DE1521150C3 - Verfahren zur Herstellung von korrosions- und hitzebeständigen Schutzüberzügen auf warmfesten Stählen oder Superlegierungen - Google Patents

Description

Bei dem neuen Verfahren zur Herstellung von korrosions- und hitzebeständigen Überzügen aus Chrom oder seinen Legierungen vorgegebener Zusammensetzung auf warmfesten austenitischen Stählen oder Superlegierungen werden somit gemäß der Erfindung aus den genannten Werkstoffen hergestellte Teile in ein Pulver, das aus Chrom oder Legierungen mit mindestens 30% Chrom und im übrigen mit einer Legierungszusammensetzung, die der Zusammensetzung der abzuscheidenden Überzugsschicht angepaßt ist, und Halogeniden von Elementen der L, II. und VIII. Gruppe des periodischen Systems als Aktivatoren besteht, eingebettet und bei 900 bis 1300° C in einem Schutzgas mindestens 12 Stunden geglüht. Dabei werden Schutzschichten auf den Teilen abgeschieden, die der Zusammensetzung des Metallanteiles des Pulvers entsprechen. Durch die vorliegende Erfindung ist somit ein Verfahren geschaffen worden, das erlaubt, in einem Arbeitsgang ausreichend dicke, gut haftende und'rißfreie Überzüge gleichmäßiger Dicke auf den zu schützenden Werkstoffen zu erzeugen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und die dabei erzielten Ergebnisse angegeben. .

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Es wurden Teile, die aus 20% Chrom, 2,4% Ti, 1,4% Al, Rest Nickel bestehen, in ein Pulver aus 48% Ni, 46% Cr, 4% BaCl₂ und 2% NaCl eingepackt und im Wasserstoffstrom bei 1150³C 24 Stunden behandelt. Die erhaltene Probe zeigte oberhalb der Diffusions-, zone eine 100 bis 120 μ starke Legierungsschicht, bestehend austtwa 50% Ni und 50% Cr.

Beispiel 2

Ebenso wurde ein Gegenstand, der aus 80",', Ni und 20% Cr bestand, in ein Pulver aus 90",, Chrom und 10% Metallchloriden, vornehmlich Bariumchlorid und Eisenchlorid, eingebettet und unter Wasserstoff bei 1200⁼C etwa 12 Stunden geglüht. Neben einer schmalen Diffusionszone wies der Gegenstand eine etwa 100 μ starke, fast 98%ige Chromschicht auf.

Beispiel 3

Ein Teil aus warmfestem austenitischem Stahl (X 12 CrNiWTi 16 13), wurde in ein Pulver aus 56%, Co. 38% Cr und 6% einer Mischung aus Strontiumchlorid und Bariumfluorid eingebettet und bei 1050" C in einem" Gasstrom, der aus etwa 66% H₂ und 34% N₂ bestand, 15 Stunden geglüht. Der Teil zeigte neben der Diffusionszone eine 130 μ starke duktile Schicht, die aus etwa 60% Kobalt und 40% Chrom bestand.

Besonders auffallend -bei dem neuen Verfahren ist, daß stets neben bzw. oberhalb der Diffusionszone auf den Gegenständen eine Metallschicht erhalten wird, die 100 bis 150 μ stark ist und in ihrer Legierungszusammensetzung dem Metallgehalt der für die EJn-. bettung verwendeten Metallpulver entspricht. Diese Schichten haften fest, sind duktil und zeigen keinerlei Poren. -~ :.

Ein Beispiel für die praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Schutz von Gasturbinenschaufeln gegen Korrosion durch heiße Gase und Verbrennungsprodukte im Betrieb durch Anbringung einer nach dem neuen Verfahren, hergestellten gut haftenden, chromreichen Öberflächenschutzschicht ausreichender Dicke.

Claims (3)

1 2 ' Cr zeigt bekanntlich die höchste Beständigkeit gegen Patentansprüche: derartige Korrosionen. Man hat deshalb versucht, durch oberflächliche Chromanreichertrng auf dem

1. Verfahren zur Herstellung von korrosions- Diffusionswege auch diese hochlegierten Stähle und und hitzebeständigen Überzügen aus Chrom oder 5 Superlegierungen gegen Korrosion bei hohen Tempeseinen Legierungen vorgegebener Zusammenset- raturen zu schützen. Es zeigte sich jedoch, daß die zung auf warmfesten austenitischen Stählen oder Chromdiffusion in solchen Legierungen derart er-Superlegierungen, dadurch gekenn- schwert ist, daß sich bei Anwendung der üblichen Verzeichnet, daß aus den genannten Werkstoffen fahren nur dünne Cr-angereicherte Schichten bilden, hergestellte Teile in ein Pulver, das aus Chrom io die nur eine ungenügende Schutzwirkung haben. Einen oder Legierungen mit mindestens 30% Chrom und entsprechenden Vorschlag enthält z. B. die deutsche im übrigen mit einer Legierungszusammensetzung, Auslegeschrift 1021230, in welcher aber zu dessen die der Zusammensetzung der abzuscheidenden Verwirklichung auch nur auf die an sich bekannten Überzugsschicht angepaßt ist, und Halogeniden von Chromdiffusionsverfahren bzw. deren übliche AnElementen der L, II. und VIII. Gruppe des perio- 15 wendungsweise verwiesen wird.

