DE2107372C3 - Process for the production of extremely impact-resistant coatings on chromium-containing nickel or cobalt super-alloys - Google Patents
Process for the production of extremely impact-resistant coatings on chromium-containing nickel or cobalt super-alloysInfo
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Description
verwendet wird.is used.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminieren durch Einbetten der vernickelten Legierung in eine Zementierpackung aus 10 bis 30 Gewichtsprozent Chrom, 1 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium, einer kleinen Menge eines Halogenid-Beschleunigers und als Rest einem partikelförmigen, inerten, schwer schmelzbaren Material und Erhitzen 1 bis 30 Stunden auf eine Temperatur von 954 bis 1121° C durchgeführt wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the aluminizing by embedding of the nickel-plated alloy in a cement pack of 10 to 30 percent by weight Chromium, 1 to 5 weight percent aluminum, a small amount of a halide accelerator and the remainder of a particulate, inert, poorly fusible material and heating 1 to 30 hours at a temperature of 954 to 1121 ° C.
5 bis 6O«/o Nickel,5 to 60% nickel,
Va bis l°/o Titan,Va to l% titanium,
0,002 bis 0,1 % Schwefel und als Rest im wesentlichen aus dem inerten, schwer schmelzbaren Material0.002 to 0.1% sulfur and the remainder essentially made of the inert, difficult-to-melt material
verwendet wird.is used.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bett aus4. The method according to claim 3, characterized in that a bed of
4O°/o Nickel,
0,2«/o Titan,40 ° / o nickel,
0.2% titanium,
O,O2°/o Schwefel und als Rest im wesentlichen aus Aluminiumoxyd0.02% sulfur and the remainder essentially made of aluminum oxide
verwendet wird.is used.
5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als chromhaltige »Superlegierung« eine solche mit Kobalt als Grundmetall aus5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the chromium-containing "Superalloy" selects one with cobalt as the base metal
10 bis 30 Gewichtsprozent Chrom, bis 15 Gewichtsprozent Nickel, bis 15 Gewichtsprozent Eisen, bis 5 Gewichtsprozent Niob, bis 15 Gewichtsprozent Wolfram, bis 5 Gewichtsprozent Titan und bzw.10 to 30 percent by weight chromium, up to 15 percent by weight nickel, up to 15 percent by weight iron, up to 5 percent by weight niobium, up to 15 percent by weight tungsten, up to 5 percent by weight titanium and resp.
oder Aluminium,or aluminum,
bis 1 Gewichtsprozent Zirkonium, bis 1,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff, bis 2 Gewichtsprozent Silicium, bis 2 Gewichtsprozent Mangan, Rest undup to 1 percent by weight zirconium, up to 1.5 percent by weight carbon, up to 2 percent by weight silicon, up to 2 percent by weight manganese, the remainder and
wenigstens 45 Gewichtsprozentat least 45 percent by weight
Kobaltcobalt
oder eine solche mit Nickel als Grundmetall ausor one with nickel as the base metal
10 bis 30 Gewichtsprozent Chrom,10 to 30 percent by weight chromium,
bis 20 Gewichtsprozent eines der Metalle Wolfram und Molybdän, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Nickelüberzugs auf einer Chrom enthaltenden Legierung und anschließendes Aluminieren des Überzugs.up to 20 percent by weight of one of the metals tungsten and molybdenum. The invention relates to a method of production a nickel coating on a chromium-containing alloy and then aluminizing the Coating.
Die neueste Entwicklung auf metallurgischem Gebiet hat es als notwendig erwiesen, der Technik hitzebeständige Legierungen mit hohen Kobalt- und bzw. oder hohen Nickelgehalten (die gelegentlich auch als »Superlegierungen« bezeichnet werden) zur Verfügung zu stellen, die wünschenswerte Eigenschaften bei verschiedenen Hochtemperaturanwendungen aufweisen, z. B. bei der Herstellung von Rotorblättern und Statorschaufeln für bei hohen Temperaturen betriebene Gasturbinen, wobei von diesen Maschinenteilen ein störungsfreier Betrieb auch dann verlangt wird, wenn sie längere Zeit Temperaturen von wesentlich über 8160C und sogar beträchtlich über dem Temperaturbereich ausgesetzt werden, beiThe latest developments in the metallurgical field have proven it necessary to provide the technology with heat-resistant alloys with high cobalt and / or high nickel contents (which are sometimes also referred to as "superalloys") which have desirable properties in various high-temperature applications, z. For example, when they are in the production of rotor blades and stator vanes for operating at high temperatures, gas turbines, wherein a fault-free operation is even required by these machine parts longer time temperatures substantially above 816 0 C and even considerably exposed to the temperature range in
so welchem bei hochtemperaturfesten austenitischen
oder Nickel-Chrom-Stählen ein Bruch oder eine Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften erwartet
werden kann.
Superlegierungen als solche mit nichts anderemso that in the case of high-temperature resistant austenitic or nickel-chromium steels a breakage or a deterioration in the strength properties can be expected.
Superalloys as such with nothing else
,55 haben bei ihrer Anwendung nicht immer die erforderliche Beständigkeit gegen Schaden durch Hitzekorrosion bei derartigen erhöhten Temperaturen gezeigt. Daher hat man auf korrosionsbeständige Überzüge als eines der Mittel zurückgegriffen, mit deren Hilfe man die Beständigkeit des Substrates gegen Hochtemperaturkorrosion erhöhen will, vor allem bei in neuzeitlichen Düsentriebwerken verwendeten, kompliziert geformten Maschinenteilen, von denen bekannt ist, daß beim Hantieren und Kalibrieren entstehende Schaden zu einer vorzeitigen Zerstörung der Schutzüberzüge, die von Natur aus zur Sprödigkeit neigen, führen können. Was die »Superlegierungen« mit Kobalt als Grundmetall anbelangt, so bestehen, 55 do not always have the required resistance to heat corrosion damage when used shown at such elevated temperatures. Therefore, one has to have corrosion-resistant coatings resorted to as one of the means by which one can determine the resistance of the substrate to Wants to increase high-temperature corrosion, especially in those used in modern jet engines, Complicated machine parts, which are known to arise during handling and calibration Damage to premature destruction of the protective coatings, which by nature lead to brittleness tend to lead. As for the "superalloys" with cobalt as the base metal, there are
,ge überzüge, deren man sich für solche Anwendungszwecke am häufigsten bedient, aus Kobaltaluminiden, die Dispersionen von Carbiden der Typen MC M6C und M23C6 enthalten. Überzüge dieser Art verleihen zwar eine gute Beständigkeit gegen Oxydation, sind indessen zu spröde für eine Reihenfertigung auf Montagebändern., ge coatings, which are most commonly used for such applications, made of cobalt aluminides containing dispersions of carbides of the types MC M 6 C and M 23 C 6 . Coatings of this type give good resistance to oxidation, but are too brittle for serial production on assembly lines.
