DE2231313C2

DE2231313C2 - Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsüberzuges

Info

Publication number: DE2231313C2
Application number: DE2231313A
Authority: DE
Inventors: Gregor Santa Monica Calif. Baladjanian; Eugene Vestal Northridge Calif. Clark
Original assignee: CHROMALLOY AMERICAN CORP GARDENA CALIF US; Chromalloy American Corp
Current assignee: CHROMALLOY AMERICAN CORP GARDENA CALIF US; Chromalloy American Corp
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1982-07-08
Also published as: IT960945B; JPS5610378B1; CA976814A; FR2145253A5; GB1350855A; DE2231313A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsüberzuges aus Rhodium und Aluminium auf einer Nickel- oder Kobaltlegierung.

Es ist bekannt, die Korrosionsbeständigkeit und damit die Lebensdauer von Nickel- oder Kobaltlegierungen durch Aufbringen von metallischen Diffusionsüberzügen zu erhöhen. Die für solche Schutzschichten verwendeten Metalle sind im wesentlichen solche der Platingruppe, Chrom und Aluminium. Legierungen der genannten Art werden insbesondere in heißen Bereichen von Düsenmaschinen eingesetzt und sind daher besonderen Belastungen ausgesetzt. Die Schutzschichten sind häufig Nickel- bzw. Kobalt-Aluminide, die durch Eindiffundieren von Aluminium hergestellt werden. Diese Aluminide bilden während des Einsatzes der Legierungsbauteile Aluminiumoxidschichten, die einer raschen Oxidation und Korrosion des Basismetalls entgegenwirken. Die Schutzschichten, die manchmal eö geringe Mengen bestimmter Metalladditive enthalten, verlieren aber ihre Schutzwirkung teilweise durch Abblättern oder Wegbrechen der Oxidschicht und teilweise durch Verlust an Aluminium, der vermutlich durch Interdiffusion mit den Matrixbestandteilen auftritt Die daraus resultierenden aluminiumärmeren Phasen oxidieren aber schneller.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung solcher schützenden Diffusionsüberzogen arbeiten im allgemeinen durch Kodiffusion, d.h. die Metalle werden gleichzeitig in die Oberfläche der Legierung eindiffundiert

So beschreibt die DE-OS 19 55 203 ein Verfahren, bei dem ein oder mehrere Metalle der Platingruppe, insbesondere Platin sowie Chrom und/oder Silizium und gegebenenfalls Aluminium in die Oberfläche von Nickel- und/oder Kobaltiegierungen eindiffundiert werden. Im wesentlichen wird zunächst eine Schicht aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe durch Aufdampfen, Aufspritzen, Plattieren, Tauchen, Aufpressen, Aufschlämmen oder elektrolytisches Abscheiden auf die Oberfläche der Legierung aufgebracht Nach einer Wärmebehandlung von 2 Stunden bei 260° C und anschließend drei Stunden bei 450° C soll das oder die Metalle der Platingruppe aus der aufgebrachten Oberzugsschicht durch eine Glühung in die Oberfläche eindiffundiert werden. Auf diese Diffusionsschicht kann eine weitere Schicht aus Chrom und/oder Silizium aufgebracht und eindiffundiert werden.

Die DE-AS 17 96 175 beschreibt ein Verfahren, bei dem neben Aluminium noch Nickel und ein oder mehrere Metalle der Gruppe Palladium, Rhodium, Platin in die Oberfläche von Legierungen auf Nickel- und/oder Kobaltbasis eindiffundiert werden. Dabei werden nacheinander Schichten aus Nickel, Palladium und/oder Rhodium und/oder Platin und schließlich Aluminium mechanisch, elektrolytisch, durch Tauchen oder Spritzen aufgebracht und nach einer Wärmebehandlung von 2 Stunden bei 260° C und nachfolgend 3 Stunden bei 400° C die Metalle aus den Schichten einzeln oder gemeinsam durch eine Diffusionsglühung in die Oberfläche der Legierung eindiffundiert

