DE2005774A1

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Info

Publication number: DE2005774A1
Application number: DE19702005774
Authority: DE
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1970-02-09
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2031514A6; US3547673A; GB1292833A; DE2005774B2; DE2005774C3

Description

PATENTANWÄLTE

DK. ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHHIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. 367428 UND 364119

TKI.EGH. NEGEDAPATENT HAMBURG

WALL COLMONOY CORPORATION München is mozartstr. 23

19345 John R. Street
Detroit, Michigan/tJSA

TEL.9 380986

19345 John R. Street _TmGH. negbdapatent München

Hamburg, den 7. Februar 1970

Hoch hitzebeständige Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hoch hitzebeständige Legierung.

Es ist bereits ein Verfahren zur Bildung eines hoch hitzebeständigen metallischen Überzuges auf hitzebeständige Metallegierungen bekannt, bei welchem eine Mischung auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und bei erhöhter Temperatur geschmolzen wird. Die Mischung besteht aus Chrom und Nickel einerseits und reaktiven Elementen, einem reaktiven Metall und einem Nicht-Metall, welche sich bei erhöhter Temperatur unter exothermer Reaktion umsetzen und eine diskontinuierliche Phase in der Chrom-Nickel-Matrix bilden, die fest mit dem Substrat verbunden und teilweise in dieses hinein diffundiert. Derartige überzüge verbessern die Hitzealterungs- und Oxydationsbeständigkeit der Substrate. Die hitzebeständigen Legierungen, auf die diese Überzüge aufgebracht werden können, sind sog. hochtemperatur-

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beständigen oder Superlegierungen. Sie werden z. B. für Gasturbinenschaufeln verwendet, wo sie hohen Belastungen bei erhöhten Temperaturen in oxydierender Atmosphäre ausgesetzt sind.

Nach dem oben genannten Verfahren lassen sich Überzüge auf Substrate aus Superlegierung aufbringen, die die Hitzealterungsbeständigkeit und die Oxydationsbeständigkeit verbessern und vor allem fest auf dem Substrat haften. Es besteht aber nach wie vor ein Bedarf nach hitzebeständigen Metalllegierungen, die erhöhte Hitzebeständigkeit und Oxydationsbeständigkeit besitzen und direkt hohen Temperaturen in oxydierender Atmosphäre ausgesetzt werden können, ohne daß sie vorher mit einem Schutzüberzug versehen werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hoch hitzebeständige oder Superlegierung zu schaffen, die mit Bezug auf Hitzealterung und Oxydationsbeständigkeit hervorragende Eigenschaften aufweist, und sowohl als hoch hitzebeständiger Überzug auf hitzebeständige Metallegierungen festhaftend aufgebracht werden kann, als auch zur Herstellung von Konstruktionsteilen, wie Gasturbinenschaufeln selbst, geeignet ist. Ein solches Konstruktionsteil, das durch und durch aus hoch hitzebeständiger Legierung besteht, würde einem mit einem hoch hitzebeständigen Überzug versehenen Konstruktionsteil zweifellos in seiner Haltbarkeit weit überlegen sein.

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Die Aufgabe wird gelöst durch eine hoch hitzeheständige

