DE1961047B2 - Verfahren zur herstellung von diffusionsschutzschichten auf gegenstaenden aus legierungen auf kobaltbasis - Google Patents

Verfahren zur herstellung von diffusionsschutzschichten auf gegenstaenden aus legierungen auf kobaltbasis

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bei hohen Temperaturen oxydations-, zünder- und korrosionsbeständigen Diffusionsschutzschichten auf den Oberflächen von Gegenständen aus Legierungen auf Kobaltbasis, in die Aluminium eindiffundiert wird.
Es ist bekannt, Gegenstände, z. B. Turbinenschaufeln für Strahltriebwerke^ die in der Regel aus hochwarmfesten Metallegierungen bestehen, zum Schutz gegen Oxydation, Zunderbildung und Korrosion mit Schutzschichten durch Eindiffundieren von Aluminium zu versehen.
Aus der britischen Patentschrift 1 166 591 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Diffusionsschutzschicht auf Gegenständen aus Nickel- oder Kobaltleaierungen bekannt, nach dem zunächst eine Nickelschicht auf der Oberfläche der Gegenstände abgeschieden wird und anschließend eine Ahtierung der nickelbeschichteter Gegenstände erfolgt. Dieses bekannte Verfahren ergibt aber keine Schutzschichten, die den erhöhten Anforderungen genügen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung einer Schutzschicht auf Gegenständen aus hochwarmfesten Legierungen auf Kobaltbasis, das eine bessere Beständigkeit gegen Oxydation, Zunderbildung und Korrosion bei hohen Temperaturen verleiht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß neben Aluminium noch Nicke! und ein oder mehl ere Metalle der Gruppe Palladium, Rhodium. Platin in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also drei ''.omponenten. nämlich Aluminium. Nickel und ein oder mehrere Metalle der Gruppe Palladium. Rhodium. Platin in die Oberfläche der Gegenstände aus einer Kobaltlegierung eindiffundiert. Im Gegensatz dazu bleibt bei dem aus der britischen Patentschrift 1 166 591 bekannten Verfahren die zunächst auf der Oberfläche der Gegenstände abgeschiedene Nickelschicht erhalten, und bei der Diffusionsglühung diffundiert nur Aluminium in die to Nickel-Auflageschicht und in den Grundwerkstoff ein. Es ergibt sich bei dem bekannten Verfahren also nur eine Zwei-Komponenten-Diffusionsschicht. bestehend aus dem Grundwerkstoff und Aluminium bzw. in der äußersten Oberflächenzone Nickel und Aluminium.
Auch bei dem aus der französischen Patentschrift 1 369 892 bekannten Verfahren, bei dem auf die Oberfläche metallischer Gegenstände ein dünner Überzug aus Gold oder Platin abgeschieden werden kann unc' anschließend ein Aluminium und Nickelfliiorid enthaltendes Gemisch aufgetragen wird, das bei einer Temperatur von 1066 bis 1122 C exotherm reagiert, wobei sich Aluminium und Nickel auf der Gold- oder Platinschicht abscheidet, wird lediglich eine Auflagetind keine Diffusionsschicht gebildet. Die GoIo- oder Platinschicht dient bei dem Verfahren gemäß der französischen Patentschrift 1 369 892 nur zur besseren Haftung des bei der GlUhung gebildeten Überzugs aus einer Aluminium-Nickel'Legierung. Es diffundieren bei dem bekannten Verfahren weder Gold bzw Platin noch Aluminium oder Nickel in die Oberfläche des Grundwerkstoffs.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, daß nacheinander Schichten aus Nickel, dann aus einem oder mehrerer Metallen der Oruppe Palladium, Rhodium, Platin und schließlich aus Aluminium auf die Oberfläche der Gegenstände mechanisch, dektroti T<(uc
lytisch, durch Tauchen, Spritzen aufgebracht und die Metalle aus den gebildeten Schichten einzeln oder gemeinsam durch eine Diffusionsglühung in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es aber auch möglich, daß zuerst eine Schicht Nickel und auf diese dann eine Schicht aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin elektrolytisch und anschließend Aluminium über die Gasphase abgeschieden und zusammen mit dem Nickel und dem oder den Metallen der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert wird. Dabei ist es vorzugsweise möglich, die mit einer Nickel- und darauf einer Metallschicht aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Rhodium, Palladium. Platin überzogenen Gegenstände in ein metallisches Aluminium von 5 Gewichtsprozent, geringe Mengen eines Metallhalogenids, Rest Aluminiumoxyd enthaltende^ Pulvergemisch einzubetten und darin einer Diffusionsbehandlung zu unterwerfen. Dabei wird das Aluminium über die Gasphase auf dem Gegenstand abgeschieden und mit dem Nickel und dem oder der. Metallen der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert.