Durch diese bekannten Verfahren eindiffundierte Schutzschichten weisen aber die obengenannten Nachteile auf.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsüberzugs auf Rhodium und Aluminium auf einer Nickel- oder Kobaltlegierung zu schaffen, das so gesteuert wird, daß der durch das Aluminium gewährleistete Schutz über längere Zeiträume als bisher erreichbar erhalten bleibt die Schutzschicht dadurch stabiler und die Lebensdauer der aus den Legierungen hergestellten Gegenstände erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß eine Rhodiumschicht mit einer Dicke von 5% bis 20% der gewünschten Schichtdicke des Diffusionsüberzugs auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und durch Wärmebehandlung vordiffundiert wird, und anschließend Aluminium in die mit Rhodium vordiffundierte Schicht eindiffundiert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Es wurde gefunden, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Diffusionsüberzug den bekannten Schutzschichten dieser Art weit überlegen ist. Durch die Vordiffusion des Rhodiums wird eine innere Grenzschicht geschaffen, deren Schutzwirkung die Stabilität des Aluminiums und damit die Korrosionsbeständigkeit der mit dieser Diffusionsschicht versehenen Legierungen wesentlich erhöht Versuche haben eine Lebensdauer solcher Legierungen von bis zu 15 000 Stunden und mehr nachgewiesen. Der Aluminium-Diffusionsüberzug behält seine Schutzwirkung in oxidierender Umgebung und unter Temperaturbedingungen, bei

denen ein herkömmlicher Überzug aus Aluminium normalerweise zerstört wird. Die aus Rhodium bestehende Grenzschicht wirkt der nach innen gerichteten Migration des Aluminiums entgegen. Rhodium, mit der höheren Wertigkeit gegenüber dem Basismetall ist eine Kationenquelle und wirkt daher reduzierend. Bei den Betriebstemperaturen, die 900⁰C und mehr betragen können, denen die in Frage stehenden Legierungen ausgesetzt werde.!, bildet Rhodium keine stabilen Oxide und ist unter diesen Bedingungen sauerstoffabweisend.

Die Zusammensetzung des erfindungsgemäß hergestellten Überzugs enthält von 15 bis 40 Gew.-°/o Aluminium und kann ein ternäres Legierungssystem aus Nickel oder Kobalt und Aluminium und Rhodium sein. Der gesamte Oberzug enthält vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-% Rhodium, oder in einem oder mehreren ternären Legierungssystemen sind 10 bis 30 Gew.-% Aluminium und der Rest Basismetall und metallische Elemente zu finden, falls solche Elemente von Anfang an mit dem Basismetall in der Legierung vorhanden waren. Der innerste Grenzschichtanteü des Diffusionsüberzugs ist verhältnismäßig reicher an Rhodium als die anderen Bereiche des Überzugs und kann mehr als 50 Gsw.-°/o Rhodium und gewichtsmäßig mindestens viermal soviel Rhodium als Aluminium enthalten. Dies ist charakteristisch für Überzüge, bei denen die Dicke der vordiffundierten Rhodiumoberfläche etwa 10% oder mehr der Gesamtdicke des fertigen Diffusionsüberzugs beträgt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Schicht aus Rhodium auf die Oberfläche der Legierung, beispielsweise durch elektrolytische Beschichtung, Plattieren, Aufstreichen, Aufspritzen oder Aufstäuben in einer entsprechenden Dicke von 5 bis 20% des gewünschten Diffusionsüberzugs aufgebracht und durch eine entsprechende Wärmebehandlung vordiffundiert Das Aluminium kann aus einer Überzugsmasse, beispielsweise einer Aluminium enthaltenden Pulverpackung eindiffundiert werden, in die das aus der Legierung nergestellte Werkstück eingetaucht wird. Andererseits kann das Werkstück in eine 95 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 bis 25 Gew.-% Rhodium sowie einen Aktivator enthaltende Diffusionsmasse eingetaucht werden. Die mit dem Diffusionsüberzug versehene Legierung enthält Kobalt oder Nickel, Aluminium und Rhodium und gegebenenfalls geringe Mengen, beispielsweise weniger als 0,5 bis 5 Gew.-% andere metallische Elemente, die in der Basislegierung vorhanden waren.

