DE1608149C3 - Poröser Körper hoher Festigkeit aus miteinander verbundenen metallischen Mikrohohlkugeln und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Poröser Körper hoher Festigkeit aus miteinander verbundenen metallischen Mikrohohlkugeln und Verfahren zur HerstellungInfo
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Description
Hüllenmetall umgebene Aluminiumkern dehnt sich Unter Verwendung eines wabenartigen Probenämlich während der Reaktionsphase aus, wodurch körpers 18 der in F i g. 3 dargestellten Art wurden
die normalerweise bei der Verbindung der Bindemetall- die nachstehend näher erläuterten Untersuchungen
teilchen infolge Diffusion oder Lösung erfolgende durchgeführt. Die Zellen 15 des Körpers 18 waren
Volumenverringerung ausgeglichen oder sogar über- 5 ungefähr 4 mm groß, und die Zellenwandung 17 hatte
troffen wird. Mit einem Hüllenmetall versehene Alu- eine Dicke von ungefähr 0,4 mm. Die Zellen wurden
miniumteilchen sind im Handel erhältlich und wurden mit dem oben beschriebenen, mit Nickel beschichteten
bisher bei Flammspritzverfahren oder pulvermetallur- Aluminiumpulver gefüllt. Die Zusammensetzung des
gischen Sinterverfahren eingesetzt. Infolge der bei Füllmaterials war folgende: 17 bis 20% Aluminium
diesen Verfahren auftretenden und angewendeten io und der Rest im wesentlichen Nickel. Nach einer
Druckkräfte kommt es dabei nicht zur Bildung von zweistündigen Wärmebehandlung bei etwa 10500C in
Mikrohohlkugeln. Luft hatte sich das Material genügend ausgedehnt und
Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeich- füllte die wabenförmigen Zellen aus. Weitere Prüfnungen
erläutert, in denen zeigt körper zur Auswertung dieser Erscheinung wurden F i g. 1 einen vergrößerten Querschnitt eines mit 15 vorbereitet und ebenfalls zwei Stunden lang in Wasser-Nickel
beschichteten Aluminiumteilchens, stoff atmosphäre bei etwa 1060° C behandelt. Das
F i g. 2 einen Querschnitt des in F i g. 1 dargestell- Ergebnis war das gleiche. Während des Sinterprozesses,
ten Teilchens nach zweistündiger Erhitzung bei etwa bei dem kein äußerer Druck angewendet wurde,
HOO0C in einer Wasserstoff atmosphäre und diffundierte das den Kern bildende Aluminium in die
F i g. 3 teilweise im Schnitt eine Ansicht eines 20 Nickelhülle und bildete eine Nickel-Aluminium-Legieporösen
Körper nach der Erfindung enthaltenden rung. Dabei vergrößerten sich die kugelförmigen Teil-Gasturbinenmantelsegments.
chen ohne zu brechen, weil das Verhältnis von Alu-Für die Verfahren nach der Erfindung benutzt man minium zu Nickel genügend klein war. Diese Expanvorzugsweise
mit Nickel beschichtete Aluminium- sionserscheinung in der umschlossenen, wabenförmigen
teilchen der in F i g. 1 dargestellten Art, die einen 25 Struktur führte zu einer starken gegenseitigen Bindung
Aluminiumkern 10 mit einem Durchmesser von etwa der kugelförmigen Teilchen an ihren Berührungs-0,05
bis 0,08 mm und eine Nickelhülle mit einer punkten und zu den Wabenwandungen, so daß sich
Dicke von etwa 0,008 bis 0,01 mm aufweisen. Teilchen ein fest gebundenes Material mit relativ geringer
mit einem Aluminiumanteil von mehr als 30 Ge- Dichte ergab.
wichtsprozent verursachen eine Zerstörung der äußeren 30 Es wurden mehrere Wabenkörper mit unterschied-Hülle
bei der Verarbeitung, während Teilchen mit liehen Abmessungen geprüft. Die Abmessungsn der
einem Aluminiumanteil von weniger als 5 Gewichts- wabenförmigen Zellen betrugen etwa 4 mm, 1,6 mm
prozent keine Hohlkugeln mit nennenswertem Hohl- und 3 mm, die Wanddicken schwankten zwischen
raum ergeben. Bei der Erhitzung von Teilchen der in etwa 0,1 mm und 0,4 mm. Die Wabenkörper b;stan-F
i g. 1 dargestellten Art auf eine Temperatur von 800 35 den aus einem Material folgender Zusammensetzung:
bis 1200°C diffundiert der Aluminiumkern in die 0,08% Kohlenstoff, 22% Chrom, 1,5% Kobalt, 9%
Nickelhülle, wobei sich die Teilchen aufweiten und Molybdän, 0,6% Wolfram, 18,5% Eisen und Nickel
Hohlkugeln der in F i g. 2 dargestellten Art mit einer als Rest mit den üblichen Verunreinigungen. Die
Wandung 14 aus einer Nickel-Aluminium-Legierung verschiedenen Zellgrößen dienten dazu, die Haftfähigentstehen.