Es ist ferner versucht worden, ein Zweistufenverfahren zur unabhängigen Abscheidung von NickelAttempts have also been made to develop a two-step process for the independent deposition of nickel
gende Zementierpackung, die im wesentlichen aus dem genannten schwefelaktivierbareti Übertragungsmetall in Mischung mit einem inerten, schwer schmelzbaren Material (z.B. Aluminiumoxyd) be-"* steht, eiinbettet, wobei das Bett eine geringe, aber wirksame Menge Schwefel enthält, um die Übertragung b2w. den Transport des genannten schwefelaktivierbaren Metalls auf das Substrat des erwähnten Artikels bei einer erhöhten Diffusionsbeschichtungs-Cementing packing consisting essentially of said sulfur-activatable transfer metal mixed with an inert, heavy-duty fusible material (e.g. aluminum oxide) be - "* stands, embeds, the bed being a low, but contains effective amount of sulfur to b2w transmission. the transport of said sulfur-activatable Metal on the substrate of the mentioned article with an increased diffusion coating
und Aluminium auf »Superlegierungen« mit Kobalt io Temperatur zu bewirken, und man dann die genannte
als Grundmetall zu entwickeln, und zwar durch Ver- Packung und den darin eingebetteten Artikel auf
wendung einer Nickel-Aluminiumoxyd-Packung
(40 Gewichtsprozent Nickelpulver und 60 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd), die einen Halogenid-Beschleuniger,
z. B. 1U Gewichtsprozent Ammonium- 15
bifluorid, enthält. Auch derartige Packungen haben
jedoch nicht den Transport bzw. das Übertragen des
Nickels mit dem angestrebten Erfolg bewirkt, weil
die Dämpfe des Beschleunigers weit eher dazu neigten, die Oberfläche des Maschinenteiles anzugreifen, ao
als Nickel aus der Packung abzuscheiden.and to effect aluminum on "superalloys" with cobalt at 10 temperature, and then to develop the aforementioned as the base metal, namely by packing and the article embedded in it using a nickel-aluminum oxide packing
(40 percent by weight nickel powder and 60 percent by weight aluminum oxide) containing a halide accelerator, e.g. B. 1 U weight percent ammonium 15
bifluoride. Also have such packs
but not the transport or the transfer of the
Nickels with the intended success causes because
the accelerator vapors tended to attack the surface of the machine part, ao
to deposit as nickel from the pack.
Aus der US-PS 3141 744 ist ein zweistufiges Verfahren bekannt, bei welchem auf elektrolytischemFrom US-PS 3141 744 is a two-step process known at which on electrolytic
Wege Überzüge aus Stahl, Nickel oder Kupfer aufge- _ .Ways coatings made of steel, nickel or copper are _.
bracht werden. Das Aufbringen von Nickelaluminid- as mit Nickel oder Kobalt als Grundmetall in eine in Überzügen auf Superlegierungen ist ihr nicht zu ent- Partikelform vorliegende Zementierpackung, im wenehmen. Es wäre auch nach der hier gegebenen sentlichen bestehend aus Nickelpulver im Gemisch Lehre auf elektrolytischem Wege auch nicht möglich. mit einem inerten, schwer schmelzbaren Material,be brought. The application of nickel aluminide as with nickel or cobalt as base metal in an in Coating on superalloys is not to be removed from them. It would also consist of a mixture of nickel powder according to the essential elements given here Electrolytic teaching is also not possible. with an inert, difficult to melt material,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die einer kleinen Menge Schwefel sowie einer kleinen Entwicklung eines Verfahrens, durch welches ein 30 Menge eines sauerstoffabfangenden Metalls, dessen äußerst schlagfester und hitzekorrosionsbeständiger freie Oxydbildungsenergie wenigstens 115 000 Ka-Überzug auf »Superlegierungen«, z. B. solchen mit Ionen pro Grammatom Sauerstoff bei 25° C beträgt, Kobalt als Grundmetall und Legierungen mit Nickel einbettet, das Bett auf die Diffusionsüberzug-Bilals Grundmetall und hohem Chromgehalt, erzeugt dungstemperatur von Nickel erhitzt, während man werden kann Ferner soll die Erfindung der Technik 35 den Sauerstoff in der Packung auf einem PartialdruckThe object of the present invention is therefore that of a small amount of sulfur as well as a small amount Development of a process by which an amount of an oxygen scavenging metal whose Extremely impact-resistant and heat-corrosion-resistant free oxide formation energy of at least 115,000 Ka coating on "superalloys", e.g. B. those with ions per gram atom of oxygen at 25 ° C, Cobalt as the base metal and alloys with nickel embeds the bed on the diffusion coating bilals Base metal and high chromium content, generated temperature of nickel while being heated Furthermore, the invention of the art is intended to keep the oxygen in the pack at a partial pressure
eine erhöhte Diffusionsbeschichtungs-Temperatur erhitzt, um so die Diffusionsbeschichtung jenes Artikels mit dem Übertragungsmetall herbeizuführen, wobei die Durchführung der Beschichtung unter Aufrechterhaltung eines Sau' Stoffdruckes in der Packung erfolgt, der unter dem Partialdruck liegt, bei welchem die Oxydation des Schwefels zu Schwefeldioxyd verhindert wird.an elevated diffusion coating temperature will heat the diffusion coating of that article with the transfer metal, carrying out the plating while maintaining a Sau 'substance pressure in the pack takes place, which is below the partial pressure at which the oxidation of sulfur to sulfur dioxide is prevented.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Nickelüberzugs auf einer Chrom enthaltenden Legierung und anschließendes Aluminieren des Überzugs, welches sich dadurch auszeichnet, daß man eine chromhaltige »Superlegjerung«The invention relates to a method for producing a nickel coating on a chromium containing alloy and subsequent aluminizing of the coating, which is characterized by that a chromium-containing "super alloy"
ein »Superlegierungse-Substrat, z. B. das Substrat einer »Superlegierung« mit Kobalt als Grundmetall, zur Verfügung stellen, das einen duktilen, schlagfesten und hitzekorrosionsbeständigen Überzug aufweist, der darauf durch Diffusion gebunden ist.a "superalloy substrate, e.g. B. the substrate a »superalloy« with cobalt as the base metal, the one ductile, impact-resistant one and has a heat corrosion resistant coating bonded thereon by diffusion.
