DE2141924B2

DE2141924B2 - Diffusionsverfahren zum Erzeugen einer Aluminium enthaltenden oxidationsbeständigen Schutzschicht auf einem Gegenstand aus einer Superlegierung auf Nickelbasis und Pulvermischung für dieses Verfahren

Info

Publication number: DE2141924B2
Application number: DE2141924A
Authority: DE
Inventors: Alan Upson Ballston Spa. N.Y. Seybolt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-08-21
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2141924C3; FR2103440B1; DE2141924A1; US3837901A; GB1333271A; JPS5511742B1; BE771587A; FR2103440A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Erzeugen einer Aluminium enthaltenden oxidationsbeständigen Schutzschicht auf einem Gegenstand aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, bei dem der Gegenstand in einer eine Eisen-Aluminium-Legierung und einen Halogenidüberträger enthaltende Pulvermasse eingebettet und die Pulvermasse mit dem Gegenstand auf 900— 1100⁰C erhitzt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Pulvermischung für dieses Verfahren.

Aus der US-PS 30 96 160 ist bereits ein Diffusionsverfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem gepulverte Al-Fe-Legierungen mit Korngrößen im Bereich von 037 bis 0,840 mm neben 0,25 bis 3% Überträgermaterial, wie AlCl₃ oder NH₄F als Pulvermasse eingesetzt werden. Der in der Pulvermasse eingebettete Gegenstand, der unter anderem auch aus einer Legierung auf Nickelbasis bestehen kann, wird in einem geschlossenen Gefäß auf eine Temperatur im Bereich von 760 bis 1095⁰C ;rhilzt Die mit dem bekannten Verfahren erzeugten Schutzschichten müssen zur Erzielung einer ausreichenden Beständigkeit gegenüber Oxidation und Erosion verhältnismäßig dick bemessen werden. Das Aufbringen von dicken Schutzschichten ist jedoch verhältnismäßig zeitraubend und daher kostspielig. Weiterhin sind dicke Schutzschichten auf Gegenständen unerwünscht, an die hinsichtlich der Abmessungstoleranzen hohe Anforderungen gestellt werden.

Aus der DE-PS 9 53 568 ist ein Verfahren zum Oherflächenvenriiten von Kimferwerkstücken bekannt, bei dem die Kupferwerkstücke in einem aus Al₃Fe, Al₂O₃ und NH4CI bestehenden Pulvergemisch bei einer Temperatur von etwa 900⁰C geglüht werden. Der Al₂O₃-AnIeU in diesem Pulvergemisch beträgt etwa zwei Drittel des AbFe-Anteiis. Der hohe Al₂O₃-AnIeU des Pulvergemisches bewirkt, daß bereits nach einer kurzen Behandlungsdauer von nur 1/2 Stunde bei einer Temperatur von 900⁰C eine Diffusionsdichte von 0,4 mm erzielt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem besonders dünne Schutzschichten mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit hergestellt werden können. Weiterhin soll eine für diesen Zweck geeignete

Pulvermischung angegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß als Pulvermasse eine aus 5—40% FeAl₂, Fe₂Al₅, FeAl₃ oder einer Mischung dieser Komponenten, 0,1—0,4% Ammoniumfluorid, Aiuminiumchlorid oder Natriumfluorid und 60—95% Al₂O₃ als Füllstoff bestehende Mischung mit einer Teilchengröße von unter 0,149 mm verwendet, die Pulvermasse mit Wasserstoff durchspült und die Erhitzung in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Pulvermischung besteht aus 5—40% FeAl₂, Fe₂Al₅, FeAl₃ oder einer Mischung dieser Komponenten, 0,1 —0,4% Ammoniumfluorid, Aluminiumchlorid oder Natriumfluorid, Rest Aluminiumoxid, und besitzt eine Teilchengröße von unter 0,149 mm. Vorzugsweise besteht die Pulvermischunc aus 40% FeAl₂, 0,2% Ammoniumfluorid, Rest Aluminiumoxid, oder aus 8% FeAl₃, 0,2% Natriumfluorid, Rest

Aluminiumoxid.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung können besonders dünne Schutzschichten mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit hergestellt werden. Nach dem Verfahren der Erfindung behandelte Gegenstände besitzen daher im wesentlichen noch ihre ursprünglichen Abmessungen. Die beim Verfahren nach der Erfindung eingesetzte Pulvermischung ist aufgrund des hohen Füllstoffgehaltes verhältnismäßig preiswert so daß von einer kostspieligen Wiederaufbereitung der

4^r> einmal verwendeten Pulvermischung abgesehen werden kann.

