DE1955203C - Oberflächenschutzverfahren für metallische Gegenstände - Google Patents
Oberflächenschutzverfahren für metallische GegenständeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächen- zugsschicht auf Metallen bekannt, nach dem eine
schutzverfahren für bei hohen Temperaturen korro- exotherme Mischung aus 40 bis 60 Teilen Aluminiumsions-,
zünder- und thcrmoschockbeständige metal- pulver und 60 bis 40 Teilen mindestens eines der
asche Gegenstände, insbesondere aus einer hoch- Fluoride von Nickel, Chrom oder Kobalt aufgetragen
warmfesten Nickel-, Kobalt-, Nickel-Kobalt-Legie- 5 und bei einer Temperatur zwischen 1066 und 1122° C
rung oder einem warmfesten und hitzebeständigen aufgeschmolzen wird. Dabei bildet sich auf dem
Stahl, z. B. Gasturbinenschaufeln, bei dem Chrom metallischen Gegenstand eine Überzugs- oder Auf-
und/oder Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium lageschicht aus einer Legierung von Aluminium mit
in die Oberfläche der Gegenstände eindifTu.adiert wird, mindestens einem der Metalle Nickel, Chrom und
Es ist bekannt, zum Schutz von Gegenständen, die io Kobalt. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit der
bei hohen Temperaturen oxydierenden und korro- Überzugsschicht auf der Oberfläche des metallischen
siven Medien ausgesetzt sind, z. B. Gasturbinen- Gegenstands kann bei diesem bekannten Verfahren
schaufeln, und aus einer warm- oder hochwarmfesten auch noch eine dünne Zwischenschicht aus Gold oder
Stahllegierung oder Metallegierung auf der Basis Platin auf der Oberfläche des metallischen Gegen-
Nickel, Kobalt oder Nickel/Kobalt hergestellt sind, 15 stands abgeschieden werden, auf die dann die Schicht
eines oder mehrere der Metalle Chrom, Silizium, Alu- aus einer Legierung von Aluminium mit Nickel,
minium in die Oberfläche der Metallgegenstände ein- Chrom und/oder Kobalt aufgebracht wird. Eine Dif-
. zudiffundieren. Durch die Eindiffusion dieser Metalle fusion der Metalle aus der Zwischen- oder Überzugs-
in die Oberfläche der Metallgegenstände wird ihre schicht in die Oberfläche des metallischen Gegen-
Oxydations-, Zunder- und Thermoschockbeständig- 30 stands ist bei diesem bekannten Verfahren nicht vor-
keit beträchtlich erhöht. gesehen. Infolge des hohen Aluminiumgehalts der
Es gibt verschieden bekannte Wege, um die Ein- nach dem bekannten Verfahren erzeugten Überdilfusion
eines oder mehrerer der genannten Metalle zugsschicht von 40 bis 6O°/o besitzt die Legierung
in die Oberfläche der Metallgegenstände zu bewirken. der Überzugsschicht einen verhältnismäßig niedrigen
Bei einem bekannten Verfahren (deutsche Auslege- 25 Schmelzpunkt, so daß eine derart hergestellte Schutzschrift
1 200 096) wird in die Oberfläche warmfester, schicht für die Verwendung bei höheren Temperachromhaltige'r
metallischer Werkstoffe Aluminium türen von 600 bis 800° C nicht geeignet ist.