ist Legierung, die gekennzeichnet/durch einen Gehalt von 60 bis 90 ϊ* einer nicht porösen durchgehenden metallischen LIatrix, die zu 10 bis 40 #, vorzugsweise 15 bis 25 ^, von Chrom und entsprechend 90 bis 60 ή. von Nickel und/oder Kobalt und den üblichen Legierungsverunreiniguneen gebildet wird, und diskreten Partikeln einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Titansilizid, Titanborid, Zirkonsilizid, Zirkonborid und Mischungen davon, die gleichmäßig durch die ganze Matrix verteilt sind und 2 bis 40 i» der Legierung ausmachen. Diese Legierung laut sich herstellen nach einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine pulverförmige Mischung herstellt, bestehend aus (a) 60 bis 90 # Hatrixmetallen, wovon 10 bis 40 £ Chrom und 90 bis 60 γ> Nickel und/oder Kobalt sind und (b) reaktiven Bestandteilen, nämlich 1,5 bis 2,8 + Titan und/oder 1,6 bis 36 # Zirkon als reaktives Metall und 0,5 bis 20 £ Silizium und/oder 0,5 bis 18 % Bor als reaktives Nicht-Metall, und diese Mischung in inerter Atmosphäre ausreichend lange erhitzt, bis mindestens 1 Teil der Mischung schmilzt und die exotherme Reaktion zwischen den reaktiven Bestandteilen stattfindet, so daß sich mindestens 1 Teil der reaktiven Bestandteile miteinander umsetzt und diskrete Partikel in der LIatrix bildet. Die die Katrix bildenden Metalle und die reaktiven Bestandteile werden vorzugsweise in Form von vorlegierten Pulvern, die zweckmäßigerweise die Zusammensetzung des niedrig schmelzenden eutejrtischen

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Gemisches aufweisen, eingesetzt* In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die matrix-bildenden Metalle in einer Menge von 70 bis 90 i» und die reaktiven Bestandteile in einer Menge eingesetzt, daß 4 bis 30 # des entsprechenden Metallsilizids und/oder Borids entstehen. In einer weiteren Ausfuhrungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Matrixmetallgeaiedihergestellt, das 15 bis 25 # Chrom enthält. Vorzugsweise wird ein Matrixmetallgemisch hergestellt, das 15 bis 25 # Chrom, bis zu 5 ^ Kobalt und den Best Nickel enthält. Bas reaktive Metall und Nicht-Metall werden in stöchiometrischen Verhältnissen eingesetzt. Schließlich kann bis zu 10 i» Titannitrid zugesetzt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auch zur Herstellung von Konstruktionsteilen, wie Gasturbinenschaufeln, anwenden. In diesem Fall wird die Mischung aus Matrixmetall und reaktiven Bestandteilen so fein gemahlen, daß die Partikel eine Größe im Bereich von 20 bis 5OOyU haben, dann wird die Mischung in dieser Form eo lange erhitzt, bis alles reaktive Metall sich mit dem Mcht-Metall umgesetzt hat und die Legierung vollständig geschmolzen ist. Nach dem Abkühlen nimmt man den fertigen Teil aus der Form heraus und kann ihn ggfs. einer ilachbearbeitung durch Schleifen unterwerfen. Wird das Verfahren der Erfindung zur Herstellung

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eines hoch hitzebeständigen Überzuges auf einer Oberfläche beliebiger Gestalt aus einer hitzebeständigen legierung angewandt, dann wird die pulverförmige Mischung aus Matrixmetallen und reaktiven Bestandteilen zu einer Partikelgröße von 20 bis 15OyU gemahlen, die Mischung auf die Oberfläche aufgebracht in einer Schichtdicke, die der Dicke des gewünschten Überzuges entspricht, das die Mischung tragende Substrat in inerter Atmosphäre ausreichend lange auf erhöhter Temperatur gehalten, so daß mindestens ein 'Teil der Mischung schmilzt, die exotherme Reaktion zwischen den reaktiven Bestandteilen mindestens teilweise vor sich geht und sich das Metallborid bzw. Metallsilizid als diskrete Partikel durch die Matrix hindurch verteilt, und eine Legierung zwischen dem Überzug und dem Substrat an deren Grenzfläche stattfindet. Vorzugsweise wird der Mischung ein organischer Binder zugesetzt, der sich beim Erhitzen thermisch zersetzt und keine Rückstände

hinterläßt, z.B. ein Polyalkylen, Polyvinylchlorid, ein Acrylharz.