Es ist nun ein Verfahren aufgefunden worden, mit dessen Hilfe man die Übertragung des Nickels durch Packungszementierung auf »Superlegierungse-Substrate, wie Legierungen mit Kobalt und Nickel alsA method has now been found by means of which one can carry out the transfer of the nickel Packing cementation on »superalloy substrates, like alloys with cobalt and nickel as
hält, der unter jenem Druck liegt, bei dem die Oxydation von Schwefel zu Schwefeldioxyd verhindert wird und daß man anschließend das Aluminieren durch Diffusion ducbführt.which is below the pressure at which the oxidation of sulfur to sulfur dioxide is prevented and that the aluminizing is then carried out by diffusion.
Bei der praktischen Durchführung des Packungszementierprozesses wird der Sauerstoff dadurch auf dem gewünschten Partialdruck gehalten, daß man der Packung eine kleine, aber wirksame Menge eines sauerstoffabfangenden Metalls (z. B. Titan) zumischt,In the practice of the pack cementing process, this causes the oxygen to rise kept the desired partial pressure that the pack a small but effective amount of one admixes oxygen-scavenging metal (e.g. titanium),
Grundmetall, unter Vermeidung der Ausbildung von 45 bei dem die freie Bildungsenergie für das Oxyd wechromhaltigen Versprödungsphasen an der Grenz- nigstens 115 000 kai pro Grammatom Sauerstoff bei fläche herbeiführen kann. Wenn auch die Erfindung etwa 25° C beträgt.Base metal, avoiding the formation of 45 in which the free energy of formation for the oxide contains chromium Embrittlement phases at the border contribute at least 115,000 kai per gram atom of oxygen area can bring about. Even if the invention is about 25 ° C.
insbesondere auf »Superlegierungen« mit Kobalt als Wird Nickel als Übertragungsmetall verwendet, soespecially on "superalloys" with cobalt as. If nickel is used as the transfer metal, see above
Grundmetall anwendbar ist, so eignet sie sich da- soll die partikelförmige Vernickelungspackung eine
neben auch für das Überziehen von Legierungen mit 50 Zusammensetzung aufweisen, die — in Gewichtspro-Nickel
als Grundmetall, die beispielsweise 10 bis zent ausgedrückt — aus 5 bis 60 °/o Nickel, Ve bis
30 Gewichtsprozent Chrom enthalten, wobei das ab- 1 °/o Titan, 0,002 bis 0,1 % Schwefel und als Rest im
geschiedene Nickel das Chrom an der Grenzfläche wesentlichen aus einem inerten, schwer schmelzbaren
verdünnt und so die Ausbildung der vorerwähnten Material, z. B. einem schwer schmelzbaren Oxyd, wie
chromhaltigen Versprödungsphasen, wie Chrom- 55 Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliciumdioxyd
carbide, -nitride u. dgl., verhindert. Somit ist es er- u. dgl., besteht. Eine besonders geeignete Packung befindungsgemäß
möglich, einen schlagfesten Überzug
auf einem »Superlegierungs«-Substrat durch Pakkungs-Zementierung herzustellen, bei welchem zunächst
eine Schicht eines diffusionsgebundenen, 60 gung des diffusionsgebundenen Nickelüberzuges wird
schwefelaktivierbaren Übertragungsmetalls, wie Nik- das Substrat des Artikels gereinigt und die mit dem
kel, erzeugt wird. Die Verbesserung besteht darin,
daß man einen Artikel aus den erwähnten »Superlegierungen« herstellt, welche ein gelöstes Metall
(solute metal), z. B. Chrom, enthalten, bei dem die 65
freie Bildungsenergie des Sulfides größer als die des
Übertragungsmetalls (z. B. größer als die des Nickels)
ist, man den Artikel in eine in Partikelform vorlie-Base metal is applicable, so it is suitable as the particulate nickel-plating pack should also have a composition for coating alloys with 50% composition - in terms of weight pro-nickel as base metal, which is, for example, 10 to 100% - from 5 to 60% Nickel, Ve contain up to 30 percent by weight of chromium, with the ab- 1% titanium, 0.002 to 0.1% sulfur and the remainder in the separated nickel, the chromium at the interface being essentially diluted from an inert, difficult-to-melt, and so the formation of the aforementioned material, e.g. B. a difficult-to-melt oxide, such as chromium-containing embrittlement phases, such as chromium aluminum oxide, magnesium oxide, silicon dioxide carbide, nitride and the like. Thus it is like that. A particularly suitable pack is possible, an impact-resistant cover
on a "superalloy" substrate by package cementation, in which a layer of a diffusion-bonded, sulfur-activated transfer metal such as Nik- the substrate of the article is cleaned and the one with the kel is produced. The improvement is
that an article is made from the "superalloys" mentioned, which are a dissolved metal
(solute metal), e.g. B. Chromium, in which the 65
The free energy of formation of the sulfide is greater than that of the
Transfer metal (e.g. larger than that of nickel)
is to present the article in a particle form
steht zusammensetzungsmäßig aus ungefähr 40% Nickel, 0,2% Titan, O,O2«/o Schwefel und als Rest im wesentlichen aus Aluminiumoxyd. Nach der Erzeu-is composed of about 40% nickel, 0.2% titanium, 0.02% sulfur and the remainder im essentially made of aluminum oxide. After the production
Überzug versehene Oberfläche dann veraluminiert, wodurch ein schlagfester, Nickelaluminid enthaltender überzug von verbesserter Duktilität erzeugt wird.The coated surface is then aluminized, creating an impact-resistant, nickel aluminide-containing coating of improved ductility is produced.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und dem Ausfuhrungsbeispiel.Further advantages, features and embodiments of the invention emerge from the following Description and the exemplary embodiment.
