DE1796175B1 - Hochtemperaturkorrosions und zunderbestaendige diffusions schutzschicht auf gegenstaenden aus hochwarmfesten legierun gen auf nickel und/oder kobaltbasis - Google Patents

Hochtemperaturkorrosions und zunderbestaendige diffusions schutzschicht auf gegenstaenden aus hochwarmfesten legierun gen auf nickel und/oder kobaltbasis

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Description

Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturkorro- Medien ausgesetzt sind, welche die bisher wegen der sions- und zunderbeständige, durch Eindiffundieren auftretenden Verzunderung verhältnismäßig geringe von Aluminium in die Oberfläche von Gegenständen Lebensdauer dieser Gegenstände verlängert, aus hochwarmfesten Legierungen auf Nickel- und/oder Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Er-
Kobaltbasis gebildete Schutzschicht und Verfahren 5 findung vorgeschlagen, daß neben Aluminium ein zur Erzeugung dieser Schutzschicht. oder mehrere Metalle der Gruppe Platin, Rhodium
Gegenstände, die bei hohen Temperaturen korro- und Palladium in die Oberfläche des zu schützenden dierenden Medien ausgesetzt sind und mechanischen Gegenstands eindiffundiert sind. Versuche mit Proben, Belastungen unterworfen sind, z. B. Turbinenschaufeln, die eine in der erfindungsgemäßen Weise aufgebaute werden in bekannter Weise aus hochwarmfesten io bzw. zusammengesetzte Diffusionsschutzschicht beLegierungen auf Nickel- und/oder Kobaltbasis her- saßen, haben gezeigt, daß ihre Lebensdauer gegenüber gestellt und mit einer Diffusionsschutzschicht versehen, in bekannter Weise alitierten Proben erheblich verum sie korrosions- und zunderbeständig zu machen längert werden konnte.
und damit ihre Lebensdauer zu erhöhen. Als Diffu- Das Eindiffundieren eines oder mehrerer Metalle
sionsmetall wird bei der Bildung der Schutzschicht 15 der Platingruppe kann entweder gleichzeitig mit Alu-Aluminium bevorzugt. minium vorgenommen werden, gemäß einem bevor-So ist beispielsweise aus der deutschen Auslege- zugten Verfahren zur Erzeugung der erfindungsgeschrift 1246 352 ein Pulvergemisch zum Alitieren mäßen Diffusionsschichtschutz soll aber das oder von Werkstücken aus hochlegierten Stählen oder die Metalle aus der Platingruppe in einer Stärke von Legierungen auf der Basis wenigstens eines der Metalle 20 mindestens 7 μΐη auf die Oberfläche des zu schützenden Kobalt, Nickel oder Chrom bekannt, das neben Gegenstands aufgebracht und bei einer anschließenden Aluminiummetall noch Aluminiumoxyd als inerten Diffusionsglühung neben dem oder den Metallen der Bestandteil enthält. Die durch eine Aluminium- Platingruppe zusätzlich Aluminium in die Oberfläche Diffusionsschicht zu schützenden Gegenstände werden eindiffundiert werden. Der Eindiffusion von Aluminiin das Pulvergemisch eingebettet und mehrere Stunden 25 um und einem oder mehrerer Metalle der Platingruppe auf Temperaturen von HOO0C erhitzt. Dabei diffun- geht also bei diesem bevorzugten Verfahren eine Bediert das Aluminium in die Oberfläche der Gegen- schichtung der Oberfläche des zu schützenden Gegenstände bis zu einer bestimmten Tiefe ein. Auf diese stands mit dem oder den Metallen der Platingruppe Weise mit einer Aluminium-Diffusionsschicht ver- voraus. Diese aus einem oder mehreren Metallen der sehene metallische Gegenstände weisen zwar eine 30 Platingruppe bestehende Schicht kann entweder bessere Beständigkeit gegen Korrosion und Ver- elektrolytisch, durch Tauchen, Spritzen, Aufdampfen zunderung auf, haben aber immer noch keine ge- oder mechanisches Plattieren hergestellt werden. Bei nügend lange Lebensdauer, wie sie insbesondere für der darauffolgenden Diffusionsglühung diffundiert Turbinenschaufeln gefordert wird. das Metall dieser Überzugsschicht zusammen mit dem Aus der französichen Patentschrift 1 369 892 ist 35 Aluminium in die Oberfläche des zu schützenden ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Über- Gegenstands ein und bildet eine hochtemperaturzugsschicht auf Metallen bekannt, nach dem eine korrosions- und zunderbeständige Schutzschicht auf exotherme Mischung aus 40 bis 60 Teilen Aluminium- dem Gegenstand.
