DE1621204C - Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit von Chromschutzschichten auf Metallen bei hohen Temperaturen in stickstoffhaltiger Atomsphäre - Google Patents

Description

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Die Frfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit von Oironischuuschichien auf Metallen, die hei hoher Temperatur in stickstoffhalliger Atmosphäre verwendet werden,.

Ik-kannt sind Schutzschichten auf warmfesten Stählen und Legierungen, die bei Temperaturen über (>()() C verwendet werden. Diese Schutzschichten haben die Aufgabe, die Wirkung korrosiver Angriffe auf den Grundwerkstoff, beispielsweise Jurch Schwefei oder Ölasehen, zu verlangsamen.

I"s lassen sieh drei Gruppen von Schutzschichten unterscheiden: Die eine umfalk besonders korrosionsfeste Legierungen oder Metalle, /. LJ. reines Chrom, die als Schichten auf den Grundwerkstoff aufgebracht und mit diesem durch Diffusionsglühung fest verhunden werden. Zur zweiten Gruppe gehören jene Schutzschichten, die durch Anreicherung der Oberflache des /u schützenden Grundwerkstoffes durch korrosinnshcmniiMide Metalle wie z. B. Chrom und oder Aluminium gebildet werden. — Endlich ist 1in1.l1 die Herstellung von Legierungen zu nennen, die als Schutzschicht oder Plattierung verwendet werden. Zu diesem Zwecke werden abwechselnd dünne Schichten der einzelnen, die legierung bildenden Meialle, win denen meistens das eine (brom ist, auf den Grundwerkstoff aufgebracht und das Ganze derart geglüht, dall durch Diftusion eine homogene Legierung entsteht, die mit dem zu schützenden Metall fest verbunden ist.

Keines Chrom als Schutzschicht weist einen sehr hohen Korrosionswidcrstund auf, ti. h., es wird von Sauerstoff und Schwefel nur sehr langsam angegriffen Is hat jedoch den Nachteil, hei hoher Temperaiur leicht Stickstoff aufzunehmen und sich mit diesein zu verbinden. Die so entstehende: Chroni-Sticksloff-Verhindiing ist sehr spröde, was ein Aufreißen der Chromschicht durch Temperalurwechsel zur Folge haben kann und damit korrosive Angriffe auf den Grundwerkstoff ermöglicht.

\n Chrom angereicherte Oberflächen von Metal- 4» len sind wesentlich beständiger geuen Stickstoffaufnahme, haben aber eine geringere Korrosionsh->t.indigkeil als reines du Uli. Diese kleinere licst.indiükeii uegcn korrosive Medien wie Sauerstoff und Sehv. cfv.-l. besonders muh läm'erci Vei weiulungs-'(■it. 1,1 d,ir,Ulf zurückzuführen, daß das ( hroin an dei < >bei Π,ιν,Ικ¹ owdierl. d h . I0111 zu si blitzenden MeIaII entzogen wird. Wählend einiget /eil kann es au. -: 1l-iii Metall durch Diffusion an die ()bci fläche nav luvliefen weiden, da aber dun h den Anreiche- ν 111 ii!^r -.v 1 ii !',ins! da.s (brom haiipt >,u liliv Ii ,111 dei Oberlläi In¹ konzentriert i-.t uiul n.u h innen ein starke, ( iil ill ■ 1.1· Ii hl. lsi ..Ifi \ On,il bald erschöpft und der < In -'iii.'i hall in tier (>l«-i ll.i- In η .ι Im lit .-.ο viilünnt. dall Im ill·· V Iniiz'.virl.iing : r.-n hoiiosioii ni'.lir Iu ·,.-, M< hl und 1Ι1Ί W t:i kstoli -,ei/ui i|f| I

Ähnlich verhüll es sich hei chromhaltigen I i:gicrungen als .Schutzschichten. Der Vorgang der Nachlieferung von Chrom an die Oberfläche ist der gleiche, doch ist im allgemeinen tier Vorrat an Chrom fi» etwas (.'roller, so daß es länger daueri, bis die I.egierung au der Oberfläche so weil an Chrom verarmt i.sl, daß sie naht mehr korrosionsbeständig ist und daher verzundert. HsI die Vciziinderung so weit fortgeschritten, daß wieder chronirc'u.hen· Schichten nn der Oberlläche liegen, beginnt tier Vorgang aufs neue.

lier F.tfindung liegi die Aufgabe zugrunde, bei r'luiiiimtliiilzschielitcii die Aufnahme von Stickstoff bei hohen Temperaturen zu verhindern oder zumindest stark zu verlangsamen. Frfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf die Chromschichl eine Deckschicht aus einem Metall aufgebracht wird, das zu Stickstoff eine kleinere Affinität als Chrom hat und in welchem Chrom löslich ist, worauf das Ganze bei einer Temperatur von über 1000 ' C so lange in neutraler Atmosphäre einer Diffiisionsglühung unterzogen wird, bis der Diffusionsweg des Chroms in die Deckschicht mindestens 0,01 mm betrügt.

Auf die gegen Sauerstoff und Schwefel sehr korrusionsbeständige Chromschichl wird eine dünne Deckschicht aufgebracht, die an sich überhaupt keinen Korrosionsschutz bietet. Als Deckschicht eignen sich vorzugsweise unlegiertes Risen, aber auch andere Metalle, wie ζ. Π. Nickel oder Kobalt. Voraussetzung für die Anwendbarkeit ist, daß das als Deckschicht dienende Metall eine kleinere Affinität zu Stickstoff hat al* Chrom, weil es sonst eben.10 rasch oder noch rascher angegriffen wird, lerner muß das Chrom darin löslich sein, damit es bei der Diffusionsglühung in die Deckschicht hineinwundern kann. Die Aufbringung der Deckschicht kann z. H. galvanisch, durch Flammspritzen oiler durch ein lauclnerfahreii erfolgen. Fs genügt eine Schichtdicke \on u,()l bis 0.05 mm.