Infolge der Aufweitung der Teilchen tritt 4° keit des Füllmaterials in den wabenförmigen Strukeine
Volumenzunahme auf, so daß bei einer Erhitzung türen zu untersuchen.
eines in einer wabenförmigen Zelle angeordneten Das durch die Vereinigung von aus einer Nickel-
Pulvers mit Teilchen der in F i g. 1 dargestellten Art Aluminium-Legierung bestehenden Mikrohohlkugeln
eine innige Verbindung des entstehenden porösen gebildete Füllmaterial ist eine Legierung, die gegen
Körpers mit den Zellenwandungen gewährleistet wird. 45 Oxidation sehr widerstandsfähig ist. Für einige An-Das
in F i g. 3 dargestellte Gasturbinenmantel- wendungsfälle als abschleifbares Dichtungsmaterial in
segment 18 besteht aus einem Wabenkörper mit Gasturbinen, wobei es zweckmäßig war, den Erosionswabenförmigen
Zellen 15, die mit porösen Körpern widerstand der aneinandergebundenen Mikrohohlnach
der Erfindung ausgefüllt sind. Das Mantel- kugeln zu erhöhen, wurden die Leerstellen zwischen
segment umschließt die Turbinenschaufeln, wobei der 50 den Mikrohohlkugeln mit Bindemetall ausgefüllt.
Abstand zwischen den Schaufelspitzen und der Innen- Dies wurde bei verschiedenen Beispielen durch Verflache
16 des Mantelsegmentes zur Erzielung eines mischen des mit Nickel beschichteten Aluminiumhohen Wirkungsgrades so klein bemessen wird, daß pulvers mit Reinaluminium, mit reinem Nickel und
die Schaufelspitzen an der vom porösen Material nach mit zwei Legierungen auf Nickelbasis durchgeführt,
der Erfindung gebildeten Innenfläche 16 schaben. 55 deren Zusammensetzung Tabelle I zeigt.
Dabei tritt kein nennenswerter Verschleiß an den
Turbinenschaufelspitzen auf, da das poröse Material
nach der Erfindung leicht abschabbar ist. Nach einer
anfänglichen Einlaufzeit wird das poröse Material
nach der Erfindung sehr widerstandsfähig gegen Oxi- 60 Beidation und Erosion durch schnellströmende Luft und
heiße Gasströme. Gleichzeitig besitzt es große innere
Festigkeit und haftet gut auf der vom Wabenkörper
gebildeten Unterlage. Zur Verwendung eines geeigneten Bindemetalls kann der Schmelzpunkt des porösen 65
Körpers nach der Erfindung so eingestellt werden,
daß er über der normalen Betriebstemperatur der
Turbine liegt.
Dabei tritt kein nennenswerter Verschleiß an den
Turbinenschaufelspitzen auf, da das poröse Material
nach der Erfindung leicht abschabbar ist. Nach einer
anfänglichen Einlaufzeit wird das poröse Material
nach der Erfindung sehr widerstandsfähig gegen Oxi- 60 Beidation und Erosion durch schnellströmende Luft und
heiße Gasströme. Gleichzeitig besitzt es große innere
Festigkeit und haftet gut auf der vom Wabenkörper
gebildeten Unterlage. Zur Verwendung eines geeigneten Bindemetalls kann der Schmelzpunkt des porösen 65
Körpers nach der Erfindung so eingestellt werden,
daß er über der normalen Betriebstemperatur der
Turbine liegt.