Die Dicke der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Schutzschicht hängt von der Verfahi ensdauer und der Verfahrenstemperatur ab. Da die Schutzschicht außerordentlich gleichmäßig und frei von Fehlern ist reicht eine Schutzschichtdicke von insgesamt 10 bis 100 μηι aus. Eine derart dünne nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schutzschicht besitzt die gleiche Oxidationsbeständigkeit wie eine nach dem bekannten Verfahren hergestellte dickere Schutzschicht Es hat sich außerdem herausgestellt daß dickere Schutzschichten keinen besseren Schutz gewährleisten.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wurden Schutzschichten auf Gegenständen aus Nickel und aus Superlegierungen auf Nickelbasis aufgebracht wobei Ammoniumfluorid oder Natriumfluorid als Halogenidüberträger und FeAb, Fe2Al₅ oder FeAl₃ all Aluminiumlegierung verwendet wurden. Bei jedem Versuch wurde

ti 5 Aluminiumoxid als ein inerter Füllstoff in der Einbettungsmasse verwendet, die aus einer gleichförmigen Mischung aus etwa 0,2% Halogenidüberträger, 8—40% der Aluminiumlegierung, Rest Aluminiumoxid bestand.

Die verwendete Mischung besaß eine Teilchengröße
von unter 0,149 mm und zum Teil unter 0,044 mm. Die
Behandlungstemperatur wurde im wesentlichen konstant gehalten, und zwar über einen Zeitraum von 3
Stunden. Bei den meisten Versuchen wurde eine
Temperatur von 1050⁰C verwendet Die zu überziehenden bzw. zu beschichtenden Gegenstände wurden
vollständig in ein aus der Pulvennischung gebildetes
Bett eingesetzt, das in einer kastenartigen Retorte
enthalten war. Die Retorte wurde mit trockenem,
reinem Wasserstoff (Taupunkt bei annähernd -80° C)

Tabelle 1

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schnell durchspült und verschlossen, um eine Wasserstoffatmosphäre aufrechtzuerhalten, die im wesentlichen während der Beheizungsperiode frei ist von Luft Die Retorte wurde dann in einem elektrischen Ofen auf die erwünschte Temperatur gebracht Mit der Abkühlung des Ofens wurde nach einem Zeitraum von Stunden begonnen. Dann wurden die behandelten Gegenstände aus der Retorte entfernt und untersucht Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen I und II zusammengefaßt

Versuch Nr.	Gegenstand aus	Halogenidüberträger	Beschichtungslegierung	Teilchengröße der Beschichtungs legierung in mm
3760	Ni	0,2% NH₄F	40% FeAl₂	unter 0,044
3771	Ni	0,2% NH₄F	40% Fe₂Al₅	unter 0,044
3795	Superlegierung M 246*)	0,2% NH₄F	40% FeAI₃	unter 0,044
3833	Superlegierung M 246*)	0,2% NH₄F	40% Fe₂AI₅	unter 0,044
3839	Rene 80**)	0,2% NH₄F	40% FeAI₃	unter 0,149
3865	Rene 80**)	0,2% NH₄F	4,0% FeAl₃	unter 0,149
3867	Rene 80**)	0,2% NH₄F	8,0% FeAI₃	unter 0,149
3868	Rene 80**)	0,2% NH₄F	16,0% FeAl₃	unter 0,149
3871	Rene 80**)	0,2% NH₄F	16,0% FeAl₃	unter 0,149
3892	Rene 80**)	0,2% NH₄CI	8,0% FeAl₃	unter 0,149
3894	Rene 80**)	0,23% NaF	8,0% FeAI₃	unter 0,149
3910	Rene 80**)	0,2% NH₄F	8,0⁰O FeAI₃	unter 0,149
3912	Rene 80**)	0,2% NH₄F	8,0% FeAI₃	unter 0.149
3918	Rene 80**)	0,2% NH₄F	8,0% Fe₂Al₅	unter 0,044
3919	Rene 80**)	0,2% NH₄F	32,0% Fe₂Al₅	unter 0,044
3935	Rene 80**)	0,2% NH₄F	8,0% FeAI₂	unter 0,044