Es ist überraschend gefunden worden, daß die Matrix nicht nur von Chrom und Nickel, sondern auch von Chrom und Kobalt oder von Chrom, Nickel und Kobalt gebildet werden kann. Durch die Erfindung ist die Bildung einer verbesserten Legierung vom Cermettyp geschaffen, indem eine feinteilige Mischung von auf Kobalt und/oder Nickel basierenden Matrixmetallen und einem reaktiven Metall, Titan oder Zirkon, und einem nicht-metallischen Element, Silizium oder Bor, die in solchen Mengen anwesend sind, daß sie sich beim Erhitzen der

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Mischung auf eine Temperatur, bei welcher mindestens teilweise Fusion der Mischung und exotherme Reaktion der reaktiven Bestandteile stattfindet, das entsprechende Silizid bzw. Borid bildet.

Bei der Herstellung eines Konstruktionsteiles wird die Mischung in einer geeigneten Form in inerter Atmosphäre auf eine erhöhte Temperatur erhitzt. Die Höhe hängt ab von der besonderen Zusammensetzung der Mischung, liegt aber im allgemeinen zwischen 1038 und 1149 ⁰C. Die Zeit des Erhitzens muß ausreichend lange sein, daß vollständige fieaktion zwischen den reaktiven Elementen stattfindet und die ganze Legierung durchgeschmolzen ist.

Bei Aufbringen des Schatzüberzuges auf ein Metallsubstrat wird die feinteilige Mischung auf die mit dem Überzug zu versehende Oberfläche in einer Schichtdicke aufgebracht, daß

dicker Oberzug ein etwa 0,025 bis 0,254 mm, insbesondere 0,0508 bis 0,127 mm, / entsteht. Vorzugsweise wird dar Mischung ein organischer Bincer eingearbeitet, der era Eb. c.· der pulverförmigen Mischung auf dem Substrat sichert und sie, später beim Erhitzen zersetzt, ohne einen Rückstand zu lint er las sen. Das Erhitzen wird, wie be.i der Herstellung eines Konstruktionsteiles, in ix.—9rter Atmosphäre,

z. B. unter Argon oder im Vakuum, vorgenommen. Die Temperatur liegt ebenfalls etwa innerhalb eine3 Bereiches von 1038 bis 1149 C. Die Zeit des Erhitzens muß ausreichen, um eine mindestens

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teilweise Fusion des Überzuges und Reaktion des reaktiven Metalls mit dem nicht-metallischen Element zu bewirken. Vorzugsweise wird das Erhitzen so lange fortgesetzt, daß eine teilweise Diffusion der metallischen Matrix mit dem Subetratmetall stattfindet und feste Haftung des Überzuges auf dem Substrat gewährleistet ist. Die resultierenden Schutzüberzüge besitzen außergewöhnlich hohe Umsehmelztemperaturen.

Besonders günstig ist es» wenn nfan geregelte Mengen der Matrixmetalle und der reaktiven Bestandteile vorlegiert. Hierdurch wird die Handhabung wesentlich erleichtert und die Beständigkeit der- Pulver gegenüber Oxydation während des Transportes und der Lagerung erhöht. Wenn die Yorlegierungen eic» Zusammensetzung niedrig schmelzender eutektischer Gemische haben, wird außerdem die temperatur, auf welche die Mischung später erhitzt werden muS> umfeujschmelzen und die exotherme Reaktion auszulösen, herabgesetzt.

Wird die Mischung zur Herstellung von Überzügen auf Metallsubstraten eingesetzt, se wird sie verhältnismäßig fein gemahlen. Der Partikeldurehmesser soll im Bereich von etwa 20 bis 150 ax liegen. Pur die Herstellung von Konstruktionsteilen dagegen kann der Partikelgrößenbereich größer sein, d.h. etwa zwischen 20 und 500 AX₁ liegen.