Wie oben bereits erwähnt, ist die Arbeitsweise so-As already mentioned above, the working method is
IOIO
aoao
wohl auf »Superlegierungen« mit Nickel als Grundmetall als auch auf solche mit Kobalt als Grundmetall anwendbar. Als Beispiel der Legierungen mit Nickel als Grundmetall ist als typische Legierung eine solche anzuführen, die folgende Komponenten in Mengen, die in Gewichtsprozent ausgedrückt sind, enthält:probably on "superalloys" with nickel as the base metal as well as on those with cobalt as the base metal applicable. As an example of the alloys with nickel as the base metal, a typical alloy is one to list those that contain the following components in amounts expressed in percent by weight, contains:
bis 30% Chrom,up to 30% chromium,
bis zu 20 % eines der Metalle Molybdän undup to 20% of one of the metals molybdenum and
Wolfram,
bis zn 10% eines der Metalle Niob undTungsten,
up to 10% of one of the metals niobium and
Tantal,Tantalum,
bis zu 0,5% Kohlenstoff,
bis zu 6,5% eines der Metalle Titan undup to 0.5% carbon,
up to 6.5% of one of the metals titanium and
Aluminium,Aluminum,
wobei die Gesamtmenge dieser Metalle 10 Vo nicht überschreitet,whereby the total amount of these metals does not exceed 10 Vo,
bis zu 20% Kobalt,up to 20% cobalt,
bis zu 2% Mangan,up to 2% manganese,
bis zu 2% Silicium,up to 2% silicon,
bis zu 0,1% Bor,up to 0.1% boron,
bis zu 1 % Zirkonium und als Restup to 1% zirconium and the rest
wenigstens 45% Nickel.at least 45% nickel.
Was die Legierungen mit Kobalt als Grundmetall as anbelangt, so enthält eine typische Legierung die folgenden Komponenten in Mengen, die in Gewichtsrozent ausgedrückt sind:As for the alloys with cobalt as the base metal as For that matter, a typical alloy contains the following components in amounts expressed in percent by weight expressed are:
bis 30% Chrom,
bis zu 15% Nickel,
bis zu 15% Eisen,
bis zu 5% Niob,
bis zu 15% Wolfram,up to 30% chromium,
up to 15% nickel,
up to 15% iron,
up to 5% niobium,
up to 15% tungsten,
bis zu 5 % Titan und/bzw. oder Aluminium, bis zu 1% Zirkonium,
bis zu 1,5% Kohlenstoff, bis zu 1 oder 2% Silicium, bis zu 2% Mangan und als Rest im wesentlichen
wenigstens 45% Kobaltup to 5% titanium and / or. or aluminum, up to 1% zirconium,
up to 1.5% carbon, up to 1 or 2% silicon, up to 2% manganese and the remainder essentially at least 45% cobalt
Eline im Handel erhältliche Legierung (Nr. 5 in der Tabelle) mit Kobalt als Grundmetall enthält — in Gewichtsprozent ausgedrückt —Eline contains commercially available alloy (No. 5 in the table) with cobalt as the base metal - in Expressed weight percent -
0,45% Kohlenstoff,0.45% carbon,
0,25% Mangan,0.25% manganese,
0,25% Silicium,
21% Chrom,
11% Wolfram,0.25% silicon,
21% chromium,
11% tungsten,
2% Niob,2% niobium,
2% Eisen und als Rest im wesentlichen Kobalt.2% iron and the remainder essentially cobalt.
ie Abscheidung vonhe deposition of
seimay be
sie nun ^sichtlich zugeverwendeten Packungsma- you now ^ visibly used packaging
3° rci restliche Sauerstoff in
Schwefeldioxyd und dem 3 ° rci remaining oxygen in
Sulfur dioxide and that
4040
45 Nickel, ta 45 nickel, ta
MUt wie durch Mikroanalyse bestimmt wurde.MUt as determined by microanalysis.