über die Gasphase cindiffundiert. Dazu bettet man Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die die zu behandelnden Metallgegenstände in ein Pulver- Schaffung eines Verfahrens, das für eine längere Zeit gemisch ein, das metallisches Aluminium, inertes 30 einen wirksamen Oberflächenschutz gewährleistet, als Füllmaterial, ζ. B. Aluminiumoxyd, und ein Halo- das bisher möglich war, und zwar auch gegenüber genid enthält und läßt während einer Diffusions- Verbrennungsprodukten, die in besonderem Maß glühung bei einer Temperatur von etwa 100011C das korrodierend wirken. Die nach dem erfindungs-Aluminium über das entstehende gasförmige AIu- gemäßen Verfahren oberflächengeschützten Teile miiiiiimhalogenid in die Oberfläche der Gegenstände 35 sollen also auch bei Verwendung billiger Brennstoffe, eindiffundieren. deren Verbrennungsprodukte besonders aggressiv
über die Gasphase cindiffundiert. Dazu bettet man Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die die zu behandelnden Metallgegenstände in ein Pulver- Schaffung eines Verfahrens, das für eine längere Zeit gemisch ein, das metallisches Aluminium, inertes 30 einen wirksamen Oberflächenschutz gewährleistet, als Füllmaterial, ζ. B. Aluminiumoxyd, und ein Halo- das bisher möglich war, und zwar auch gegenüber genid enthält und läßt während einer Diffusions- Verbrennungsprodukten, die in besonderem Maß glühung bei einer Temperatur von etwa 100011C das korrodierend wirken. Die nach dem erfindungs-Aluminium über das entstehende gasförmige AIu- gemäßen Verfahren oberflächengeschützten Teile miiiiiimhalogenid in die Oberfläche der Gegenstände 35 sollen also auch bei Verwendung billiger Brennstoffe, eindiffundieren. deren Verbrennungsprodukte besonders aggressiv
Durch Abdecken bestimmter Oberflächenabschnitte sind, haltbar sein.
kann die Eindiffusion des oder der Metalle, z. B. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
mittels eines Überzugs nach der deutschen Auslege- vorgeschlagen, daß neben Chrom und/oder Silizium
schrift 1 298 830, auf die nicht abgedeckten Ober- 40 und gegebenenfalls Aluminium noch mindestens ein
flächenabschnitte der Metallgegenstände beschränkt Metall der Platingruppe, insbesondere Platin, in die
werden, so daß die Diffusionsschutzschicht z. B. nur Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert wird. Nach
auf die Ein- und Austrittskante einer Turbinenleit- dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
und -laufschaufel wie bei der deutschen Patentschrift Schutzschichten bestehen also einmal aus der Grund-
1 086951 beschränkt wird. 45 legierung selbst und zum änderen aus den eindiffun-
Es ist auch bekannt, in gleicher Weise Chrom dierten Metallen Chrom und/oder Silizium und gege-
oder Silizium in die Oberfläche zu schützender benenfalls Aluminium sowie mindestens ein Metall
Metallgegenstände einzudiffundieren. der Platingruppe.
Die Herstellung von Aluminium-Diffusionsschutz- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des er-
schichten auf Metallgcgenständen ist auch in der so findungsgemäßen Verfahrens soll eine Schicht aus
Weise üblich, daß man die zu schützenden Metall- einem oder mehreren Metallen der Plantingruppe
gegenstände in ein flüssiges Aluminiumbad eintaucht durch Aufdampfen, Aufspritzen, Plattieren, Tauchen,
oder Aluminium auf die Oberfläche der Metallgegen- Aufpressen, Aufschlämmen, vorzugsweise durch elek-
ständc aufspritzt und anschließend eine Diffusions- trolytisches Abscheiden auf die Oberfläche der Me-
glühung vornimmt, bei der das Aluminium aus der 55 tallgegenstände in einer Stärke von vorzugsweise 2
Überzugsschicht in die Oberfläche der Metallgegen- bis K) μω aufgebracht werden und das oder die
stände eindiilundicrt. Platinmetalle aus der Überzugsschicht und Chrom
Durch die Bildung von Diffusionsschutzschichtcn und/oder Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium
auf Metallgcgenständen hat man zwar eine beträcht- in an sich bekannter Weise über die Gasphase oder
liehe Verbesserung der Oxydations-, Zunder- und 60 aus bzw. über Metall- oder Salzschmelzen bei einer