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Die Erfindung soll nun noch/besonders bevorzugter Ausführungsformen beschrieben werden. Es sei hier authvermerkt, daß alle Prozentangaben Gew.-^ bedeuten.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird ein Pulvergemisch hergestellt, welches ale wesentliche Bestandteile die Matrixmetalle enthält, nämlich Chrom, Nickel und/ oder Kobalt, ferner kleinere Mengen anderer üblicher

die
Verunreinigungen in Mengen,/die Hochtemperaturalterung, die Oxydationsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der ilatrix nicht verschlechtern. Das Matrixmetallgemisch macht 60 bis 90, vorzugsweise 70 bis 90 #,der pulverförmigen Mischung aus; 10 bis 40, vorzugsweise 15 bis 25 yo,davon sind Chrom, der Rest Nickel und/oder Kobalt. Während Kobalt ganz oder teilweise durch Nickel ersetzt werden kann, wird ein Sehalt von etwa 5 # Kobalt bevorzugt. Außer den drei Matrixmetallen Nickel, Kobalt und Chrom können auch noch Härter oder Mittel zur Erhöhung der Festigkeit anwesend sein, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erzielen. Neben anderen Verunreinigungen, wie Aluminium, Kohlenstoff usw. kann Eisen in einer Menge bis zu etwa 5 #, loangan bis zu etwa 1 7° im Matrixmetallgemisch vorliegen.

Der Rest der Mischung besteht aus mindestens einem der reaktiven Metalle Titan und Zirkon und mindestens einem der Nicht-Metalle Silizium und Bor. Vorzugsweise liegen reaktives

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Metall und Nicht-Metall in stöchiometriachen Mengen vor. Sie können auch im Überschuß eingesetzt werden, doch sollte ein Überschuß von Bor vermieden werden. Die exotherme Umsetzung dieser Mischungsbestandteile findet während des Erhitzens und Schmelzens der Mischung statt, wobei eine ker—amisehe Verbindung entsteht, die in der Matrix unlöslich ist und in Form von diskreten Partikeln durch die ganze Matrix hindurch gleichmäßig verteilt ist. Reaktives Metall und ITicht-Metall werden in solchen Mengen eingesetzt, daß die keramische Verbindung 2 bis 40 fi, vorzugsweise 4 bis 30 #, der fertigen Legierung ausmacht. Um eine Legierung mit einem derartigen Gehalt an keramischer Verbindung zu erzielen, wird das Titan in Mengen von etwa 1,5 bis 28 <?<>, das Zirkon in Mengen von 1,8 bis etwa 36 #, das Bor in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 12 ^c/o und das Silizium in Mengen von 0,5 bis etwa 20 $, eingesetzt.

Das Aufbringen der Legierung nach der Erfindung auf ein Metallsubstrat geschieht in der Weise, wie sie in der Patentanmeldung, Aktenzeichen P 17 71 599.9»der Anmelderin eingehend beschrieben ist, wobei jedoch zu bemerken ist, daß die Zusammensetzung der in der obigen Anmeldung offenbarten Legierung von der erfindungsgemäßen verschieden ist.

Nachstehend soll unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 1 die Herstellung eines Blockes bzw. eines Konstruktionsteiles, das durch und durch aus der hoch hitzebeständigen Legierung

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besteht, beschrieben werden.

Die Pulvermischung der gewünschten Legierung wird in einem Tiegel 22 aus feuerfestem Material hineingegeben, Vorzugs-, weise kompaktiert, z. B. durch Vibration, um eine Verdichtung der lockeren freifließenden Pulvermischung 24 zu bewirken. Der Tiegel 22 kann einen Kohlraum jeder gewünschten Gestalt aufweisen. Anstelle des Tiegels 22 kann auch eine iorm benutzt

werden, deren Hohlraum den gewünschten Konstruktionsteil, beispielsweise einer Sasturbinenschaufel, entspricht, so daß der fertige Teil praktisch nicht mehr nachbearbeitet zu werden braucht. Der Tiegel 22 wird dann in einen Ofen 26 eingestellt, in welchem eine nicht oxydierende Atmosphäre herrscht und die pulverförinige Mischung 24 auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, bei welcher ein teilweises Schmelzen stattfindet und die exotherme Reaktion einsetzt. liach vollständigem Ablaufen der exothermen Reaktion ist die Legierung durchgeschmolzen. Nach Abkühlen und Verfestigen wird sie aus dem Tiegel herausgenommen. Sie weist, wie im ?all des hoch hitzebeständigen Überzuges, eine im wesentlichen durchgehende Phase von Matrixmetallegierung auf, in welcher weitgehend gleichmäßig verteilt eine diskontinuierliche diskrete Phase von ausgefällten Verbindungen oder Komplexen der reaktiven Metalle und den nicht-metallischen Elementen vorliegt.