Irnluge des normalen Ablaufes des Prozesses sind die Ao, wie sie aus der VeniickelungspackungAre out of line with the normal course of the process the Ao as it comes out of the packaging
bestimmten rnaseu vuu «^...w« w certain rnaseu vuu «^ ... w« w
senem Pulver aus der Packung, wobei das Chrom-' Zusammensetzung nach aus Sulfiden dersenem powder from the pack, the chromium 'composition according to sulfides of the
Die optimale Arbeitsmethode zur Vernickelung der vorstehenden Legierung Nr. 5 besteht in der Abscheidung von Nickel bei 1050° C + 14° C vermittels Einbetten eines aus der Legierung gefertigten 55 Artikels, z. B. eines Flügelabschnitts, in eine partikelförmige Packung, die 40 Gewichtsprozent Elektrolytnickel von einer Maschensiebfeinheit von minus 200 Maschen entsprechend < 0,074 mm und 60 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd von einer Maschen- 6° siebfeinheit von minus 325 Maschen entsprechend < 0,044 mm enthält, wobei das Gemisch ferner »/i» Gewichtsprozent Titan enthält und der Schwefelgehalt 0,015 bis 0,05 Gewichtsprozent ausmacht. Die Es ist wicnug, uau usi *»... r The optimal working method for nickel-plating the above alloy no. 5 consists in the deposition of nickel at 1050 ° C + 14 ° C by embedding an article made from the alloy, e.g. B. a wing section, in a particulate pack containing 40 weight percent electrolyte nickel with a mesh screen fineness of minus 200 meshes corresponding to <0.074 mm and 60 weight percent aluminum oxide with a mesh size of 6 ° screen fineness of minus 325 meshes corresponding to <0.044 mm, the mixture also Contains weight percent titanium and the sulfur content is 0.015 to 0.05 weight percent. It is wicnug, uau usi * »... r
primäre Quelle für den Schwefel ist das Nickelpulver. 65 der Packung auf einem Wert gehalten wird, der unter-the primary source of sulfur is nickel powder. 65 of the pack is kept at a value below
Mit der vorerwähnten Packung werden Nickelüber- halb jenes Wertpegels liegt, bei dem die OxydationWith the aforementioned packing, nickel will be above the level at which oxidation occurs
züge in einer Dicke bis zu 0,0508 mm erzeugt. von Schwefel im wesentlichen verhindert wird. Wietrains with a thickness of up to 0.0508 mm are generated. is essentially prevented by sulfur. As
Tm Zuße der Untersuchung der positiven Wirkung ermittelt wurde, ist eine Titanmenge von ungefährAccording to the study of the positive effect, an amount of titanium is approximately
0CO76 mm, und die Dicke steigt mit dem Schwefelzusatz
und dem erhöhten Nickeltransport an.
Es ist wichtig, daß der SauerstoffpartiaWruck in
f f i Wert gehalten wird der unter0CO76 mm, and the thickness increases with the addition of sulfur and the increased nickel transport.
It is important that the oxygen partial pressure is kept in ffi value that below
3In0Io besonders vorteilhaft, um während des Ablaufes des Vernickelungsprozesses eine verbesserte Nickelübertragung unter gleichzeitiger Herabsetzung der Schäden durch Oxydation auf einen Mindestwert zu gewährleisten. Abweichend hiervon können auch andere Sauerstoff-Abfänger Anwendung finden, soweit die freie Bildungsenergie des Oxydes wenigstens 115 kcal pro Grammatom Sauerstoff beträgt. Wie oben bereits erwähnt, wird der Übergang des Nickels aus der Packung auf das Legierungssubstrat beeinträchtigt, sofern nicht dafür Sorge getragen wird, daß der SauerstofEpartialdruck in der Packung auf dem gewünschten niedrigen Wert gehalten wird. Eine solche Beeinträchtigung kann eintreten, wenn in der Packung zu wenig Titan vorhanden ist, um die Bildung von Schwefeldioxyd und sogar von Chromoxyd auf dem Legierungssubstrat zu unterdrücken. Ist z. B. kein Titan in der Packung vorhanden, so hat das zur Folge, daß keine Nickelübertragung erfolgt und das Substrat mit einer starken Oxydationsschicht überzogen wird. Eine andere Methode, um den Sauer- 3 In 0 Io particularly advantageous in order to ensure an improved nickel transfer during the course of the nickel-plating process while at the same time reducing the damage caused by oxidation to a minimum value. Notwithstanding this, other oxygen scavengers can also be used, provided the free energy of formation of the oxide is at least 115 kcal per gram atom of oxygen. As mentioned above, the transfer of the nickel from the packing to the alloy substrate is impaired unless care is taken to keep the oxygen partial pressure in the packing at the desired low value. Such impairment can occur if there is insufficient titanium in the packing to suppress the formation of sulfur dioxide and even chromium oxide on the alloy substrate. Is z. For example, if there is no titanium in the pack, this has the consequence that no nickel transfer occurs and the substrate is coated with a strong oxidation layer. Another way to get rid of the sour
stoffpartialdruck auf dem erwünschten niedrigen Wert zu halten, besteht darin, den in der Packung okkludierten Sauerstoff mit Hilfe eines im wissentlichen sauerstoßfreien inerten Gases, wie Argon, fortzuspülen. Allgemein läßt sich sagen, daß beil Verwendung von Titan als Sauerstoff-Abfänger dessen Menge in der Packung Ve bis l°/o betragen kann. Eine typische Packung, die zur Behandlung der Legierung Nr. 5 geeignet ist, besteht z.B. aus 4O°/o Nickelpulver, wobei das Packungsgemisch 3/ie°/o Titan und 0,015 bis 0,05 %> Schwefel und als Rest ein im wesentlichen inertes, schwer schmelzbares Oxyd, wie Aluminiumoxyd, enthält ein besonders empfehlenswerter Mengenbereich für Titan liegt zwischen 3In und Vi1Vo.Keeping the partial pressure of the substance at the desired low value consists in flushing away the oxygen occluded in the packing with the aid of an inert gas, such as argon, which is knowingly oxygen-free. In general, it can be said that when titanium is used as an oxygen scavenger, its amount in the pack can be up to 1%. A typical packing suitable for treating alloy no. 5 consists, for example, of 40% nickel powder, the packing mixture being 3 / ie% titanium and 0.015 to 0.05% sulfur and the remainder being essentially inert Oxide that is difficult to melt, such as aluminum oxide, contains a particularly recommended amount of titanium between 3 In and Vi 1 Vo.
Zur Veranschaulichung der verschiedenen »Superlegierungen«, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung mit dem Überzug versehen werden können, seien die in der nachstehenden Tabelle zusam-To illustrate the various »superalloys«, which can be provided with the coating according to the teaching of the present invention, let the following table summarize
ao mengestellten Legierungstypen beispielsweise angeführt. Examples of alloy types provided are listed.
Bezeich- Chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent nung der
Legierung C Cr Ni Co Mo W NbDesignation Chemical composition in percent by weight of the
Alloy C Cr Ni Co Mo W Nb
FeFe
TiTi
AlAl
ZrZr
AndereOther
0,650.55-
0.65
24,523-
24.5
119-
11th
7,56.5-
7.5
2,0Max.
