DE1621411C - Verfahren zur Herstellung eines oxy dationsbestandigen Keramikuberzugs auf Tan tal oder Tantallegierungen - Google Patents

Description

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Tantal und Tantallegierungen haben bei sehr hohen Auf das Blech wurde dann durch ein Schlamm-Temperaturen eine beträchtliche Festigkeit. Außerdem verfahren eine untere hafniumhaltige Schicht aufgesind ihre Kriecheigenschaften innerhalb des Tempera- bracht. Bei diesem Verfahren enthielt das Hafniumturbereichs von 1200 bis 1800⁰C besonders interessant. pulver 20 bis 30 Gewichtsprozent Tantal; seine Korn-Infolgedessen werden Tantal und Tantallegierungen 5 größe betrug weniger als 30 μ. Das Hafniumpulver häufig bei Gasturbinen und Düsentriebwerken ver- wurde zunächst auf stromlosem Wege mit einem wendet. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie in Luft Nickelbelag von etwa 1 Gewichtsprozent versehen, bei hohen Temperaturen sehr rasch oxydieren. Es Nach dem Aufbringen des Hafniumpulvers wurde das wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, um Blech im Vakuum bei etwa 1300° C gebrannt. Das Nickel die Oxydationsgeschwindigkeit bei diesen hohen io bildete bei dieser Temperatur mit dem Hafnium eine Temperaturen zu verringern. Diese Versuche bestanden flüssige Phase und unterstützt so die Sinterung und z. B. darin, bestimmte Legierungselemente zuzusetzen. die Haftung des Hafniumbelages. Auf diese Weise Jedoch war der hierdurch erreichte Erfolg sehr gering, wurde auf den Probestücken eine hafniumreiche Unterweshalb man dazu überging, verschiedene oxydations- schicht einer Stärke von 0,13 bis 0,25 mm erzeugt, beständige Beläge auf Tantal und Tantallegierungen 15 welche als zweite Oxydationsschutzschicht wirkten, aufzubringen. wenn die noch zu beschreibenden weiteren Schichten

Ein bekannter Belag basiert auf der Verwendung ausfielen.

von Aluminiden. Jedoch hat sich dieser bei hohen Die Proben wurden dann leicht dampf gestrahlt und

Gasgeschwindigkeiten, wie sie bei Gasturbinen oder hierauf mit einer Zwischenschicht von Hafniumoxid

Düsentriebwerken auftreten, als unstabil erwiesen. 20 versehen, indem die Unterschicht etwa 30 Minuten

Eine weitere bekannte Belagtype beruht auf der Ver- lang in Luft bei 1200⁰C oxydiert wurde,

wendung von Disiliciden, jedoch hat sich herausge- Die Belagbehandlung wurde dann fortgesetzt durch

stellt, daß diese Beläge einer stark erhöhten Oxyda- Aufsprühen einer Suspension eines siliciumhaltigen

tionsgeschwindigkeit bei mittleren Temperaturen Glasurpulvers in einer Wasser/Aceton-Mischung. Das

unterliegen. 25 hier verwendete Glasurpulver war ein übliches Pxilver

Es ist auch bekannt, keramische Beläge zur Ver- zur Herstellung einer Mattglasur und hatte die

ringerung der Oxydation von Tantal und Tantal- folgende Zusammensetzung:
legierungen bei hohen Temperaturen aufzubringen.

Um eine gute Haftung von Keramikbelägen auf SiO₂ 62,1 %

Tantal und Tantallegierungen zu erzielen, ist es jedoch 3° Al₂O₃ 23,4%

nötig, den Keramikbelag mit dem Tantal bzw. der MgO 1>5%

Tantallegierung mittels einer Unterschicht zu veran- MnO 1,1 °/o

kern. Eine solche bekannte Unterschicht besteht aus CaO 2,0 %

Silicium und Tantal. Die Oxydationsbeständigkeit Fe₂O₃ 0,3 %

einer derart verankerten Keramikschicht läßt aber 35 K₂O 3,7%

noch zu wünschen übrig. Na₂O 1,1 %

Es wurde nunmehr festgestellt, daß durch die flüchtige Bestandteile 4,8%

Verwendung einer Keramikschicht und einer Unterschicht aus Hafnium, welches 20 bis 30 Gewichts- Die so hergestellte siliciumhaltige Glasurschicht prozent Tantal enthält, eine ausgezeichnete Oxyda- 40 wurde in Luft 15 Minuten lang bei 1450 bis 1600⁰C tionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erzielt gebrannt,
werden kann. Der Belag wurde durch Aufbringen einer weiteren