Tabelle I Pulverförmiges Bindemetall (in |
C | Si | %) | B | Mn | Cr |
Bei- Ni Al spiel |
0,03 0,02 |
3,4 2.0 |
Fe | 1.9 | 0,7 | 18,6 |
1 — nur Al 2 Rest — 3 Rest — 4 nur Ni — |
0,4 0,6 |
|||||
Die verschiedenen pulverförmigen Bindemetalle steht daher ein hohles Teilchen, das eine äußere Hülle
wurden mit Anteilen von 5, 10, 13 und 25% dem mit besitzt, die aus der im Beispiel 3 gezeigten Legierung
Nickel beschichteten Aluminiumpulver, das den Rest besteht. Eine größere Materialporosität, oder umgebildete,
beigemischt. Der Kerndurchmesser des mit kehrt eine geringere Materialdichte kann auf diese
Nickel beschichteten Aluminiumpulvers betrug etwa 5 Weise zusammen mit verbesserten Bindungseigenschaf 0,08
mm, und die Nickelhülle war etwa 0,01 mm dick. ten erzielt werden.
Nach einer Behandlung bei einer Temperatur von etwa Ein Schritt zur Vorbereitung offener, wabenförmiger
1040 bis 1090° C während 2 Stunden wurden bei Zu- Ummantelungen von der in den Zeichnungen gezeigten
satz von Aluminiumpulver keine Verbesserungen fest- Art, bei denen das der Erfindung entsprechende
gestellt. Zusätze von Nickel und Legierungen auf io Material angewendet werden sollte, bestand darin,
Nickelbasis ergaben jedoch erhebliche Verbesserungen mit einem Dampf- oder Sandstrahlgebläse alle die
bei allen untersuchten Stoffen und ganz besonders bei Oberfläche verunreinigenden Stoffe zu entfernen. Dann
einer Beimischung von 25 % Bindemetall. wurde die wabenförmige Struktur beispielsweise mit
Bei gekrümmten Ummantelungen war es ein beson- dampfförmigem Trichloräthylen entfettet. Schließlich
deres Problem, die gesamte Pulvermischung während 15 wurde ein Füllmaterial im breiigen Zustand mit dem
der Verarbeitung in den Zellen zu halten. Aus diesem obenerwähnten Pulver-Flüssigkeits-Bindemittel-VerGrunde
wurde eine wäßrige Bindemittellösung, wie sie hältnis von 11:1 in die wabenförmigen Zellen einauch
beim Schleudergießen verwendet wird, benutzt. gebracht und verdichtet, um eine vollständige Füllung
Sie bestand aus einer 2,5 %igen wäßrigen Lösung von jeder einzelnen Zelle sicherzustellen. Dann wurde das
Ammoniumalginat. Das Bindemittel wurde im Ver- 20 Material in Luft etwa 12 Stunden lang oder in einem
hältnis 1:11, d. h. 11 Teile Pulver zu 1 Teil Binde- Ofen bei 7O0C 3 Stunden lang getrocknet,
mittel, verwendet. Es wurde festgestellt, daß die Ver- Über die Oberfläche der Ummantelung können wendung größerer Flüssigkeitsmengen den Brei zu Platten gelegt werden, so daß das sich ausdehnende dünnflüssig werden ließ, wobei Luftblasen an die Füllmaterial während der Bearbeitung in den waben-Oberfläche stiegen. Dadurch bildeten sich Hohlräume 25 förmigen Zellen sicher verbleibt und die Bildung einer an der Oberfläche während des Trockenvorganges. innig gebundenen Struktur gefördert wird. Die ge-Andererseits ergab eine Mischung mit einem Pulver- füllten Ummantelungssegmente wurden dann bei etwa Bindemittel-Verhältnis von weniger als 11:1 ein zu 1090° C in einem Ofen mit Wasserstoff atmosphäre trockenes Material, das nur unter Schwierigkeiten erhitzt. Der Taupunkt lag bei etwa minus 310C. Um genügend gemischt werden konnte und sich nicht 30 eine zu rasche Reaktion zwischen dem Aluminium leicht in die wabenförmige Struktur einbringen ließ. und dem Beschichtungsmaterial Nickel zu vermeiden, Das Einspachteln der richtigen Pulver-Bindemittel- wurde die Erwärmung gesteuert. Beispielsweise wurde Mischung in die wabenförmigen Zellen beeinflußte die in einem Erwärmungszyklus von 5 Minuten auf etwa Bindungseigenschaften nicht nachteilig. Durch die 76O0C, dann in 10 Minuten auf etwa 9300C und Mischung wurde ein Material gewonnen, das sich in 35 schließlich in 20 Minuten auf etwa 10900C erhitzt, den wabenförmigen Zellen auch beim Umdrehen nicht Das Ummantelungselement wurde 15 bis 90 Minuten verlagerte. auf einer Temperatur von 1090° C gehalten, je nachWenn auch Bindemetalle der in den Beispielen 2 dem welcher Grad von Abschabbarkeit für das End- und 3 in Tabelle I gezeigten Art beigegeben werden produkt gewünscht wird. Dann wurde das Ummantekönnen, so wird dadurch jedoch die Betriebstempera- 40 lungsteil abgekühlt und aus dem Ofen genommen,