2.0
0,250.15-
0.25
0,01Max.
0.01
0,6 ο, ι-
0.6
0,5Max.
0.5
7,5Ta + Nb
7.5
0,5Max.
0.5
0,5Si1.5Mn
0.5Si
0,25 Si0.25 Mn
0.25 Si
0,75 Si0.75 Mn
0.75 Si
0,5Si0.5Mn
0.5Si
0,2Si0.2Si
Beim 30 Stunden langen Vernickeln der Legierungen Nr. 2 und 3 bei 1050° C ± 14° C in einer Packung, die — in Gewichtsprozent ausgedrückt — 4O*/o Elektrolytnickelpulver (Maschensiebfeinheit minus 200 Maschen enteprechend < 0,074 nun), Vie°/o Titan, 0,03 °/o Schwefel und als Rest im wesentlichen Aluminiumoxyd (Maschensiebfeinheit minus 325 Maschen entsprechend < 0,044 mm) enthält, erhielt man eine abgeschiedene Nickelzone, deren Nickelgehalt auf Grund einer Mikroanalyse 20 bis 22 Gewichtsprozent betrug.When nickel-plating alloys No. 2 and 3 for 30 hours at 1050 ° C ± 14 ° C in one Pack, which - expressed in percent by weight - 4O * / o electrolyte nickel powder (mesh screen fineness minus 200 meshes corresponding to <0.074 now), four percent titanium, 0.03 percent sulfur and the remainder essentially Aluminum oxide (mesh screen fineness minus 325 meshes accordingly <0.044 mm), a deposited nickel zone was obtained, the nickel content of which was 20 to 22 weight percent based on microanalysis.
Im Anschluß an die Vernickelang der in der Tabelle zusammengestellten Legierungen werden die vernickelten Legierungen dann in einer vorreagierten Packung, die — in Gewichtsprozent ausgedrückt — 2Oe/o Chrom, 3°/o Alurmnium, 1UVt NH4FHF und als Rest im wesentlichen Aluminiumoxyd (Maschen- siebfeinheit minus 325 Maschen entsprechend < 0,044 mm) enthielt, veraluminiert, um einen korrosionsfesten Überzug von beträchtlich verbesserter Schlagzähiestigkeit zu erhalten. Im Falle der Legierungen, die Kobalt als Grundmetall enthalten, besteht der erzeugte Überzug von 0,051 bis 0,064 mm Dicke aus Nickel-Kobalt-Alumimden, die Chrom in fester Lösung enthalten. Following the nickel length of the alloys listed in the table, the nickel-plated alloys are then packaged in a pre-reacted pack containing - expressed in percent by weight - 20 e / o chromium, 3% aluminum, 1 UVt NH 4 FHF and the remainder essentially aluminum oxide ( Mesh fineness minus 325 meshes corresponding to <0.044 mm), aluminized in order to obtain a corrosion-resistant coating of considerably improved impact strength. In the case of alloys that contain cobalt as the base metal, the coating produced, from 0.051 to 0.064 mm thick, consists of nickel-cobalt-alumimides, which contain chromium in solid solution.
Im Falle der Legierung Nr. 10 (die aus 0,1 °/o Kohlenstoff, 22°/« Chrom, l,5«/o Kobalt, 9·/« Molybdän, O,6«/o Wolfram, 18,5«/o Eisen, Oj5«/o Mangan, Ο,5·/ο Silicium und als Rest im wesentlichen aus Nickel besteht) wird das Substrat in analoger Weise etwaIn the case of alloy No. 10 (which consists of 0.1 per cent carbon, 22 per cent chromium, 1.5 per cent cobalt, 9 per cent molybdenum, 0.6 "/ o tungsten, 18.5" / o iron, 0.15 "/ o manganese, Ο, 5" / o Silicon and the remainder consists essentially of nickel) the substrate is approximately in an analogous manner
10 Standen bei einer Temperatur von 1050 ± 14° C in einer Packung vernickelt, die — in Gewichtsprozent ausgedrückt — 2O°/o Elektrolytnickelpulver (Maschensiebfeinheit minus 200 Maschen entspre-10 Stands at a temperature of 1050 ± 14 ° C in a pack nickel-plated, which - expressed in percent by weight - 20% electrolyte nickel powder (Mesh screen fineness minus 200 meshes corresponds to
609629Π36609629Π36
chend < 0,074 mm), 0,3% Titan, 0,02Vo Schwefel bares Material, z.B. ein partikelförmiges, schwer und als Rest im wesentlichen Aluminiumoxyd von schmelzbares Oxyd wie Al2O3, MgO, SiO2 u.dgl., einer Maschensiebfeinheit von minus 325 Maschen enthalten, wenngleich die genannten Komponenten entsprechend < 0,044 mm enthält, worauf die Ober- auch in größeren Mengen angewendet werden konfläche des Legierungssubstrates durch Honen mit 5 nen. Als Beispiele von Sauerstoff-Abfänger sind anGlaskugeln gereinigt und danach 20 bis 30 Stunden zuführen Thorium, Cer, Yttrium und die anderen bei 1038 ± 14° C in der obenerwähnten vorreagierten seltenen Erdmetalle. Die Vernickelungstemperatur Packung veraluminiert wird, um einen korrosions- kann 815 bis 10930C und die Dauer 5 bis 40 Stunbeständigen Nickelaluminid-Überzug von einer Dicke den betragen.chend <0.074 mm), 0.3% titanium, 0.02% sulfur-free material, e.g. a particulate, heavy and the remainder essentially aluminum oxide from fusible oxide such as Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 and the like, a mesh screen fineness of minus 325 meshes, although the components mentioned contain <0.044 mm accordingly, whereupon the surface of the alloy substrate can also be applied in larger quantities by honing with 5. Examples of oxygen scavengers are cleaned on glass spheres and then add thorium, cerium, yttrium and the others at 1038 ± 14 ° C in the aforementioned pre-reacted rare earth metals for 20 to 30 hours. The nickel-plating temperature pack is aluminized to a corrosion-resistant nickel aluminide coating of a thickness of 815 to 1093 0 C and the duration 5 to 40 hours.