Anschließend wild das /u schützende Metall oder Werkstück einer Diffusionsglühung in neutraler Atmosphäre, beispielsweise in Wasserstoff oder in Argon, unterzogen Glühtemperatur und -dauer sind dabei so zu wühlen, daß der Diffusionsvveg des Chroms in die Deckschicht nicht zu klein isi Die einzuhaltenden Werte hangen vom Material der Deckschicht ab. wobei zu beachten ist. daß höhere Glühtcmperatur den l)iffusionsvorg:mg beschleunigt. LJm genügend wirksam zu sein, ist die Diffusioiisglühung bei einer leinperatur von ülx:r K)(KI ( durchzuführen. Andererseits darf sie nicht zu lange ausgedehnt werden oder bei zu hoher Ieniperalur erfolgen, denn es soll sich keine nahezu homogene Legierung bilden, Mindern es muß eine Chromschicht verbleihen und .in staikes Chrnmgefälk' in der Deckschicht enlstfhcM. d.h. eine Schicht mit einem innen hohen und außen niedrigen <'hroingelialt. fine Glühdauer von einer halben Stunde- ist als Minimum anzuseilen

Fs genügt. Ίι· .inivgi Ivncn < uer.'.weilt: zu boiiii ksichtigen und ■ 1 1 nulii iiol-.-,ι iiilii:. genauere Weile fur nie DkL-<lri ' irenz ■ hu iil und fiii die I cnipira-Iur 11 ml Hau.¹, tier I liifii n m .'liilnnn: einzuhalten, was einen 'Λ·· -,enllii hai \''»r 1 < -ι I dt··, eriiiitluiii' -,-ivmallen N ViIaIi: --n , hui: ui>. I W 1. hiii: ist die Sih-iffling iiik's si.nl ·ιι ί 11 f ■ ■ ti t :'<-! .11 ■ von innen n.iv h aiil'i 11 Ist la , < Inoin n> Ii in i-^; ''■ ziu nhetfla. Ii.· dei I ·■ - !■ . ■ 111 · 111 1ιΓΓ<ιιι· Ii M ■ ι /iiiiilci η Ινι In

belli- Im,ihm-¹ in koit,..i..i \inio-.ph.ire uiiil bei hoha leiupMaiui dj,- ,ιηΙΊ nh · ΐυ I- 11 tbiomtiirn sowie die nachfolgenden ihiouiarmcn Schichten und Maliern ab, his eine Schicht außen zu liegen kommt, die durch ihren Chronigehall genügend korrosionsfest ist. Damit die Dei kschiiht durch diesen automatisch ablaufenden Vorgang nicht zu dünn wird, ist es nolwendig, die Diffusionsglühung so /w führen, daß der Diffusionsweg des Chroms in die Deckschicht mimic· slensO.Ol mm beträgt

Wie sich in der Praxis gczeigl hai. ist der verbleibende Teil der Deckschicht beständig und bleibt auch lici langen Hctriebs/citen erhalten. Hei der

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Untersuchung von Schnitten gleichartiger, nach dem erfindungsgemäßen Verfuhren behandelter Gasturbinenschuufeln einmal nach 5(X) und einmal nach 26 000 Betriebsstunden mit einer ülektro-Mikro-Sonde konnte festgestellt werden, daß in beiden Fällen an der Oberfläche ein Chromgehall von etwa 30% vorhanden war, der nach innen bis zu 100¹Vu (in der reinen Chromschieht) zunahm. Das beweist, daß in der Deckschicht das Chromgefälle von innen nach außen erhalten bleibt und sich auch bei langer Betriebszeil keine homogene Legierung bildet.

Nach dem beschriebenen Verfahren wird die Chromschiclu durch die Deckschicht vor der Stiekstoffaufnahnie geschützt. Die — gegebenenfalls nach einer Abzunderung gebildete — Oberflächenschicht unterliegt nicht dem üblichen Korrosiionsmechanismus — Oxydation des Chroms an der Oberfläche, Nachwanderung von Chrom zur Oberfläche, Ch rom verarmung ti·'·: Oberflächenschicht, Ver/underung-■■, da die darunterliegende Chromschiclu ein genügendes Chromre.servoir bildet. Durch die billige und verhältnismäßig einfach herzustellende Deckschicht kann die Haltbarkeit einer Chromschul/schichl ganz wesentlich verbessert werden. Eine Verwendung bei Temperaturen über 750 C oder während stark verlängerter Dauer wird möglich, ohne dall die Schutzschicht durch Siickstoffaufnahme spröde und rissig wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit von Chronischutzschiehlen auf Metallen, die hei hohen Temperaturen in stickstoffhaltiger Aimo-

ίο Sphäre verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Chromschichl eine Deckschicht aus einem Metall aufgebracht wird, das zu Stickstoff eine kleinere Affinität als Chrom hat und in welchem Chrom löslich ist, worauf das Ganze bei einer Temperatur von über 1000 ' C so lange in neutraler Atmosphäre einer Diffusionsglühung unterzogen wird, bis der Diffusionsweg des Chroms in die Deckschicht mindestens 0,01 mm beträgt.

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2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß unlegiertes Hisen al-, Deckschicht auf die Chromschieht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß Nickel als Deckschicht auf die Chromschichl aufgebracht wird.