Die beigefügten Figuren zeigen

F i g. 1 eine Mikrofotografie eines Stückes einer diffusionsbeschichteten Superlegierung auf Nickelbasis mit einem Rhodiumüberzug;

F i g. 2 einen Mikroabtaster der beschichteten Nickellegierung gemäß F i g. 1 mit weniger als dem optimalen Anfangsüberzug aus Rhodium;

Fig.3 einen Mikroabtaster einer zweiten Nickellegierung mit Rhodiumschicht als innere Grenzschicht;

F i g. 4 einen Mikroabtaster einer Kobaltlegierung mit einer Schicht, die weniger als die optimale Menge Rhodium enthält;

Fig.5 einen Mikroabtaster einer zweiten Ausführungsform eines Überzugs auf einer Nickellegierung, der Rhodium und ausreichend Rhodium zur Bildung einer inneren Grenzschicht enthält;

Fig.6 eine graphisch« Darstellung der Leistung, gemessen durch Gewichtsverlust des Überzugs gemäß Fi g. 5 in einem Prflffeertt, wobei die Prüfung nach 90 Stunden beendet wurde und nur beginnenden Bruch zeigte;

F i g. A einen Mikroabtaster eines Überzugs auf einer Nickellegierung, der Platin enthielt; und
ä F i g. B eine graphische Darstellung der Leistung, gemessen durch Gewichtsverlust des Überzugs gemäß F i g, A₁ in einem Prüfgerät, wobei die Prüfung nach 57 Stunden beendet wurde, nachdem Bruch aufgetreten war.

Dje Figuren veranschaulichen insbesondere die Überlegenheit des Rhodiums gegenüber Platin.

Diie Wirkungsweise der durch Vordiffusion aufgebrachten inneren Grenzschicht ist nicht genau bekannt Es wird aber angenommen, daß bei den hohen Betriebstemperaturen, die bei 900° C und mehr liegen, Kationen geliefert werden, die Basismetallatome substituieren und dadurch den elektrischen Gradient entspannen, der normalerweise über der Diffusionsschichtsperre vorhanden ist Dieser neigt dazu, Basismetallatome nach außen zu ziehen, die rOi-ch nach innen eindiffundierendes Aluminium ersetzt .vc^rdcn. Dieses Aluminium geht aber der Schutzschicht aus Aluminium verloren, wodurch deren Oxidationsneigung vergrößert wird.

Erfindur:gsgemäß wird nun innerhalb des Diffusionsüberzugs eine zusätzliche Kationenquelle durch Bildung einer inneren Grenzschicht aus Rhodium geschaffen, die eine Migration von Aluminium verhindert, die Geschwindigkeit innerer Sauerstoffdiffusion und eine Diffusion nach außen von oxidierenden Aluminium- und Basismetallkationen verringert

Rhodium ist wie andere Metalle, beispielsweise Aluminium, in das Legierungsgefüge diffundierbar, wenn auch langsamer als jene. So kann eine Diffusionspackung herkömmlicher Art verwendet werden, der Rhodium zugegeben ist Die zu diffundierenden Metalle werden mit dem zu überziehenden Bereich der Legierung in Berührung gebracht und über einen verhältnismäßig langen Zeitraum erhitzt, damit die Metalle bei erhöhter Temperatur eindiffundieren. Es wird iii Gegenwart eines inerten Verdünnungsmittels gearbeitet das ein Aktivator oder ein Transportmittel sein kann. Sauerstoff ist ausgeschaltet Die Bestandteile der Diffusionspackung sind verhältnismäßig feine Pulver und sie können als inertes Verdünnungsmittel irgendeinen feuerfesten in Pulverform verfügbaren Stoff enthalten, dessen Feinheit vorzugsweise etwa 20 bis 100 DIN beträgt Hierher gehören beispielsweise verschiedene Aluminiumverbindungen, wie Tonerde

so und Aluminiumoxide sowie Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid und andere mehrwertige Metalloxide. Der Aktivator ist im allgemeinen eine Halogen- oder Haloge^r;Yorläuferverbindung. Es eignen sich Fluor, Chlor, Brom und Jod an sich und in Salzform, insbesondere Alkalimetall- und Erdalkalimetall- sowie Ammoniumsalze, aus denen das Halogen leicht in Freiheit gesetzt wird. Die Zusammensetzung der Packung kann in weiten Bereichen variieren. Eine typische Zusammensetzung besteht aus 95 bis 75 Gew,-% Aluminium und 5 bis 25 Gew,-% Rhodium zusammen mit 25 Gew.-% Alktivator, beispielsweise NH4HF2, bezogen auf das Gewicht von AI2O3 und Rhodium zusammen. Nach einem ersten Konditionierungsvorgang bei 8- bis 12-stündigem Erllitzen auf

b', 982° C und Ergänzen des Aktivators wird die Diffusion bei einer Temperatur oberhalb 955° C durchgeführt Dabei wird der zu beschichtende Bereich mit der einzudiffundierenden Masse in Berührung gebracht und

8 bis 12 Stunden, gegebenenfalls länger oder kurzer erhitzt.