Die in Pig.2 wiedergebene Mikrophotographie zeigt die Mikro-

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struktur der Legierung nach der Erfindung, wobei es gleichgültig ist, ob sie in Form eines dünnen Überzuges oder in Form eines Konstruktionsteiles vorliegt. Das Mikrophoto stellt eine 120-fache Vergrößerung dar. Sie läßt deutlich erkennen, daß die Legierung eine dichte, nicht poröse Gußstruktur hat und aus einer durchgehenden Phase 28 der Matrixmetalle und nicht kontinuierlichen diskreten Phasen, gebildet von Kristallen 30, die aus der exothermen Reaktion resultieren, besteht. Die besondere Zusammensetzung des

in

Pulvergemisches, aus dem die/Fig. 2 gezeigte Legierung hergestellt wurde, ist die folgende: 17,0 # Chrom, 66,5 ?« Nickel,

zein

7,6 $> Titan und 8,9 9^ Silizium. Die ein4n diskreten Phasen der keramischen Verbindungen oder Komplexe, wie in Pig. 2 festzustellen ist, sind von einer irregulären kristalliner Struktur, die während der Fällung der Heaktionsprodukte aus der geschmolzenen Matrix entstanden ist. Die diskreten Phasen 30 liegen in komprimiertem Zustand in der kontinuierlichen Phase 28 vor, was ein Kennzeichen fur die Legierung nach der Erfindung ist. Es wird angenommen, daß dies zum Teil zu der Verbesserung von Duktilität, mechanischer Festigkeit, Oxydationsbeständigkeit und Hitsealterung der Legierung beiträgt .

Nachstehend wird die Erfindung noch an einigen Beispielen veranschaulicht·

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BBISPIBL I

Es wurden eine Anzahl von geformten Teilen» die durch und durch aus hoch hitzebeständiger Legierung nach der Erfindung bestehen, hergestellt. Hierzu wurde Tön den nachstehend aufgeführten Vorlegierungen, in Pulverform, ausgegangen!

	PULVEB k	■	PULVEE B	Gew.-%
Bestandteil			70
Titan			30
Nickel
		Gew. -#
Bestandteil	70
Zirkon	30
Nickel

Das restliche Nickel und Chrom sowie das Silizium bzw. das Bor wurden unter Verwendung eines vorlegierten Pulvers, bezeichnet als Pulver C und Pulver D der nachstehenden Zusammensetzungen, eingeführt.

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	PULVES O	G-eWo-i^	PULVSR D	Gew.-^
	Zusammensetzung	0,08	Zusammensetzung	15,05
Bestandteil	18,62	3,55
Kohlenstoff	9,75	0,03
Chrom	0,02	Eest auf 100 Ja
Silizium	0,14
Mangan	0,008
Eisen	0,007
Schwefel	0,03
Phosphor	0,01
Bor	0,03
Aluminium	0,03
iEitan	0,07
Zirkon	Eest auf 100 $έ
Kobalt
Nickel