tür des entstehenden Füllmaterials auf die maximale Nach dieser Bearbeitung wurden etwa benutzte Betriebstemperatur dieser Legierungen, die bei etwa Abdeckplatten entfernt und die Oberfläche der Um-760 bis 9800C liegt, begrenzt. Das Füllmaterial sollte mantelungssegmente überarbeitet, um rauhe Stellen daher nur mit einem Bindemetallzusatz verwendet zu glätten und das Teil für Testversuche vorzubereiten, werden, der so gewählt ist, daß er mit dem mit Nickel 45 Die zur Bewertung durchgeführten Tests bestanden in beschichteten Aluminiumpulver und mit dem Zellen- Untersuchungen über das Verhalten bei statischer und material verträglich ist und eine für den beabsichtigten dynamischer Oxidation, nämlich der Erosion bei Verwendungszweck genügend hohe Betriebstempera- Raumtemperatur und der Abschleifbarkeit und Dichte tür besitzt. bei etwa 98O0C. Vor der Durchführung der Unter-Da die Betriebstemperatur der im Beispiel 3 gezeig- 50 suchungen wurde das Gewicht jedes Ummantelungsten Legierung bei etwa 980°C liegt, wurde diese Le- Segmentes auf 0,01 Gramm genau bestimmt,
gierung mit Gewichtsanteilen von 5, 10, 15 und 25 % Bevorzugte Mischungen von pulverförmigen Stoffen, in Mischungen mit dem mit Nickel beschichteten die im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden Aluminiumpulver benutzt und eine Stunde lang bei können und oben als Füllmaterial für Ummantelungsetwa 1090° C bearbeitet. Das im Handel erhältliche, 55 segmente beschrieben wurden, zeigt die folgende mit Nickel beschichtete Aluminiumpulver hat im all- Tabelle II.
gemeinen einen Teilchendurchmesser von 0,05 bis
0,09 mm. Es werden daher pulverförmige Bindemetalle Tabelle II
bevorzugt, die einen Teilchendurchmesser von unter Mischungen aus pulverförmigen Stoffen (in %)
mittel, verwendet. Es wurde festgestellt, daß die Ver- Über die Oberfläche der Ummantelung können wendung größerer Flüssigkeitsmengen den Brei zu Platten gelegt werden, so daß das sich ausdehnende dünnflüssig werden ließ, wobei Luftblasen an die Füllmaterial während der Bearbeitung in den waben-Oberfläche stiegen. Dadurch bildeten sich Hohlräume 25 förmigen Zellen sicher verbleibt und die Bildung einer an der Oberfläche während des Trockenvorganges. innig gebundenen Struktur gefördert wird. Die ge-Andererseits ergab eine Mischung mit einem Pulver- füllten Ummantelungssegmente wurden dann bei etwa Bindemittel-Verhältnis von weniger als 11:1 ein zu 1090° C in einem Ofen mit Wasserstoff atmosphäre trockenes Material, das nur unter Schwierigkeiten erhitzt. Der Taupunkt lag bei etwa minus 310C. Um genügend gemischt werden konnte und sich nicht 30 eine zu rasche Reaktion zwischen dem Aluminium leicht in die wabenförmige Struktur einbringen ließ. und dem Beschichtungsmaterial Nickel zu vermeiden, Das Einspachteln der richtigen Pulver-Bindemittel- wurde die Erwärmung gesteuert. Beispielsweise wurde Mischung in die wabenförmigen Zellen beeinflußte die in einem Erwärmungszyklus von 5 Minuten auf etwa Bindungseigenschaften nicht nachteilig. Durch die 76O0C, dann in 10 Minuten auf etwa 9300C und Mischung wurde ein Material gewonnen, das sich in 35 schließlich in 20 Minuten auf etwa 10900C erhitzt, den wabenförmigen Zellen auch beim Umdrehen nicht Das Ummantelungselement wurde 15 bis 90 Minuten verlagerte. auf einer Temperatur von 1090° C gehalten, je nachWenn auch Bindemetalle der in den Beispielen 2 dem welcher Grad von Abschabbarkeit für das End- und 3 in Tabelle I gezeigten Art beigegeben werden produkt gewünscht wird. Dann wurde das Ummantekönnen, so wird dadurch jedoch die Betriebstempera- 40 lungsteil abgekühlt und aus dem Ofen genommen,