Es hat sich gezeigt, daß mit einer so aufgebauten Diffusionsschutzschicht versehene Gegenstände aus Legierungen auf Kobaltbasis eine etwa doppelt so hohe Lebensdauer aufweisen wie Teile, die nur mit einer Aluminium-Diffusionsschutzschicht ohne Nickel und Platin versehen waren. Ir. dem Diagramm ist die Gewichtsänderung in Abhängigkeit von der Betriebszeit für ungeschützte, nach einem bekannten Verfahren alitierte und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oberflächengeschützte Proben grafisch aufgetragen. Daraus geht hervor, daß der Verlauf der Gewichtsabnahme, der ein Maß für die Materialabtragung an der Probenoberfläche, verursacht durch Oxydation. Zunderbildung und Korrosion, ist. bei den nach dein erfindungsgemäßen Verfahren oberflächengeschüt/ien Proben weniger stark war und gegenüber nur alitierten Proben mit 600 bis 700 Stunden eine doppelt so hohe Standzeit bei Zunderversuchen in verbranntem Erdg;^ von 1100 C bei einem Luftfaktor von 1,2 aufwiesen. Der Grundwerkstoff der Proben L/estand jeweils aiii einer Kobalt.legierung mit 0.45 °/„ Kohlenstoff. ;0,5" ,, Silizium. <0.5°;„ Manean. 21.0°/,, Chrom. <1.0n„ Nickel. 11.0°/0 Wolfram, 2,0% Niob Tantal, 1.75" „ Eisen, Rest Kobalt. Dir Behandlung der Proben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgte folgendermaßen :
Vorbehandlung der Oberfläche durch Naßstrahlcu und Entfetten in einem cyanidischen. kupferfreien rntfdtungsbad
kathodisch 5 Sekunden } Temperatur 20" C
anodisch 15 Sekunden J Stromdichte 5 /Vdm2
Beizen in 10°/0iger Schwefelsäure 10 Skunden stromlos bei 400C, anschließend Spülen in 45° C warmem Wasser.
Nickelabscheidung, elektrolytisch
Badzusammensetzung: 240 g/l Nickelchlorid, NiCI1 ■ 6 H„O 120 g/l Salzsäure. HCI, 36°/oig
Abscheidungsbedingungen: Temperatur 450C
Stromdichte 10 bis 11 A/dm3 Nickelschichtdicke 20 μηι
Wärmebehandlung
2 Stunden 260C
3 Stunden 450L C
Vorbehandlung der Nickeloberfläche vor der Verplatinierung
Entfetten (Bad s. o.)
kathodisch 10 Sekunden
anodisch 20 Sekunden
kathodisch 10 Sekunden ,
Beizen in Natronlauge (10 Gewichtsprozent) kathodisch 3 Sekunden \ Temperatur 50" C
anodisch 10 Sekunden J Stromdichte 10 A/drrr Beizen in Salzsäure (Ί. Volumprozent) kathodisch 2 Sekunden \ Temperatur 40C
anodisch 30 Sekunden J Stromdichte 2.5 A/dm2 Anschließend Spülen in 75'C warmem Wasser. Platinabscheidung. elektrolytisch
Temperatur 20"C Stromdichte 5 A/dm2
Badzusammensetzung:
13 g/l Hexachlorplatinsäure, H2PtCl6 45 g/l Tri-ammoniumphosphat. (NH1I11PO, 240 g/l Di-natriumhydrogenphosphat. Na;HPO4
Abscheidungsbedingungen:
Temperatur 75 C
Stromdichte 5.5 A/dm2
Platinschichtdicke 6 bis 8 μηι
Wärmebehandlung, wie oben Alitierung, über die Gasphase
Zusammensetzung des Pulvergemischs. in das die Proben eingebettet wurden:
5 Gewichtsprozent Aluminium 95 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd
Diffusionsglüliung bei einer Temperatur von 1100" C für 5 Stunden.
Das Ergebnis dieser Behandlung war eine Gesamtdicke der Diffusionsschutzschicht von 60 μπι.
Versuche, die in der gleichen Weise wie der oben beschriebene, aber statt Platin mit Palladium bzw. Rhodium durchgerührt wurden, haben gezeigt daß diese Elemente ebenfalls eine gleichartige Schutzwirkung wie Platin ausüben.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1 Verfahren zur Herstellung von bei hohen Temperaturen oxydations-, zünder- und korrosionsbeständigen Diffusionsschutzschichten auf den Oberflächen von Gegenständen aus Legierungen auf Kobaltbasis, in die Aluminium e.nd.ffund.erl wird dadurch gekennzeichnet, daß neben Aluminium noch Nickel und e.n oder mehrere Metalle der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin in die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert werden.
    "verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander Schichten aus Nickel dann aus einem oder mehreren Metallen der , Gruppe Palladium, Rhodium, Platin und schließlich aus Aluminium auf die Oberflache der Gegenstände mechanisch, elektrolytisch durch Tauchen oder Spritzen aufgebracht und die Metalle aus den Schichten einzeln oder gemeinsam durch eine Diffusionsglühung in die Oberflachs der Gegenstände eindiffundiert werden.
    ' 3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine Schicht Nickel und auf diese dann eine Schicht aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Palladium, Rhodium. Platin, elektrolytisch und anschließend Aluminium über die Gasphase abgeschieden und zusammen mit dem Nickel und dem oder den Platinmetallen i:i die Oberfläche der Gegenstände eindiffundiert wird. 4 Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Nickel- und darauf einer Schicht aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin überzogenen Gegenstände in ein metallisches Aluminium in der Größenordnung von 5°/.. geringe Mengen eines Metallhalogenids und Rest Aluminiumoxyd enthaltendes Pulvergemisch eingebettet und dann einer Diffusionsbehandlung unterworfen werden.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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