pulver und 60 bis 40 Teilen mindestens eines der Neben den beiden oben angegebenen Verfahren ist
Fluoride von Nickel, Chrom oder Kobalt aufgetragen 40 es aber auch möglich, die erfindungsgemäße Diffu- und bei einer Temperatur zwischen 1066 und 1122° C sionsschutzschicht in der Weise herzustellen, daß nach aufgeschmolzen wird. Dabei bildet sich auf dem dem Aufbringen einer Schicht aus einem oder mehreren metallischen Gegenstand eine Überzugs- oder Auf- Metallen der Platingruppe eine weitere Schicht aus lageschicht aus einer Legierung von Aluminium mit Aluminium auf die erste Schicht aufgebracht wird und mindestens einem der Metalle Nickel, Chrom und 45 anschließend eine Diffusionsglühung durchgeführt Kobalt. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit dieser wird, bei der sowohl das oder die Metalle der Platin-Überzugsschicht auf der Oberfläche des metallischen gruppe als auch das Aluminium in die Oberfläche des Gegenstands kann nach den Angaben in der fran- zu schützenden Gegenstands eindiffundieren, zösischen Patentschrift eine dünne Zwischenschicht Gemäß einem weiteren bevorzugten Verfahren zur
aus Gold oder Platin auf der Oberfläche des metalli- 50 Bildung der erfindungsgemäßen Diffusionsschutzschen Gegenstands abgeschieden werden, auf die dann schicht können die mit einem oder mehreren Metallen die Schicht aus einer Legierung von Aluminium mit der Platingruppe beschichteten Gegenstände bei der Nickel, Chrom und/oder Kobalt aufgebracht wird. Diffusionsglühung in an sich bekannter Weise in ein Eine Diffusion der Metalle aus der Zwischen- oder metallisches Aluminium enthaltendes Pulvergemisch Überzugsschicht in die Oberfläche des metallischen 55 eingebettet werden.
Gegenstands ist bei diesem bekannten Verfahren nicht An Hand des Diagramms am Ende der Beschreibung
vorgesehen. Infolge des hohen Aluminiumgehalts der soll der durch die Erfindung erzielbare Fortschritt nach dem bekannten Verfahren erzeugten Überzugs- verdeutlicht werden. In dem Diagramm ist die in Abschicht von 40 bis 60% besitzt die Legierung der hängigkeit von der Betriebszeit bei HOO0C verur-Überzugsschicht einen verhältnismäßig niedrigen 60 sachte Verzunderung in mg/cm2 aufgetragen. Dabei Schmelzpunkt, so daß eine derart hergestellte Schutz- wurden Proben mit einer Diffusionsschutzschicht schicht für die Verwendung bei höheren Temperaturen gemäß der Erfindung solchen gegenübergestellt, deren von 600 bis 8000C nicht geeignet ist. Oberfläche nicht bzw. mit bekannten Aluminium-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung Diffusionsschichten geschützt waren, einer Überzugsschicht auf Gegenständen aus hoch- 65 Den Versuchen wurden gegossene Proben aus einer warmfesten Legierungen auf Nickel- und/oder Kobalt- Legierung mit 0,12% Kohlenstoff, weniger als 0,25% basis, die bei hohen Temperaturen starken mecha- Silizium, weniger als 0,25% Mangan, 13,5% Chrom, nischen Belastungen unterworfen und korrodierenden 4,5% Molybdän, 6,25% Aluminium, 2,3% Niob/
Tantal, weniger als 1,0 °/o Kobalt, 0,9 % Titan, weniger als 1,5% Eisen, Spuren von Bor und Zirkonium, Rest Nickel zugrunde gelegt.