Wegen der zur Zeit sehr hohen Kosten des Rhodiums wird es vorgezogen, dieses Metall unmittelbar auf die Legierung aufzubringen und es dann in das Legierungsgefüge hineinzudiffundieren, d. h. also das Metall nicht in einer Diffusionspackung zu dispergieren. Aus diesem Grund wird bei einer einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Rhodium auf die Oberfläche der Legierung aufgebracht und dann zur Bildung des Diffusionsüberzugs erhitzt. Elektrolytische Beschichtung ist eine sehr erfolgreiche Arbeitsweise. In diesem Zusammenhang wird ein anderer Vorteil des Rhodiums gegenüber Platin deutlich. Wegen seiner erheblich niedrigeren Dichte bietet Rhodium den doppelten Atomgehalt für die gleiche Dicke einer Plattierung. Dadurch werden die relativen Kosten für einen gegebenen Atomgehalt des Elements weiter gesenkt. DuiV-'M Atl'SiäüuCM, CintäüCnCn. AüidäiTipfcn, Aufstreichen von Pulversuspensionen und Bildung von Rhodium in situ aus einer zersetzbaren Rhodiumverbindung kann die Oberfläche des Werkstücks auch mit Rhodium überzogen werden. Das beschichtete Werkstück kann dann mit Aluminium diffusionsbeschichtet werden, und zwar in herkömmlicher Weise in einer Diffusionspackung, wobei beide Metalle eindiffundieren. Aluminium jedoch relativ schneller. Wegen der niedrigen Diffusionsgeschwindigkeit von Rhodium ist der innere Grenzbereich des Diffusionsüberzugs verhältnismäßig reich an Rhodium, und zwar als Ergebnis von nach außen diffundierenden Basiselementen in der Zusammensetzung des Diffusionsüberzugs. Das Rhodium ist praktisch ein Hauptbestandteil des inneren Bereiches des Überzugs und sein Mer.genanteil ist groß verglichen mit dem Aluminiurr.gehalt. Das Rhodium kann andererseits zuerst in das Werkstück aus der Legierung vakuumdiffundiert und dann der Packbehandlung unterworfen werden, um Aluminium zuzufügen.

Es wurde festgestellt, daß durch die beschriebene Diffusion ein Lösungssystem gebildet wird, dessen MikroStruktur in F i g. 1 gezeigt ist. Die Diffusionsschicht enthält Aluminium mit Nickel und Rhodium, zusammen mn Chrom und Kobalt, nach dem Ätzen mit einem Ätzmittel aus 2 g CuCb in 40 ml konzentrierter HCl und 80 ml Ethanol. F i g. 2 gibt ein quantitatives Bild dieses Legierungssysiems. Mikroabtaster von Aluminium. Nickel und Rhodium, und Aluminium-. Kobalt- und Rhodiumüberzügen ergeben d;e Kurven, die in den F i g. 2. 3 und 4 dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß aus Nickel. Aluminum und Rhodium ein ausgeprägtes Legierungssystem gebildet wird, wie es durch die entsprechenden Kurven gezeigt ist.

Ein Mikroabtaster dient zur quantitativen Bestimmung der Prozentgehalte der einzelnen Bestandteile einer festen Masse. Die Darstellungen zeigen, daß der äußere Überzug im wesentlichen eine Legierung aus Nickel, Aluminium und Rhodium ist. eine Reihe von Versuchen, bei denen die Konzentration des Rhodiums im Überzug variiert wurde, zeigte, daß die sekundären Elemente wie Chrom und Kobalt relativ unverändert bleiben, aber Aluminium. Nickel und Rhodium ständig variieren. Dies zeigt die primäre Wichtigkeit dieser drei Elemente und die Bildung einer Legierung, bestehend im wesentlichen aus Aluminium. Nickel oder Kobalt und Rhodium mit geringen Mengen von weniger als 5%. bezogen auf das Gesamtgewicht des Überzugs, anderer Elemente, wie Kobalt und Chrom in F i g. 1 und 2.