Bestandteil
Chrom
Bor
Kohlenstoff
ITiekel

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Es wurden jeweils zwei dieser Vormischungen in bestimmten Mengenverhältnissen miteinander vermischt, um zu Legierungen zu kommen, die einen bestimmten Cermettyp enthielten. Durch Vermischen bestimmter Mengen der Pulver A und C gelangt man zu Legierungen, die Titansilizid enthalten, Vermischen der Pulver A und B führt zu Titanborid-haltigen Legierungen, Vermischen der Pulver E mit C zu Zirkonsilizid-haltigen Legierungen und Vermischen der Pulver B und D zu Zirkonborid-haltigen Legierungen. Solche Mischungen wurden in einen Hegel oder eine Form aus hoch feuerfestem Material gebracht, in einen Ofen gestellt, in trockener inerter Argonatmosphäre auf erhöhte Temperatur erhitzt. Die Höhe der Temperatur und die Erhitzungsdauer hingen von der Zusammensetzung der jeweils eingesetzten Pulvermischung ab. In jedem Fall wurde ein Formteil erhalten, dessen Kontur der Form bzw. des Tiegels entsprach. Das Teil bestand durch und durch aus einer kontinuierlichen Phase des liatrixmetalls und, gleichmäßig hindurch verteilt, diskrete Phasen der keramischen Verbindungen.

Für die weiteren Beispiele wurden noch folgende binäre Legierungen von Kobalt und Nickel mit den nicht-metallischen Elementen , Bor oder Silizium und dem reaktiven Metall Titan oder Zirkon hergestellt. Diese binären Vorlegierungen sind niedrig schmelzende eutektische Gemische, die bevorzugt eingesetzt werden.

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PULTSB	Beatendteil	Baatandteil	S	Gew.-9t
Bor	Silisiu»		4,0
Kobalt	Kobalt		96,0
Schmelztemperaturt 109 5		(2003 ⁰S)
PULTSS	⁰C
7	Gew.-*
	12,5
	87,5

Schmelzteeperatur/ 1145 °C (2183

PULYBBfe

Beatmdtail	Gew.-fli
Titan	70
Kobalt	30

Schmelztemperatur: 1020 ⁰C(1868 ⁰I)

PULTBR E

Beatandteil Sew.·

Titan 20

Kobalt 80

Schmelztemperatur» 1198 ⁰C (2138 ⁰F).

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	PULVEH I	Sew.-
Beetandteil		3,8
Bor		. 96,2
Nickel

Schmelztemperatur! 1079 ⁰C (1976 ⁰P).

PULVER J

Bestandteil

Nickel

Schmelztemperatur» 971 ⁰C (1782 ^WF).

	PULVER K	Gew.-#
Bestandteil		11,5
Silizium		88,5
Nickel

Schmelztemperatur! 1125 ⁰C (2057 ⁰P)

	PULVER	L	Gew	0
Beetandteil			19,	0
Silizium			81,
Nickel

Schmelztemperatur! 964 ⁰C (1767 ⁰F).

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PULVER M

Bestandteil · Gew.-?

Chrom 44,0

Kobalt 56,0

Schmelztemperatur! 1400 ⁰C (2552 ⁰J).

	PULVER	Ή	Gew.
Bestandteil			85,0 15,0
Zirkon Kobalt

Schmelztemperatur» 980 ⁰C (1798 ⁰P).

In den nun folgenden Beispielen werden Pulvermischüngen* ausgewählt aus den vorstehenden Vorlegierungen, gebracht, die sowohl zur Herstellung von Konstruktionsteilen als auch von Überzügen eingesetzt werden können.

BEISPIEL II

100 g des Pulvers E, 12,65 g des Pulvers G und 37,5 g des Pulvers M wurden miteinander vermischt. Diese Zusammensetzung enthält Titan und Bor in solchen stöchiometrisehen Mengen, daß die Verbindung SJiB₂ entsteht. Nach Schmelzen bei erhöhter !Temperatur resultiert eine Legierung, die aus einer

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kontinuierlichen Matrix der Metalle Kobalt und Chrom mit Titandiborid als weitgehend gleichmäßig durch die Matrix verteilte diskrete Partikel. Die Legierung setzt sich zusammen aus 80,45 i» Kobalt, 11,0 $> Chrom und 8,55 # Titandiborid.