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren Suspension der gleichen Glasur, der noch 50 bis .60 Gezur Herstellung eines oxydationsbeständigen Keramik- wichtsprozent Zirkoniumoxidpulver einer Korngröße Überzugs auf Tantal oder Tantallegierungen durch 45 von weniger als 30 μ zugesetzt worden waren, vervoll-Aufbringen einer Tantal enthaltenden Unterschicht, ständigt. Diese weitere Schicht wurde 5 Minuten lang auf die dann mindestens eine Außenglasurschicht bei 1450 bis 1600⁰C gebrannt, wobei eine gleichmäßige aufgebracht wird, wobei das Verfahren dadurch Verteilung der Zirkoniumoxidteilchen erhalten wurde, gekennzeichnet ist, daß eine 20 bis 30 Gewichtsprozent Hierdurch wurde die Glasur verfestigt und die Lebens-Tantal enthaltende Hafniumunterschicht verwendet 50 dauer derselben beträchtlich verbessert,
wird. Die siliciumhaltige Glasur bildet einen ersten

Vorzugsweise wird zwischen der Unterschicht und Schutz der Tantallegierung gegenüber Oxydation; sie

der Außenschicht noch "eine aus mindestens einem der wird durch die Zwischenschicht aus Hafniumoxid

Oxide von Hafnium; Zirkonium, Aluminium und fest gebunden. Diese reagiert und liefert eine feste

Silicium bestehende Zwischenschicht vorgesehen. 55 Verbindung sowohl mit der siliciumhaltigen Glasur

Gewünschtenfalls kann die Glasur noch mit einer als auch mit der hafniumreichen Unterschicht. Die

Schicht oder einer Dispersion oder beiden eines Unterschicht wirkt als Sauerstoffschutz und auch als

feuerfesten Oxids versehen werden, welches an der ein zweiter Belag, falls die siliciumhaltige Außenglasur

Glasur haftet, jedoch mit dieser nicht reagiert. ausfallen oder Fehler enthalten sollte.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- 60 Es hat sich gezeigt, daß ein auf diese Weise herge-

rens wurde beispielsweise wie folgt vorgegangen: stelltet oxydationsbeständiger Belag gegenüber wieder-

Ein Blech aus einer Tantallegierung, bestehend aus holten Wärmeschockbehandlungen zwischen Raum-Tantal und 10 Gewichtsprozent Wolfram, wurde temperatur und 1600⁰C beständig ist und daß die vorbereitet, indem zunächst die Kanten und Ecken Tantaloberfläche bei einer Temperatur von 1500⁰C abgerundet wurden. Die Oberfläche des Blechs wurde 65 48 Stunden gegen Oxydation geschützt wird. Ein dann gereinigt und durch Sandstrahlen mit grobem ähnliches Probestück, bei dessen Herstellung kein Aluminiumoxidpulver in Wasser und Druckluft auf- Zirkoniumoxid verwendet wurde, war bei 1200° C gerauht. 250 Stunden lang gegen Oxydation und auch gegenüber

Wärmeschockbehandlungen zwischen Raumtemperatur und 1600° C beständig.

Es sind verschiedene Abwandlungen dieser beispielhaften Verfahrensweise möglich. So kann die Hafniumunterschicht durch Elektrolyse aus geschmolzenen Salzen oder durch Aufdampfen aufgebracht werden, oder das vorbereitete Probestück kann gewünschtenfalls durch Zementation im Vakuum mit einer Hafniumunterschicht versehen werden, wobei das Tantal in grobes Hafniumpulver eingepackt und im Vakuum 4 Stunden lang auf 165O⁰C erwärmt wird. Hierdurch wird eine hafniumreiche Oberflächenschicht von 0,013 bis 0,025 mm Stärke erzeugt.

Die siliciumhaltigen Außenglasuren können durch übliche Sprühbehandlungen, durch elektrostatisches Aufsprühen oder durch Tauchen aufgebracht werden. Es können auch andere übliche Glasuren als die oben beschriebene verwendet werden.

Wie schon erwähnt, ist die Erfindung sowohl auf reines Tantalmetall als auch auf andere Tantallegierungen anwendbar, beispielsweise auf solche, welche Gewichtsprozent Wolfram und 2 Gewichtsprozent Hafnium enthalten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines oxydationsbeständigen Keramiküberzuges auf Tantal oder Tantallegierungen durch Aufbringen einer Tantal enthaltenden Unterschicht, auf die dann mindestens eine Außenglasurschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine 20 bis 30 Gewichtsprozent Tantal enthaltende Hafniumunterschicht verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterschicht und der Außenglasurschicht eine aus mindestens einem der Oxide von Hafnium, Zirkonium, Aluminium und Silicium bestehende Zwischenschicht vorgesehen wird.