Thermoschockbeständigkdt erreicht, die Entwicklung Diffusionsbehandlung unter Schutzgas oder im
geht aber zu noch höheren Standzeiten bzw. zum Vakuum bei Temperaturen von 900 bis 12500C in
Einsatz der Gegenstände bei höheren Temperaturen, die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert werfür
die die in bekannter Weise mit einer Diffusions- den. Auf der Oberfläche der zu schützenden Metallschutzsehicht
versehenen Gegenstände noch keine 65 gegenstände wird also zunächst eine Schicht aus minausreichende
Lebensdauer besitzen. destens einem Metall der Platingruppe, das sind
Aus der französischen Patentschrift 1 369 892 ist Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium
ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Über- und Platin, abgeschieden und anschließend eine Dif-
fusionsglühung vorgenommen, bei der neben dem oder den Metallen der Platingruppe aus der Überzugsschicht
noch Chrom und/oder Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium in die Oberflüche des
Gegenstands eindiffundiert werden.· Die Metalle Chrom und/oder Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium
können über die Gasphase abgeschieden werden. Zweckmäßigerweise wird das mit einem'
Platinmetatt beschichtete Metallteil dazu in ein Pulvergemisch
eingepackt, das aus einem inerten Füllstoff, vorzugsweise Aluminiumoxyd, und aus den
DiiTusionselementen Chrom und/oder Silizium und gegebenenfalls Aluminium besteht. Die Diffusionsbchandlung
kann aber auch so erfolgen, daß die mit einem Platinmetall in einer Stärke von 2 bis
10 μχη beschichteten Gegenstünde in eine Metall- oder
Salzschmelze getaucht werden, die die Metalle Chrom und/oder Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium
bzw. ihre Salze enthält. Die Schmelze wird auf Diffusionstemperatur erhitzt, und es diffundieren dann ein- ao
mal das oder die Platinmetalle aus Überzugsschicht und Chrom und/oder Silizium sowie gegebenenfalls
Aluminium aus der Metall- oder Salzschmelze in die Oberfläche des Metallgegenstands.
Die Zeitdauer der Diffusionsbehandlung richtet »5
sich nach der Legierung, aus der die Werkstoffe bestehen, und nach der gewünschten Dicke der Diffusionsschutzschicht
und wird im Durchschnitt einige Stunden betragen.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Gegenständen wurde gegenüber solchen
nach bekannten Verfahren mit einer Diffusionsschutzschicht versehenen eine erhebliche Verlängerung der
Standzeit festgestellt.
In der Fi g. 1 ist in einem Diagramm der Konzentrationsverlauf
der einzelnen Metalle im Oberflächenbercich einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelten Probe dargestellt. Die Probe bestand aus einem hochwarmfesten, im Vakuum erschmolzenen
Guß mit (),()97°/o Kohlenstoff, weniger als O,O2°/o
Mangan, 0,003 «/0 Schwefel, 0,005 %> Phosphor, 12,91Vo Chrom, 4,O9«/o Molybdän, 5,780A1 Aluminium,
0,0097 °/o Bor, weniger als 0,02 */o Kobalt,
weniger als 0,02 n/o Kupfer, 0,092<Vo Zirkonium,
2,6O°/o Niob/Tantal, O,94°/o Titan, 0,16Vo Eisen,
Rest Nickel.
Die Vorbehandlung der Oberfläche der Probe erfolgte durch Naßstrahlen und Entfetten in einem
cyanidischen kupferfreien Entfetlungsbad bei einer
Temperatur von 20° C und mit einer Stromdichte von 2,5 A/dm-, 5 Sekunden kathodisch und 15 Sekunden
anodisch. Anschließend wurde die Probe gebeizt, und zwar zunächst in Schwefelsäure (10 Volumprozent)
bei einer Temperatur von 40° C und einer Stromdichte von 2 A/dm2, 3 Sekunden anodisch
und 2 Sekunden kathodisch und anschließend in Natronlauge (10 Gewichtsprozent) bei einer Temperatur
von 50° C und einer Stromdichte von 2,5 A/dm"-, 5 Sekunden kathodisch und 15 Sekunden anodisch.
Anschließend erfolgte die elcktrolytische Abscheidung von Platin bei einer Badzusammensetzung
des Elektrolyten von:
13 g/l Hexachloroplatinsäure, H4PtCl9
45 g/l Tri-ammoniumphosphat, (NH4).,PO,
45 g/l Tri-ammoniumphosphat, (NH4).,PO,
240 g/l Di-natriumhydrogenphosphat, Na2HPO1,
Das Bad hatte eine Temperatur von 75° C, und die Stromdichte betrug 2 A/dm*. Die Behandlung erfolgte
so lange, bis sich eine Patinschichtdicke von 6 μπι eingestellt hatte.'
