Einwirkung hoher Temperaturen nicht beeinträchtigt wird. CoAl-Schichten können außerdem nach den verschiedensten Verfahren hergestellt werden. Sie können auch mit fremden Bestandteilen oder Phasen verunreinigt sein, ohne daß dadurch ihre Schutzfunktion nachläßt.CoAl layers also have the advantage over layers of the MAl 3 type that their resistance to oxidation at low temperatures on niobium alloy base metals is not impaired by previous exposure to high temperatures. CoAl layers can also be produced using a wide variety of processes. They can also be contaminated with foreign constituents or phases without their protective function diminishing as a result.

Claims (16)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Intermetallische Schutzschicht hoher Bruchfestigkeit, hoher Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen zwischen 538 und 1371° C und hoher Dauerbruchfestigkeit für Werkstücke aus Niob oder einer Nioblegierung, insbesondere einer Nioblegierung, die aus 20 Gewichtsprozent Tantal, 15 Gewichtsprozent Wolfram, 5 Gewichtsprozent Molybdän und Rest Niob besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Schutzschicht aus Kobaltaluminid (CoAl) besteht, das gegebenenfalls in gelöster Form noch bis zu 30 Atomprozent Kobalt und bis zu 2 Atomprozent Aluminium im Überschuß gegenüber der stöchiometrischen Zusammensetzung von CoAl in einer solchen Menge enthält, daß der Gesamtgehalt an Kobalt in der Schicht zwischen 48 und 80 Atomprozent liegt.1. Intermetallic protective layer of high breaking strength, high resistance to oxidation at temperatures between 538 and 1371 ° C and high fatigue strength for workpieces made of niobium or a niobium alloy, in particular a niobium alloy, which consists of 20 percent by weight of tantalum, 15 percent by weight tungsten, 5 percent by weight molybdenum and the remainder niobium consists thereby characterized in that the intermetallic protective layer consists of cobalt aluminide (CoAl), optionally in dissolved form up to 30 atomic percent cobalt and up to 2 atomic percent Aluminum in excess over the stoichiometric composition of CoAl in one contains such an amount that the total cobalt content in the layer is between 48 and 80 atomic percent lies. 2. Intermetallische Schutzschichtnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 68 Gewichtsprozent Kobalt und 32 Gewichtsprozent Aluminium besteht.2. Intermetallic protective layer according to claim 1, characterized in that it consists of 68 percent by weight Cobalt and 32 weight percent aluminum. 3. Intermetallische Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einer3. Intermetallic protective layer according to claim 1 or 2, characterized in that it is on one im wesentlichen aus Kobalt und Niob bestehenden Zwischenschicht angeordnet ist.is arranged consisting essentially of cobalt and niobium intermediate layer. 4. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zunächst mit Kobalt, sodann mit Aluminium beschichtet und zur Ausbildung der Kobaltaluminidschicht einer Wärmebehandlung unterworfen wird.4. A method for producing a protective layer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the workpiece is coated first with cobalt, then with aluminum and for training the cobalt aluminide layer is subjected to a heat treatment. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobaltschicht auf galvanischem Wege aufgebracht wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the cobalt layer on galvanic Ways is applied. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor der galvanischen Beschichtung mit Kobalt mit einer dünnen Diffusionsschicht aus Eisen überzogen wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the workpiece in front of galvanic coating with cobalt coated with a thin diffusion layer of iron will. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenschicht auf galvanischem Wege aufgebracht wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the iron layer on galvanic Ways is applied. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- ao zeichnet, daß das Werkstück vor der galvanischen Beschichtung mit Kobalt mit einer dünnen Diffusionsschicht aus Kobalt versehen wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the workpiece before the galvanic Coating with cobalt is provided with a thin diffusion layer of cobalt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zum Auftragen der Kobaltschicht in ein Pulvergemisch aus einem Kobaltgeber, vorzugsweise metallischem Kobalt, einer kleinen Menge flüchtige Halogene abgebender Substanz und einem inerten Füllmittel eingepackt und so lange erhitzt wird, bis eine Verflüchtigung des Halogens eintritt.9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the workpiece for Application of the cobalt layer in a powder mixture from a cobalt donor, preferably metallic Cobalt, a small amount of volatile halogen-releasing substance and an inert filler packed and heated until the halogen evaporates. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 760 und 12040C in nicht oxydierender Atmosphäre vorgenommen wird.10. The method according to claim 9, characterized in that heating to a temperature between 760 and 1204 0 C is carried out in a non-oxidizing atmosphere. 11. Verfahren nach Anspruch 9 und insbesondere Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvergemisch aus 10 bis 40, vorzugsweise 15 bis 30 Gewichtsprozent Kobalt, 2 bis 12, vorzugsweise 3 bis 9 Gewichtsprozent anorganischem Halogenid und inertem Füllstoff als Rest verwendet wird.11. The method according to claim 9 and in particular claim 10, characterized in that a powder mixture of 10 to 40, preferably 15 to 30 percent by weight cobalt, 2 to 12, preferably 3 to 9 percent by weight inorganic halide and inert filler used as the remainder will. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung des kobaltüberzogenen Werkstücks mit Aluminium auf galvanischem Wege vorgenommen wird.12. The method according to any one of claims 4 to 11, characterized in that the coating of the cobalt-coated workpiece is made with aluminum by electroplating. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aluminiumbeschichtung eine Erhitzung auf eine Temperatur von etwa 12000C vorgenommen wird.13. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized in that heating to a temperature of about 1200 0 C is carried out after the aluminum coating. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kobalt beschichtete Werkstück zum Auftragen des Aluminiums in ein Pulvergemisch aus einem Aluminiumgeber, vorzugsweise metallischem Aluminium, einer kleinen Menge flüchtiges Halogen abgebender Substanz und einem inerten Füllmittel eingepackt und bis zur Verflüchtigung des Halogens erhitzt wird.14. The method according to any one of claims 4 to 13, characterized in that the coated with cobalt Workpiece for applying the aluminum in a powder mixture from an aluminum dispenser, preferably metallic aluminum, donating a small amount of volatile halogen The substance and an inert filler are packed and heated until the halogen has evaporated will. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück 1 bis 4 Stunden lang über 10940C in nicht oxydierender Atmosphäre erhitzt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the workpiece is heated for 1 to 4 hours over 1094 0 C in a non-oxidizing atmosphere. 16. Verfahren nach Anspruch 14 und insbesondere 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvergemisch aus 0,5 bis 15, vorzugsweise etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium, mindestens 0,05 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 Gewichtsprozent anorganischem Halogenid und einem inerten, hochschmelzenden Material als Rest verwendet wird. 16. The method according to claim 14 and in particular 15, characterized in that a powder mixture from 0.5 to 15, preferably about 1 to 5 percent by weight of aluminum, at least 0.05 percent by weight, preferably 1 percent by weight inorganic halide and an inert, high melting point material is used as the remainder. 809702/1316809702/1316
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