tür des entstehenden Füllmaterials auf die maximale Nach dieser Bearbeitung wurden etwa benutzte Betriebstemperatur dieser Legierungen, die bei etwa Abdeckplatten entfernt und die Oberfläche der Um-760 bis 9800C liegt, begrenzt. Das Füllmaterial sollte mantelungssegmente überarbeitet, um rauhe Stellen daher nur mit einem Bindemetallzusatz verwendet zu glätten und das Teil für Testversuche vorzubereiten, werden, der so gewählt ist, daß er mit dem mit Nickel 45 Die zur Bewertung durchgeführten Tests bestanden in beschichteten Aluminiumpulver und mit dem Zellen- Untersuchungen über das Verhalten bei statischer und material verträglich ist und eine für den beabsichtigten dynamischer Oxidation, nämlich der Erosion bei Verwendungszweck genügend hohe Betriebstempera- Raumtemperatur und der Abschleifbarkeit und Dichte tür besitzt. bei etwa 98O0C. Vor der Durchführung der Unter-Da die Betriebstemperatur der im Beispiel 3 gezeig- 50 suchungen wurde das Gewicht jedes Ummantelungsten Legierung bei etwa 980°C liegt, wurde diese Le- Segmentes auf 0,01 Gramm genau bestimmt,
gierung mit Gewichtsanteilen von 5, 10, 15 und 25 % Bevorzugte Mischungen von pulverförmigen Stoffen, in Mischungen mit dem mit Nickel beschichteten die im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden Aluminiumpulver benutzt und eine Stunde lang bei können und oben als Füllmaterial für Ummantelungsetwa 1090° C bearbeitet. Das im Handel erhältliche, 55 segmente beschrieben wurden, zeigt die folgende mit Nickel beschichtete Aluminiumpulver hat im all- Tabelle II.
gemeinen einen Teilchendurchmesser von 0,05 bis
0,09 mm. Es werden daher pulverförmige Bindemetalle Tabelle II
bevorzugt, die einen Teilchendurchmesser von unter Mischungen aus pulverförmigen Stoffen (in %)
0,04 mm besitzen, um eine entsprechende Auffüllung 60
der Leerstellen zwischen den mit Nickel beschichteten, Beispiel Ni-beschichtetes Rest
pulverförmigen Aluminiumteilchen während des Mi- ^!
schens der noch nicht miteinander zur Reaktion gebrachten pulverförmigen Stoffe zu erreichen. Wird die
Legierung des Beispiels 3 mit der pulverförmigen Le- 65 6
gierung von Beispiel 7 in Tabelle II gemischt und
verarbeitet, so beschichtet die Legierung die pulver- 7 förmige Legierung. Während der Verarbeitung ent-
75 | 25 Nickel |
75 | 25 (Zusammensetzung |
gemäß Beispiel 2) | |
75 | 25 (Zusammensetzung |
gemäß Beispiel 3) |
Die Ergebnisse der Oxidationsuntersuchungen der obengenannten, probeweise verwendeten Ummantelungssegmente
wurden mit verschiedenen im Handel erhältlichen Stoffen verglichen, die als Turbinenmantelstoffe
Verwendung finden. Untersuchungen über statische Oxidation wurden 100 und 200 Stunden lang
bei einer Temperatur von etwa 980° C an mit Nickel und Kupfer gefüllten Drahtgittern und mit gesintertem
Nickel durchgeführt. Einige Ergebnisse dieser Oxidationsuntersuchungen sind in der folgenden Tabelle
Uli zusammengefaßt.
Material Durchschnittliche
Zunahme des
Nettogewichts (%)a)
Nettogewichts (%)a)
Ni-gefülltes Drahtgitter 6,4
Cu-gefülltes Drahtgitter 27,8b)
Ni-Sinterkörper 15,9
Nach Beispiel 5 gefülltes Wabensegment 2,7
Nach Beispiel 6 gefülltes Wabensegment 3,5
Nach Beispiel 7 gefülltes Wabensegment 3,9
a) Gesamte Zunahme einschließlich Füllmaterial.
b) Abschuppend und stark verzogen.