BEISPIEL III

90,35 g des Pulvers D und 10 g des Pulvers G wurden miteinander vermischt. Die Verhältnisse der verschiedenen Bestandteile schaffen eine kontinuierliche Metallmatrix, bestehend aus Mckel, Chrom und Kobalt, und das Titan und das Bor sind in im wesentlichen stöchiometrisehen Mengen anwesend, so daß die Verbindung 2i3p entsteht. Die Pusion des Pulvergemisches bei erhöhter Temperatur führte zu einer Legierung folgender theoretischer Zusammensetzung: 73,25 ^σ/ο Nickel, 13,55 $ Chrom, 3 v> Kobalt und 10,2 h> Titandiborid.

BEISPIEL IY

100 g des Pulvers F wurden mit 15,22 g des Pulvers S und

Mengen- _t

50 g des Pulvers M vermischt. Lie/Yerhältniss-e der vorliegenden Bestandteile fUJarte zu einer kontinuierlichen metallischen !»latrix, die aus Kobalt und Chrom bestand, und die reaktiven Bestandteile Titan und Silizi"^ lagen in

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cn.·-': ·■-■ ■■■■ ."■

stöchiometrischen Verhältnissen zur Bildung der Verbindung TiSi₂ Tor. Die nach der Hitaebehandlung resultierende Legierung hatte eine theoretische Zusammensetzung von 72,7 Jt tobalt, 13,3 # Chrom und 14,0 £ Titandisilizid.

BEISPIEL T

Be wurden 82,1 g des Pulrers C mit 10 g des Pulvers G- vermischt, um ca einer Legierung zu kommen, deren metallische Matrix aus ffickel, Kobalt und Chrom bestand. Titan und Silizium lagen in einem stöchiometrisehen Verhältnis vor, das der Verbindung TiSi₂ entsprach. Bach exothermer Reaktion wurde eine Legierung folgender theoretischer Zusammensetzung erhalten· 63,5 £ Nickel, 16,6 £ Chrom, 3,3 £ Kobalt, 16,1 # Titandisilizid, 0,2 # Titan und 0,2 > Eisen.

BEISPIBL VI

100 g des Pulvers F, 19,84 g des Pulvers H und 50 g Pulvers H wurden vermischt. Sie reaktiven Bestandteile Zirkon und Bor lagen in einem der Verbindung ZrB₂ entsprechenden Mengenverhältnis vor. Die metallische Matrix bestand aus einer Legierung von Kobalt und Chrom. Mach der Hitzebehandlung wurde eine Legierung erhalten, die eine theoretische Zusammensetzung von 74,75 * Kobalt, 12,95 + Chrom und 12,3 >* Zirkondiborid hatte.

Die Reihe der Beispiele läßt sich, wie jeder Pachmann

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ORIGINAL INSPECTS^

ohne weiteres erkennt, noch beliebig erweitern*

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Claims

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DR.ING. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. H AUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TBI.. 36 74 28 TTND 3β*1 15 TILEGB. NEGEDAPATENT HAMBURG

COLMOIiOY C0EP0EATI0U München 15 ■ mozartstr.2s

_ TEL.338O58«

19345 John S. Street

Detroit, Michigan/USA

Hamburg, den 7. Februar 1970

Patentansprüche

1. Hitzebeständige legierung, bestehend aus 60 bis 90 $> einer nicht porösen durchgehenden metallischen Matrix, die zu 10 bis 40 #, vorzugsweise 15 bis 25 $, von Chrom und entsprechend 90 bis 60 $ aus Nickel und/oder Kobalt, und den üblichen Verunreinigungen gebildet wird, und diskretenPartikeiln einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe,bestehend aus Sitansilizid, litanborid, Zirkonsilizid, Zirkonborid oder Mischungen davon, die gleichmäßig durch die ganze Matrix verteilt sind und 2 bis 40 # der Legierung ausmachen.