von 0,064 bis 0,076 mm zu erzeugen, der äußerst io Eine Zementierpackung, die in der Veraluminie-from 0.064 to 0.076 mm, the extremely io A cement packing used in veralumini-
stoßfest und beständig gegen Abplatzen ist. rungsstufe Anwendung finden kann, besteht aus 10is shockproof and resistant to chipping. can be applied, consists of 10
Die Behandlung in der Vernickelungspackung ver- bis 30% eines Puffermetalls (z. B. Chrom), 1 bis 5°/oThe treatment in the nickel-plating pack contains up to 30% of a buffer metal (e.g. chromium), 1 to 5%
ursacht eine Verarmung an Chrom im Substrat, was Aluminium, einer kleinen, aber wirksamen Mengecauses a depletion of chromium in the substrate, producing aluminum, a small but effective amount
bei der Bildung eines zähfesten Aluminidüberzuges eines Halogenid-Beschleunigers, z.B. 1U°/oNH4FHFin the formation of a tough aluminide coating of a halide accelerator, eg 1 U ° / oNH 4 FHF
während der zweiten Diffusionsbindung in Betracht 15 (z.B. Ve bis l«/o Beschleuniger) und als Rest ausduring the second diffusion binding into consideration 15 (e.g. Ve to 1% accelerator) and as the remainder off
zu ziehen ist. Die verbesserte Zähfestigkeit des Über- einem inerten, schwer schmelzbaren Material, wie esis to be drawn. The improved toughness of the over- an inert, difficult-to-melt material like it
zuges im Vergleich zu den spröderen Überzügen, die oben angeführt ist. Das Puffermatall trägt dazu bei,compared to the more brittle coatings listed above. The buffer material contributes to
auf solchen Legierungen für gewöhnlich verwendet den Transport und die Abscheidung des Aluminiumson such alloys usually used for the transport and deposition of aluminum
werden, ist offensichtlich den weniger chromreichen zu steuern. Als Beispiele anderer Puffermetalle sindis obviously to control the less chromium-rich. As examples of other buffer metals are
Phasen im Überzug und dem Fehlen jeglicher 20 Nickel, Eisen und Kobalt anzuführen. Allgemein ge-Phases in the plating and the absence of any nickel, iron and cobalt. General
Porösität an der Überzug-Substrat-Grenzfläche zuzu- sagt, wird die Packung zusammengemischt und beiProof of porosity at the coating-substrate interface, the pack is mixed together and at
schreiben. erhöhten Temperaturen von z. B. 954 bis 1121 Cto write. elevated temperatures of e.g. B. 954 to 1121 C
Im Falle der Legierung Nr. 5 weist der in seiner 1 bis 20 Stunden vorreagiert, ehe sie zur Überzugs-Schlagfestigkeit verbesserte Überzug eine Festigkeit bildung benutzt wird, und der vernickelte ^Artikel von wenigstens 19,5 cmkg auf gegenüber einem Wert as wird dann 1 bis 30 Stunden bei 954 bis 1121 C vervon 0,29 cmkg, die ein in konventioneller Weise in aluminiert.In the case of Alloy No. 5, it has 1 to 20 hours of pre-reacting before going to coating impact resistance improved plating a strength formation is used, and the nickel-plated ^ article from at least 19.5 cmkg to a value as is then converted from 1 to 30 hours at 954 to 1121 C. 0.29 cmkg that one is conventionally aluminized in.
einer einzigen Stufe erzeugter Aluminid-Uberzug auf- Zur näheren Veranschaulichung der Erfindungaluminide coating produced in a single step to illustrate the invention in greater detail
weist. . wird das nachstehende Beispiel angeführt:shows. . the example below is given:
Ein einfacher Test, der entwickelt wurde, um die R ■ ■ e 1A simple test designed to determine the R ■ ■ e 1
Beanspruchung und die Temperaturverhältnisse von 30 B e 1 s ρStress and the temperature conditions of 30 B e 1 s ρ
wirklichen Turbinen-Metallteilen während des Be- Ein Tragflächenprofil aus der Legierung Nr. 5 wire
triebes der Triebwerke zu simulieren, besteht in einem in einer Muffel in einer Vernickelungspackung eineinfachen
Biegebelastungstest, bei dem die Last auf gebettet, die — in Gewichtsprozent ausgedrückt —
einen mit dem Überzug versehenen Teststab aufge- 40%> Elektrolytnickelpulver (Maschensiebfeinheit mibracht
wird, der einem von einem Stabende zum 35 nus 200 Maschen entsprechend
< 0,074 mm), 0,2 /1 anderen Stabende sich erstreckende Temperatur- Titanpulver, 0,02% Schwefel und als Rest im wesentgefälle
ausgesetzt wird, welches mit Hilfe einer liehen Aluminiumoxyd (Maschensiebfemheit minui
gebündelten Acetylen/Sauerstoff-Flamme zustande 325 Maschen entsprechend < 0,044 mm) enthalt
kommt, die auf die Mitte des Teststabes gerichtet ist, Die Muffel wird mit einer niedngschmelzenden aiii·
wobei die Hitze sich bis an die entgegengesetzten 40 katglasmasse abgedichtet und da^n.P.e:J"e o™ ™
Stabenden verteilen läßt. Jedes Teststück wird in ofen auf eine Temperatur von IUiU i 14 γ
einer 10-Minuten-Periode von der Maximaltempera- und 30 Stunden lang auf Temperatur genaue
B 1093° C bi ffl id dh auf Zimmertemperatur abTo simulate real turbine metal parts during loading, a wing profile made of alloy No. 5 wire drive of the engines consists of a simple bending load test in a muffle in a nickel-plating pack, in which the load is embedded in the - expressed in percent by weight - one with 40%> electrolyte nickel powder (mesh screen fineness, which corresponds to <0.074 mm from one rod end to 35 nus 200 meshes), 0.2 / 1 other rod end - temperature titanium powder, 0.02% sulfur and the remainder is exposed to a substantial gradient, which with the help of a lent aluminum oxide (mesh screen resistance minui bundled acetylene / oxygen flame is created with 325 meshes corresponding to <0.044 mm), which is directed towards the center of the test stick, the muffle is covered with a low-melting aiii with the heat sealed up to the opposite 40 katglasasse and da ^ n .P. e : J " e o ™ ™