Von den im Handel erhältlichen, abschabbaren Stoffen schien das gesinterte Nickelpulver die besten
Eigenschaften zu haben, weil das gebildete Nickeloxid (NiO) sehr gut haftete und sehr hart war. Die Zunahme
an Härte machte diesen Stoff als abschabbares Material jedoch ungeeignet. Aus der Tabelle III ist
ohne weiteres zu ersehen, daß das der Erfindung entsprechende Füllmaterial gemäß den Beispielen 5, 6
und 7 eine sehr viel größere Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation besitzt als die anderen untersuchten
Stoffe.
Die in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Ummantelungssegmente
wurden auch in zwei dynamischen Oxidationstests A und B untersucht. Beim Tests A
wurden die Prüfkörper in einem Flammentunnel 4 Stunden lang bei etwa 98O0C gehalten, wobei dieser
Vorgang alle 30 Minuten durch eine Abkühlung auf etwa 5000C unterbrochen wurde. Daran schloß sich
eine 38stündige Wärmebehandlung bei etwa 10900C an. Beim Test B wurde ein anderer Satz von Prüfkörpern
50 Stunden lang auf einer Temperatur von etwa 9800C gehalten und regelmäßig alle 30 Minuten
auf etwa 5000C abgekühlt. Die Gewichtszunahme der Prüfkörper bei diesen Untersuchungen zeigt die folgende
Tabelle IV.
Gewichtszunahme nach dynamischer Oxidation (in %)
Füllmaterial
Test A
Test B
Beispiel 5 | 4,8 | 2,9 |
Beispiel 6 | 5,0 | 3,1 |
Beispiel 7 | 4,7 | 3,5 |
Aus diesen Tests geht klar hervor, daß die mit dem erfindungsgemäßen Material gefüllte wabenförmige
Struktur sehr viel oxidationsfester ist als die anderen im Handel erhältlichen und geprüften Stoffe, und
zwar ganz besonders dann, wenn zusätzlich Bindemetall verwendet wird.
Eine der wesentlichsten Eigenschaften eines abschabbaren
Füllmaterials, das für einen Turbinenmantel verwendet werden soll, ist seine Fähigkeit,
dem Erosionsstrom heißer Gase zu widerstehen. Um festzustellen, wie sich die Erosionseigenschaften des
ίο der Erfindung entsprechenden Materials im Vergleich
zu den anderen im Handel erhältlichen Stoffen verhalten, wurden Erosionstests in einem Temperaturbereich
durchgeführt, der von Raumtemperatur bis zu etwa 980° C reichte. Die Prüfkörper wurden auf einer
Scheibe befestigt, die sich mit einer Geschwindigkeit zwischen 200 und 450 U/min in einem Flammentunnel
drehte. Abschleifende Teilchen wurden in den Flammentunnel von einer Düse aus eingeführt, die etwa
5 cm von den Prüfkörpern entfernt war. Das Schmirgeiao mittel bestand aus etwa 50 μπι großen Aluminiumoxidteilchen,
die mit einem Durchsatz von 8 Gramm pro Minute und mit einem Druck von etwa 6 Atmosphären
eingeführt wurden.
Die Ergebnisse eines solchen Erosionstests bei hoher Temperatur können nur durch eine visuelle Betrachtung des Umfangs und der Tiefe der Erosionserscheinungen beurteilt werden. Die Bestimmung von Gewichtsänderungen liefert keine Aussage, weil die Prüfkörper verschieden schnell oxidieren. Ein Vergleich des der Erfindung entsprechenden Materials mit den anderen obenerwähnten, im Handel erhältlichen Stoffen zeigte jedoch, daß die Mischung gemäß Beispiel 7 in Tabelle II am besten, die Mischung gemäß Beispiel 5 am zweitbesten und die Mischung gemäß Beispiel 6 am drittbesten war. Alle diese Mischungen waren besser als die im Handel erhältlichen und untersuchten Stoffe.
Die Ergebnisse eines solchen Erosionstests bei hoher Temperatur können nur durch eine visuelle Betrachtung des Umfangs und der Tiefe der Erosionserscheinungen beurteilt werden. Die Bestimmung von Gewichtsänderungen liefert keine Aussage, weil die Prüfkörper verschieden schnell oxidieren. Ein Vergleich des der Erfindung entsprechenden Materials mit den anderen obenerwähnten, im Handel erhältlichen Stoffen zeigte jedoch, daß die Mischung gemäß Beispiel 7 in Tabelle II am besten, die Mischung gemäß Beispiel 5 am zweitbesten und die Mischung gemäß Beispiel 6 am drittbesten war. Alle diese Mischungen waren besser als die im Handel erhältlichen und untersuchten Stoffe.