Anschließend erfolgte· eine Wärmebehandlung von
Anschließend erfolgte· eine Wärmebehandlung von
"2 Stunden bei 260° C und anschließend 3 Stunden bei
4500C: ·. ·■>■ ■ -
Daraufhin wurde die verplatinierte Probe einer Chromietungsbehandlung unterworfen. Die Probe
Wurde in ein Pulvergemisch folgender Zusammensetzung eingebettet:
12,5 Gewichtsprozent Chrom,
12,5 Gewichtsprozent Ferrocnrom,
75 Gewichtsprozent (Aluminiumoxyd
+ 0,2"(d
12,5 Gewichtsprozent Ferrocnrom,
75 Gewichtsprozent (Aluminiumoxyd
+ 0,2"(d
Die Teile wurden bei der Diffusionsglühung 10 Stunden lang bei 1100° C gehalten.
Danach ergab sich gemäß Fig. L eine Chromierungsschichtdicke
von etwa 80 μηι und eine Gesamtschichtdicke
von etwa 120 μπι.
Der Gehalt an Platin in der äußersten Oberflächenschicht
bis zu einer Tiefe von etwa 60 μπι betrug etwa 3°/o, der Gehalt an eindiffundicrtcm Chrom bis zu
einer Tiefe von etwa 80 μηι 80%, der Nickelgehalt war in der Oberflächenzone rund 8%, und der Gehalt
an Eisen, das aus dem Chromierungsgemisch zusammen mit dem Chrom eindiffundiert war, betrug in der
Diffusionsschutzschicht 10 bis 2O°/o. Deutlich sichtbar
im Bereich des Steilabfalls des Konzentrationsverlaufs von Chrom is* das Maximum der Platinkurve,
das in einer Tiefe von etwa 80 μιη bei 19 %>
liegt.
Einen ähnlichen Verlauf nehmen die Konzentnitionskurven
in Fig. 2, dem eine in gleicher Weise
verplatinierte und anschließend über die Gasphase chromierte Probe aus einer Kobalt-Chrom-Nickel-Legierung
zugrunde lag. Die abgeschiedene Platinschicht hatte eine Dicke von 7 bis 8μπι, und das
Chromierungspulvergemisch bestand aus 25 Gewichtsprozent Chrom, 75 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd
und Spuren von Chrom(lll)-chlorid. Die Chromierung erfolgte während 12 Stunden bei 11000C.
Auch hier fällt die Konzentrationskurve des eindiffundierten Chroms in einer Tiefe von etwa 40 μπι,
in der die höchste Platinkonzentration mit etwa 401Vo
gemessen wurde, stark ab.
Claims (2)
1. Oberflächenschutzverfahren für bei hohen Temperaturen korrosions-, zünder- und thermoschockbeständige
metallische Gegenstände, insbesondere aus einer hochwarmfesten Nickel-, Kobalt-, Nickel-Kobalt-Lcgierung oder einem
warmfesten und hitzebeständigen Stahl, z. B. Gasturbinenschaufeln, bei dem Chrom und/oder
Silizium sowie gegebenenfalls Aluminium in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß neben Chrom und/oder Silizium und gegebenenfalls
Aluminium noch mindestens ein Metall der Platingruppe, insbesondere Platin, in die Oberfläche
der Gegenstände eindiffundiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schicht aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe durch Aufdampfen,
Aufspritzen, Plattieren, Tauchen, Aufpressen, Autschlämmen, vorzugsweise durch elektrolytisches Abscheiden auf die Oberfläche
der Metallgegenstände in einer Stärke von vorzugsweise
2 bis 10 |im aufgebracht wird, und daß das oder die Platinmetalle aus der Überzugsschicht und Chrom und/oder Silizium sowie gegebenenfalls
Aluminium in an sich bekannter Weise über die Gasphase oder aus bzw. über Metall- oder Salzschmelzen bei einer DiiTusionsbehandlung
unter Schutzgas oder im Vakuum bei Temperaturen von 900 bis 1250° C in die Oberfläche
der Gegenstände eindiffundiert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
2490·
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1955203C true DE1955203C (de) | 1972-12-28 |
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