dischen Systems als Aktivatoren besteht, einge- Nach einem anderen Verfahren (deutsche Auslege-

bettet und bei 900 bis 1300⁰C in einem Schutzgas schrift t 176 444) wird eine ausreichend dicke, gut

mindestens 12 Stunden geglüht werden. haftende Schutzschicht dadurch erzielt, daß eine Zwi-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schenschicht aus Eisen oder Eisen-Nickel unter der . zeichnet, daß die mit dem Schutzüberzug zu ver- 20 Chromschicht aufgebracht wird und anschließend eine

sehenden Teile in die 1 bis 10% Metallchlorid ent- . Diffusionsglühung des Teiles vorgenommen wird. Es

haltenden Metallpulvermischungen eingebettet wer- wurde auch vorgeschlagen (deutsche Auslegeschrift

den. 1 180 602), auf warmfesten Stählen und Superlegie-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch rungen zunächst eine Eisenschicht aufzubringen und gekennzeichnet, daß die Glühung der in die Metall- 25 diese anschließend auf dem Diffusionsweg mit Gt anpulvermischung eingebetteten Teile in einer H₂- zureichern. Dabei erhält man keine Außenschicht aus Atmosphäre durchgeführt wird. . Reinchrom mehr. Jedoch zeigen Versuche, daß die

Korrosionsbeständigkeit von Cr durch Fremdzusätze

bis zu 50% nicht wesentlich verschlechtert wird. Des-

30 halb ist es für den gewünschten Zweck ausreichend,

Überzüge aus Chromlegierungen mit 50% Cr zu

: erzielen. Diese Verfahren sind verhältnismäßig um-

• ständlich und teuer. , ;. ,,.

, . Schließlich sind Verfahren bekannt (britische Pa-

' 35 tentschrift 974 185), nach denen diverse hochlegierte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Nichteisenmetall-Legierungen zur Erhöhung ihrer Kor-■ von korrosions- und hitzebeständigen Überzügen aus rosionsbeständigkeit mit einer Chromdiffusionsschicht Chrom oder seinen Legierungen vorgegebener Zusam- versehen werden können. Dabei sollen einmal Gegenmensetzung auf warmfesten austenitischen Stählen stände aus Legierungen auf Nickel- und/oder Kobaltoder Superlegierungen. 40 Basis oder Legierungen, die im wesentlichen zusätzlich Es ist bekannt, daß man Eisen oder niedrig legierten hierzu auch Eisen und 5 bis 30% Chrom enthalten, Stahl auf dem Diffusionswege oberflächlich mit Chrom in einem aus Aluminium oder Magnesium bestehenden anreichert, um Korrosionsbeständigkeit und Zunder- Pulver, das 0,5 bis 5% Chromchlorid enthält, auf:, beständigkeit bei erhöhter Temperatur zu erzie- Temperaturen über 95O⁰C erhitzt werden. Weiter wird len. Bei einem bekannten Chromdiffusionsverfahren 45 in der gleichen britischen Patentschrift vorgeschlagen, (deutsche Patentanmeldung D 17 594 VI/b 48b) Stücke aus Chrom oder Ferrochrom in das Chromiewird das zu behandelnde Werkstück in ein Gemisch rungsgefäß einzubringen. Dabei sollen aber diese zuvon Chrom bzw, Chromlegierung in Gegenwart von sätzlich einzubringenden Stücke entsprechend getrennt Chromo-Chlorid als Aktivator bei etwa 1000 bis von den in dem Pulver eingebetteten Teilen angebracht 1100''C unter Durchleiten von Wasserstoff durch die 50 werden, wobei jede Vermischung mit dem Pulver ver-Packung erhitzt. Die Verwendung eines derart mit mieden werden soll. Diese Stücke aus Chrom bzw. Chrom in den randnahen Zonen der Oberfläche ange- Ferrochrom dienen dabei nur zur Regenerierung des reicherten Werkstoffes ist jedoch durch den Kriech- Behandlungspulvers.

widerstand des Grundmaterials häufig auf Tempera- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

turen unter 550C beschränkt. Aus diesem Grund 55 gründe, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile werden hochbeanspruchte Maschinenteile, welche ein Verfahren zu schaffen, bei dem direkt Legierungen, Temperaturen über 600'C ausgesetzt sind, aus hoch- insbesondere Chromlegierungen, auf warmfesten Stählegierten Cr-Ni-Stählen oder Superlegierungen auf Ni- len oder Superlegierungen als Korrosionsschutz auf- und Co-Basis hergestellt. gebracht werden können. Es wurde festgestellt, daß

Solche warmfesten Werkstoffe sind in Luft bis zu 60 bei Temperaturen zwischen 900 und 1300C Chrom-Temperaturen von 1000"C zunderbeständig. Kommen legierungen auf obigem Grundmaterial dadurch abgesie jedoch bei diesen Temperaturen mit schwefel- und schieden werden können, daß diese Teile in Metallaschehaltigen Abgasen, die Alkalisulfate und oder pulvermischungen. die I bis 10",, Metallchlorid ent-Vanadinpentoxyd enthalten, in Berührung, so treten halten, in einem Wasserstoffstrom geglüht worden. Bei auch an diesen hochlegierten Werkstoffen starke Kor- 65 diesen Temperaturen erfolgt überraschenderweise nicht rosionsorscheiiumgen auf. Diese sind häufig auf die nur eine Austauschreaktion Cr_;/„.v/. - Fer,·«/ -^ Cr/,-.; Bildung Mill'idhaltiger Verbindungen zurückzuführen. - Fey«,*/, sondern gleichzeitig eine Abscheidung der die Schmelzpunkte unter 700 C aufweisen. Metalle.