Zur Untersuchung der Abschabeeigenschaften wurden Proben offener wabenförmiger Strukturen aus der
obenerwähnten Legierung, die mit dem der Erfindung entsprechenden Material ausgefüllt waren, folgenden
Abriebtests unterworfen. Beim ersten Test wurde als Abriebkörper eine aus rostfreiem Stahl bestehende
Labyrinthdichtung an dem der Erfindung entsprechenden zellenförmig aufgebauten Material gerieben. Die
Dichtung wurde auch in das Material eingedrückt und dann zur Seite bewegt, um die Abschabeigenschaften,
den Verschleiß oder die Materialaufnahme festzustellen. Beim zweiten Test wurde als Abriebkörper
ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Laufrad, das mit nachgebildeten Kompressorschaufeln versehen war,
an dem der Erfindung entsprechenden Material gerieben. Es zeigte sich, daß das der Erfindung entsprechende
Material vorzügliche Abschabeigenschaften besaß und von den Abriebkörpern kein Material
aufnahm.
5 bis 35% pulverförmiges Bindemetall können mit mit Nickel beschichtetem, pulverförmigem Aluminium
gemischt werden, um ein gut gebundenes, der Erfindung entsprechendes Material herzustellen. Vorzugsweise
werden jedoch etwa 25 % Bindemetall verwendet, weil dadurch gleichmäßig gute Werte hinsichtlich der
Abschabeigenschaften, der Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und der Erosionsfestigkeit erzielt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609512/171
Claims (5)
1. Poröser Körper hoher Festigkeit aus mitein- Die bisher bekannten porösen Körper aus miteinander
verbundenen metallischen Mikrohohlkugeln, 5 ander verbundenen metallischen Mikrohohlkugeln
dadurch gekennzeichnet, daß jede sind verhältnismäßig kostspielig, weil die Herstellung
dieser Mikrohohlkugeln aus Legierungen auf der der als Ausgangsmaterial eingesetzten Mikrohohl-Basis
von Eisen, Nickel oder Kobalt mit min- kugeln außerordentlich aufwendig ist. Weiterhin treten
destens einem Legierungselement, nämlich Alu- beim Zusammensintern oder Zusammenlöten der
minium mit einem Anteil von 5 bis 30%, besteht. io Mikrohohlkugeln zu einem Formkörper Schwund-
2. Poröser Körper nach Anspruch 1, dadurch erscheinungen auf, so daß die Verankerung der aus
gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkugeln mit- metallischen Mikrohohlkugeln bestehenden porösen
einander mit Nickel, Kupfer oder Silber oder Körper auf einer Unterlage, insbesondere in einer
Legierungen mit wenigstens einem dieser Metalle Unterlage mit Wabenstruktur, Schwierigkeiten bereitet,
verbunden sind und dieses Bindemetall mit 5 bis 15 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
35% des Gesamtgewichts des Körpers vorliegt. einen aus miteinander verbundenen metallischen
3. Verfahren zur Herstellung poröser Körper Mikrohohlkugeln bestehenden porösen Körper zu
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schaffen, der in einfacher Weise hergestellt und auf
kugelförmige Teilchen mit einem Kern aus Alu- einer Unterlage verankert werden kann sowie leicht
minium, das 5 bis 30% des Gesamtgewichts der 20 verschleißbar ist und eine gute Beständigkeit gegen
Teilchen ausmacht, und mit einer Hülle aus Eisen, Oxidation und Erosion durch heiße und schnell-Nickel
oder Kobalt oder deren Legierungen so strömende Gase aufweist und daher vorteilhaft zu
lange auf Temperaturen von 800 bis 12000C erhitzt Abdichtzwecken in Gasturbinen eingesetzt werden
werden, bis alle Aluminiumkerne in das Hüllen- kann.
metall diffundiert sind. 25 Gelöst wird diese Aufgabe durch einen porösen
4. Verfahren zur Herstellung poröser Körper Körper hoher Festigkeit aus miteinander verbundenen
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß metallischen Mikrohohlkugeln, der erfindungsgemäß
kugelförmige Teilchen mit einem Kern aus Alu- dadurch gekennzeichnet ist, daß jede dieser Mikrominium
und einer Hülle aus Eisen, Nickel oder hohlkugeln aus Legierungen auf der Basis von Eisen,
Kobalt oder deren Legierungen mit dem Pulver 30 Nickel oder Kobalt mit mindestens einem Legierungsdes
Bindemetalls vermischt werden und die Mi- element, nämlich Aluminium mit einem Anteil von
schung in nichtoxidierender Atmosphäre so lange 5 bis 30%, besteht.