Can distribute rod ends. Each test piece is in the oven to a temperature of IUiU i 14 γ
a 10 minute period from the maximum temperature and 30 hours on temperature accurate
B 1093 ° C bi ffl id ie to room temperature
einer 10MinutenPeriode von der Maximaltempera und 30 Stunden lag pa 10 minute period from the maximum temperature and 30 hours was p
tür von z. B. 1093° C bis auf die Temperatur abge- Muffel wird danach auf Zimmertemperatur abgerau'door of z. B. 1093 ° C down to the temperature - muffle is then buffed to room temperature '
kühlt, bei der das Metall eine dunkle Farbe angenom- und das Tragflächenprofil durch Honen1 mit uias-cools, in which the metal takes on a dark color and the wing profile by honing1 with uias-
hat. Während das Testmuster abgekühlt wird, 45 kugeln unter niedrigem Druck gereinigi, um acnhas. While the test sample is cooling, clean 45 balls under low pressure to remove acn
di i d Obfläh befindhchen Chromsulnd-^under zidi i d Obflähchen Chromesulnd- ^ under zi
men hat. Während das Testmuster abgekühlt wird, 45 kugeln unter niedrigem Druck ggmen has. While the test pattern is being cooled, 45 low-pressure bullets
wird die aus einem einfachen Balken bestehende Last der Oberfläche befindhchen Chromsulnd-^under zithe load on the surface, consisting of a simple beam, becomes chromium sulphate under zi
angehoben und dreimal fallengelassen, um eine Be- entfernen. Es wird emeemdiffundierte Nickelschiebraised and dropped three times to remove one. It is sea-diffused nickel slide
Schädigung durch Zusammenstoß mit einem Fremd- erhalten, die eine: 0,051 mm dicke angereicnertiDamage obtained from collision with a stranger, which enriched a: 0.051 mm thick
körper während des Betriebes zu reproduzieren. Die Zone aufweist, die 2O«/o NicKei emnan.reproduce body during operation. The zone has the 2O «/ o NicKei emnan.
Ergebnisse haben gezeigt, daß der nach der Lehre der 50 Nach dem Reinigen des Tragflachenelementes wmResults have shown that according to the teaching of 50 After cleaning the wing element wm
vorliegenden Erfindung erzeugte Überzug gegenüber dieses Element in analoger Weise in eine AluminmeThe present invention produced a coating for this element in an analogous manner in an aluminum
dem vorerwähnten, in konventioneller Weise durch rungspackung eingebettet, die— in Gewicntsprozenthe aforementioned, embedded in a conventional manner by packing, the - in percent by weight
Veraluminieren angebrachten Überzug eine Ver- ausgedrückt - 20·/. Chrom (Pulver von einer M^Alumining applied coating one expressed - 20 · /. Chromium (powder of a M ^
besserung im Verhältnis von wenigstens 3:1 auf- schensiebfeinheit von minus 100 Maschen enImprovement in the ratio of at least 3: 1 on screen fineness of minus 100 meshes
weist. Bei dem konventionellen, in einer Stufe auf- 55 sprechend etwa <.0,15 mm) ^ Puffermittel 3·/shows. With the conventional one, speaking in one step, for example <.0.15 mm) ^ buffer medium 3 /
gebrachten Aluminidüberzug trat nach 45 Testzyklen Aluminiumpulver ^(Mas^ensiebfemheit minus 3Zapplied aluminide coating occurred after 45 test cycles of aluminum powder ^ (mass sieve resistance minus 3 °
ein Abspanen und Abblättern des Überzuges ein, wo- Maschen entsprechend < 0,044 mm), V* °/o NH^HJa chipping and flaking of the coating, where meshes corresponding to <0.044 mm), V * % NH ^ HJ
hingegen der nach der Lehre der vorliegenden Er- und als Rest im wesentlichen Aluminmmoxyd voion the other hand, according to the teaching of the present invention and the remainder essentially aluminum oxide voi
findung aufgebrachte verbesserte Überzug noch nach einer Maschensiebfemheit von minus; 325 Maschafound improved coating still applied after a mesh screen resistance of minus; 325 Masha
135 Testzyklen intakt war. 60 entsprechend < 0,044 mm enthalt Das Veralumi135 test cycles was intact. 60 accordingly <0.044 mm contains Das Veralumi
Wie oben erwähnt, kann die Vernickdungspak- nieren wurde 20 Stunden lang in emer abgedichteteAs mentioned above, the nickel plating has been sealed in emer for 20 hours
kung — in Gewichtsprozent ausgedrückt — 5 bis Muffel durchgeführt um ernen extrem zahfestekung - expressed in percent by weight - 5 carried out to muffle to reap extremely tough
60 ·/· Nickelpulver, Vs bis 1 % Titan, 0,002 bis 0,1 e/o gemischten Nickel-Kobalt-Alummid-UDerzug, de60 · / · Nickel powder, Vs to 1% titanium, 0.002 to 0.1 e / o mixed nickel-cobalt-aluminum-UDerzug, de
Schwefel und als Rest ein inertes, schwer schmelz- Chrom in fester Lösung enthält, zu erzeugen.Sulfur and the remainder an inert, difficult to melt chromium contains in solid solution.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4851570A | 1970-06-22 | 1970-06-22 | |
| US4851570 | 1970-06-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2107372A1 DE2107372A1 (en) | 1972-01-05 |
| DE2107372B2 DE2107372B2 (en) | 1975-11-27 |
| DE2107372C3 true DE2107372C3 (en) | 1976-07-15 |
Family
ID=
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