*) M246 = Superlegierung aus 2% Ti, 5,5% Al, 10% Cr, 12% W, Rest Ni und Co erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. **) Rene 80 = Superlegierung aus 0,17% C, 14% Cr, 10% Co, 4% Mo, 4% W, 5% Ti, 3% Al, Rest Ni.

Tabelle 11

Versuch	C	Zeit	Dicke der	Gewichts
Nr.		(Stunden)	gebildeten	zunahme
			Schutz	mg/cm²
			schicht
			in [xm

3760	1050	3
3771	1050	3
3795	850	3
3833	1050	3
3839	950	3
3865	1050	3
3867	1050	3
3868	1050	3
3871	1050	3
3892	1050	3
3894	1050	}
3910	950	3
3912	1050	3
3918	1050	3
3919	1050	3
3935	1050	3

43 40 38 53 31 20 30 35 31 34 37 24 39 36 39 41

7,5 6,0 3,0 6,0 3,8 2,2 3,0 3,4 3,5 3,7 3,8 3,0 4,2 3,7 4,2 3,6

Die Schutzschicht auf allen Testgegenständen war gleichmäßig in der Dicke und bestand aus Nickelaluminiden mit einem Aluminiumgehalt, der mit der Dicke der Schutzschicht abnahm. Die Bindung der Schutzschicht war dauerhaft und gut Die Schutzschichten waren gleichmäßig und frei von Löchern und zeigten eine gute Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Die Gewichtszunahme in allen Fällen ist auf die Abscheidung von Aluminium zurückzuführen. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Diffusions-Überzugs- ι ο verfahren, bei denen gleichzeitig Eisen und Aluminium niedergeschlagen werden müssen.

Der Wasserstoffdruck innerhalb der Retorte vor der Erhitzungsstufe ist nicht kritisch. Dies gilt auch für einen Überschuß des Halogenidüberträgers im Bett Um jedoch die Entwicklung von unerwünscht hohen Gasdrücken während der Hochtemperaturstufe des Verfahrens zu verhindern, wird die Menge des Halogenidüberträgers auf weniger als 1% des Bettes beschränkt Ebenfalls wird der anfängliche Wasserstoffdruck in der Retorte auf 7 bar beschränkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Diffusionsverfahren zum Erzeugen einer Aluminium enthaltenden c xidationsbeständigen Schutzschicht auf einem Gegenstand aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, bei dem der Gegenstand in einer eine Eisen-Aluminium-Legierung und einen HalogenidQberträger enthaltende Pulvermasse eingebettet und die Pulvermasse mit dem Gegenstand auf 900-1100⁰C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulvei masse eine aus 5—40% FeAl₂, Fe₂Al₅, FeAl₃ oder einer Mischung dieser Komponenten, 0,1—0,4% Ammoniumfluorid, Aluminiumchlorid oder Natriumfluorid und 60-95% Al₂O₃ als Füllstoff bestehende Mischung mit einer Teilchengröße von unter 0,149 mm verwendet, die Pulvermasse mit Wasserstoff durchspült und die Eihitzung in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt wird.

2. Pulvermischung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 5—40% FeAl₂, Fe₂Al₅, FeA)₃ oder einer Mischung dieser Komponenten, 0,1—0,4% Ammoniumfluorid, Aluminiumchlorid oder Natriumfluorid, Rest Aluminiumoxid, besteht und eine Teilchengröße von unter 0,149 mm aufweist

3. Pulvermischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 40% FeAl², 0,2% Ammoniumfluorid, Rest Aluminiumoxid, besteht.

4. Pulvermischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 8% FeAl₃, 0,2% Natriumfluorid, Rest Aluminiumoxid, besteht.