Verfahren zur Herstellung der hoch hitzebeständigen Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine pulverförmige Mischung herstellt, bestehend aus (a) 60 bis 90 $ Matrixmetallen, wovon 10 bis 40 fo Chrom und 90 bis 60 j> ITickel und/oder Kobalt sind, und (';) reaktiven Bestandteile* nämlich 1,5 bis 2,8 # Sitan und/oder 1,8 bis 36 $> Zirkon als reaktives Metall und 0,5 bis 20 fi

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■a»·

Silizium und/oder 0,5 bis 18 £ Bor als reaktives Nicht-Metall, und diese Mischung in inerter Atmosphäre ausreichend lang erhitzt, bis mindestens 1 Teil der ilischiing schmilzt und die exotherme Reaktion zwischen den reaktiven Bestandteilen stattfindet, so daß sich mindestens 1 Teil der reaktiven Bestandteile miteinander umsetzt and diskrete Partikel in der Matrix bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Matrix bildenden Metalle und die reaktiven Bestandteile in Form von vorlegierten Pulverpartikeln eingesetzt werden.

4· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Vorlegierungen einer Zusammensetzung hergestellt werden, die dem niedrig schmelze-nden eutektiechen Gemisch" entsprechen.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die matrixbildenden Metalle in einer alenge von 70 bis 90 $> und die reaktiven Bestandteile in einer Menge eingesetzt werden, daß hier bis 30 fi des entsprechenden Metallsilizids oder Borids entstehen.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Jüatrixmetallgemisch hergestellt wird, das 15 bis 25 $> Chrom enthält.

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7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Matrixmetallgemisch hergestellt wird, das aus 15 Die 25 ?6 Chrom, bis zu 5 # Kobalt und Best Hickel besteht .

8· Verfahren nach Anspruch 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Metall und das reaktive Nicht-Metall in stöchioaetrisohen Verhältnissen eingesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich bis zu 10 i* Titannitrid zugesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche 3 bis 9 zur Herstellung von Konstruktionsteilen, wie Turbinenschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung so fein mahlt, daß die Partikel eine Größe im Bereich τοη 20 bis 5OOyU haben, die Mischungen in eine ?orm einbringt, deren Wandung den Umrissen des gewünschten Teiles entspricht, die Mischung in dieser form ausreichend lange erhitzt, so daß alles rβattire Metall sich mit dem Ylcht-Metall umgesetzt hat und die Legierung vollständig geschmolzen ist, abkühlen laßt, den fertigen Teil aus der Form herausnimmt und ggfs. einer Hacharbeitung durch Schleifen unterwirft.

11. Verfahren nach Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche

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ay

ay -

3 bis 9, zur Herstellung eines hoch hitzebeständigen Überzuges auf einer. Oberfläche beliebiger Gestalt aus einer hitzebeständigen Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine pulverförmige Mischung aus den Matrixmetallen und den reaktiven Bestandteilen zu einer Partikelgröße von 20 bis 150/u mahlt, die Mischung auf die Oberfläche aufbringt in einer Schichtdicke, der der Dicke des gewünschten Überzuges entspricht, das die Mischung tragende Substrat in inerter Atmosphähre ausreichend lange auf erhöhter Temperatur hält, so daß mindestens 1 Teil der Mischung schmilzt, die exotherme Reaktion zwischen den reaktiven Bestandteilen mindestens teilweise vor sich geht und sich das Metallborid bzw. das Metallsilizid als diskrete Partikel durch die Matrix hindurch verteilt, und eine Legierung zwischen dem Überzug und dem Substrat an der Grenzfläche stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung ein organischer Binder zugesetzt wird, der sich bei dem Erhitzen thermisch zersetzt und keinen Bückstand hinterläßt.

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-^ -- Sie -

13. Pulverförmige Zusammensetzung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 12, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 60 - 90 # Matrixenmetallen, wovon 10 bis 40 io Chrom und 90 bis 60 ji Nickel und/oder Kobalt sind, und reaktiven Bestandteilen, nämlich 1,5 bis 2,8 $ Titan und/oder 1,8 bis 36 $ Zirkon sowie 0,5 bis 20 # Silizium und/oder 0,5 - 18 # Bor.

H. Pulverförmige Zusammensetzung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Partikelgröße im Bereich von 20 bis

15. Pulverförmige Zusammensetzung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Partikelgröße im Bereich von 20 bis

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