auf Temperaturen von 800 bis 12000C erhitzt Ein derartiger poröser Körper läßt sich erfindungs-
wird, bis alle Aluminiumkerne in das Hüllenmetall gemäß in einfacher Weise dadurch herstellen, daß
diffundiert und die Mikrohohlkugeln durch das 35 kugelförmige Teilchen mit einem Kern aus Aluminium,
Bindemetall miteinander verbunden sind. das 5 bis 30 % des Gesamtgewichts der Teilchen aus-
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die macht, und mit einer Hülle aus Eisen, Nickel oder
Mischung aus kugelförmigen Teilchen und Binde- Kobalt oder deren Legierungen so lange auf eine
metallpulver vor dem Erhitzen auf eine gekrümmte Temperatur von 800 bis 12000C erhitzt werden, bis
Unterlage aufgebracht wird, dadurch gekennzeich- 4° alle Aluminiumkerne in das Hüllenmaterial diffundiert
net, daß der Mischung vor dem Aufbringen ein sind. Der dabei entstehende Körper aus miteinander
Bindemittel in Form einer 2,5%igen wäßrigen verbundenen Mikrohohlkugeln aus mit Aluminium
Lösung von Ammoniumalginat in einem Verhält- legiertem Hüllenmaterial ist leicht abschabbar, besitzt
nis von 1 Teil Bindemittel pro 11 Teile Mischung eine gute Beständigkeit gegen Oxidation und Erosion
zugesetzt wird. 45 durch heiße und schnellströmende Gase und schrumpft
kaum, wenn er auf verhältnismäßig hohe Temperatu-
ren erhitzt wird.
- Zweckmäßigerweise sind beim porösen Körper nach der Erfindung die Mikrohohlkugeln miteinander mit
Die Erfindung bezieht sich auf einen porösen Körper 50 Nickel, Kupfer oder Silber oder Legierungen mit
hoher Festigkeit aus miteinander verbundenen metal- wenigstens einem dieser Metalle verbunden, wobei
lischen Mikrohohlkugeln sowie auf Verfahren zur dieses Bindemetall mit 5 bis 35 % des Gesamtgewichts
Herstellung eines derartigen Körpers. des Körpers vorliegt. Zur Herstellung eines derart
Aus der US-PS 32 64 073 sind bereits poröse Körper gebundenen Körpers werden kugelförmige Teilchen
aus miteinander verbundenen Mikrohohlkugeln be- 55 mit einem Kern aus Aluminium, das 5 bis 30% des
kannt, die aus Wolfram bestehen und durch Sintern Gesamtgewichts der Teilchen ausmacht, und mit einer
direkt miteinander oder über ein Bindemetall aus Hülle aus Eisen, Nickel oder Kobalt oder deren Le-Wolfram
miteinander verbunden sind. Zur Herstellung gierungen mit dem Pulver des Bindemetalls vermischt,
der Mikrohohlkugeln aus Wolfram werden aus Phenol- und die Mischung wird in nichtoxidierender Atmoharz
bestehende Hohlkugeln carbonisiert und die da- 60 Sphäre so lange auf Temperaturen von 800 bis 12000C
durch gebildeten Hohlkugeln aus Kohlenstoff mit erhitzt, bis alle Aluminiumkerne in das Hüllenmetall
einem Wolframüberzug versehen. Der 'Kohlenstoff diffundiert und die Mikrohohlkugeln durch das Bindewird
dann durch eine Wärmebehandlung unter Wasser- metall miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen
stoff bei einer Temperatur von mindestens 135O0C Verfahrensweise tritt im Gegensatz zu den bekannten
entfernt. 65 pulvermetallurgischen Verfahren keine Schrumpfung
Aus der US-PS 31 35 044 ist es bereits bekannt, aus des porösen Körpers auf, so daß die Verankerung des
metallischen Mikrohohlkugeln, die durch Aufbringen porösen Körpers in wabenartigen Hohlräumen einer
eines Metallüberzuges auf einen Kern und anschlie- Unterlage keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Der vom
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US606656A US3342563A (en) | 1967-01-03 | 1967-01-03 | Cellular material and method for making |
US60665667 | 1967-01-03 | ||
DEG0050901 | 1967-08-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1608149A1 DE1608149A1 (de) | 1970-11-05 |
DE1608149B2 DE1608149B2 (de) | 1976-03-18 |
DE1608149C3 true DE1608149C3 (de) | 1976-11-04 |
Family
ID=
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