Die mit der erfindungsgemäßen Diffusionsschutzschicht ausgerüsteten Proben wurden zunächst einer Vorbehandlung unterworfen, die aus Naßstrahlen, Entfetten in einem cyanidischen Bad, und zwar 10 Sekunden kathodisch und 30 Sekunden anodisch mit anschließendem Spülen in Wasser, und Beizen bei 400C erst 3 Sekunden anodisch in lOvolumprozentiger H2SO4 mit anschließendem Spülen in Wasser und dann 30 Sekunden kathodisch und 10 Sekunden anodisch in lOgewichtsprozentiger NaOH-Lösung und anschließender Spülung in Wasser bestand.
Zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Diffusionsschutzschicht wurden die Proben dann in einem Bad verplatiniert, das aus
13 g/i Hexachloroplatinsäure, H2PtCl6, 45 g/l Triammoniumphosphat, (NH4)3PO4, 240 g/l Dinatriumhydrogenphosphat, Na2HPO4,
bestand. Die Badtemperatur betrug 650C, die Stromdichte 9,0 A/dm2 und die Spannung 1,5 V. Um unterschiedliche Dicken der Platinschicht zu erreichen, wurden die Behandlungszeiten entsprechend verändert.
Nach der Verplatinierung schloß sich eine Wärmebehandlung, zunächst 2 Stunden bei 2600C und anschließend 3 Stunden bei 4000C an, um den Wasserstoff auszutreiben und die Härte der Platinschicht herabzusetzen. Schließlich wurde die Oberfläche durch Spülen in Methanol entfettet.
Die in der erfindungsgemäßen Weise verplatinierten Proben wurden ebenso wie die nicht verplatinierten Proben einer Alitierungsbehandlung unterworfen. Die Proben wurden in ein Pulvergemisch, bestehend aus 5 % Aluminium und 95 °/0 Al2O3, eingepackt und bei HOO0C 2V2 Stunden unter Wa'sserstoff als Schutzgas diffusionsgeglüht.
Aus dem Diagramm ist das unterschiedliche Zunderverhalten völlig unbehandelter, alitierter und mit der erfindungsgemäßen Diffusionsschutzschicht versehener Proben und insbesondere der sich durch die erfindungsgemäße Schutzschicht ergebende bedeutende Fortschritt ablesbar. Während die unbehandelte Probe bei der Versuchstemperatur von 11000C bereits nach bis 30 Stunden einen erheblichen Abtrag durch Verzunderung zeigte, setzte die Verzunderung der in bekannter Weise aiitierten Proben erst sehr viel später ein. Um ein Vielfaches besser war demgegenüber die Zunderbeständigkeit der mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht versehenen Proben, die bei einer aufgebrachten Platinschicht von 7 μΐη 1000 Stunden ohne nennenswerte Verzunderung standen.
Zur Erläuterung des Diagramms sei noch angemerkt, daß der von den ausgezogenen und den gestrichelten Linien umgrenzte Bereich für die unbehandelten und nur aiitierten Proben ein Streubereich ist, während die übrigen, das Verhalten der mit einer erfindungsgemäßen Schutzschicht überzogenen Proben andeutenden Linien auf Grund von Einzelversuchen gezeichnet worden sind und daher nicht für einen Streubereich kennzeichnend sind. Sie lassen jedoch deutlich die Tendenz zu höherer Lebensdauer bei Proben erkennen, die mit einer erfindungsgemäßen Diffusionsschutzschicht versehen worden sind.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Hochtemperaturkorrosions- und zunderbeständige, durch Eindiffundieren von Aluminium in die Oberfläche von Gegenständen aus hochwarmfesten Legierungen auf Nickel- und/oder Kobaltbasis gebildete Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß neben Aluminium ein oder mehrere Metalle der Gruppe Platin, Rhodium und Palladium in die Oberfläche des zu schützenden Gegenstands eindiffundiert sind.
2. Verfahren zur Erzeugung einer Diffusionsschutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Metalle aus der Platingruppe in einer Stärke von mindestens 7 μτη auf die Oberfläche des zu schützenden Gegenstands aufgebracht und bei einer anschließenden Diffusionsglühung neben dem oder den Metallen der Platingruppe zusätzlich Aluminium in die Oberfläche eindiffundiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem oder mehreren Metallen der Platingruppe beschichteten Gegenstände bei der Diffusionsglühung in an sich bekannter Weise in ein metallisches Aluminium enthaltendes Pulvergemisch eingebettet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
COPV
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