Die innere Grenzschicht aus Rhodium ist deutlich in den F i g. 3 und 5 zu erkennen. Es ist ersichtlich, daß Rhodium unterschiedlich über die Tiefe des Diffusionsüberzugs verteilt ist, derart, daß es in dieser Schicht des Überzugs unter den Metallen vorherrscht und die schützenden Vorteile gewährleistet. Im allgemeinen ist das Rhodium in einer Menge von 10 bis 80%, bezogen auf das Gewicht des Metalls, in dieser Grenzschicht des Überzugs vorhanden. Dieser Bereich nimmt etwa 20%

in der Gesamttiefe des Überzugs bzw. der Beschichtung ein. Rhodium ist im allgemeinen in etwa der doppelten,! häufig der vierfachen Gewichtsmenge des Aluminiums vorhanden, und der Rest besteht aus anderen Elementen.

it Die Bedeutung dieser Verteilung des Rhodiums ist aus F i g. 6 zu erkennen, die die Prüfung auf Korrosionsund Erosionsbeständigkeit des Überzugs gemäß Fi g. 5 zeigt. Der Test wurde in einem Prüfgerät durchgeführt, .^.-l..: J₃₃ Prüfsj-jcjj abwechselnd erhitzt und "ekühh

:o wurde, während es Belastungen durch Zentrifugalkraft, Besprühen mit wäßrigen Salzlösungen und mit Schwefel angereichertem Brennstoff unterworfen wurde. Der Gewichtsverlust (in mg) ist ein Maßstab für die Lebensdauer des Überzugs in diesem Test. F i g. 6 zeigt

:'< keinen Gewichtsverlust eher einen geringen Anstieg nach 90 Prüfstunden. Der Versuch wurde dann abgebrochen.

Bei ;,in in Fig. A gezeigten Versuch wurde das Rhodium im Überzug durch Platin ersetzt. Der

in Gewichtsverlust dieses Überzugs (F i g. B) ist zwar weil geringer als bei den herkömmlichen überzügen, er beweist aber, daß dieser Überzug nicht die Stabilität der Diffusionsgrenzen aufweist wie ein mit Rhodium angereicherter Überzug. Nicht zuletzt ist auch die klare

π Überlegenheit des Rhodiums gegenüber Platin deutlich.

Im allgemeinen enthalten die erfindungsgemäß

hergestellten Legierungssysteme, da sie auf Nickel- und Kobaltlegierungen gebildet werden, Nickel oder Kobalt (Basismetall), Aluminium und Rhodium zusammen mit

-" geringen Mengen anderer in der Basislegierung vorhandenen Elemente, beispielsweise Chrom, Kobalt oder Nickel (kein Basismetall), Molybdän, Wolfram. Vanadin, Titan, Tantal, Bor, Niob und Zirkonium.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbei-

j~) spiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Probestück, etwa in Form einer Turbinenschaufel, aus Nickellegierungen wurde wie für eine Metallbe-

vi schichtung durch Sandblasen und Entfetten gereinigt. Die gereinigte Schaufel wurde vorbereitet und .n ein Rhodiumbad eingetaucht und 14 Minuten einem Strom von 12,917 A/dm² ausgesetzt, um eine 0,00508 mm starke Rhodium-Schicht zu bilden. Nach dem Waschen mit Aceton wurde die Schaufel in einen Vakuumofen gegeben und darin 1 Stunde bei 1038° C gehalten. Dann wurde die mit Wasser gewaschene und mit Aceton entfettete Schaufel in eine Aluminium-Diffusionspakkung gegeben, die Aluminium, Halogenidaktivator und

ο Verdünnungsmittel enthielt Nach 10 Stunden in dem Bad bei einer Temperatur von 982° C wies des Werkstück einen 0,05588 mm starken Diffusionsüberzug oder eine Beschichtung auf.

Die Analyse des Überzugs durch Mikroabtaster zeigte eine Legierung aus Rhodium, Aluminium und Nickel mit geringen Zusätzen von Chrom und Kobait (F i g. 1) in den nahen Oberflächenbereichen des Diffusionsüberzugs. Fig.2 ist ein Mikroabtaster eines

auf ähnliche Weise hergestellten Difiusionsübeizugs.

Die erhaltene beschichtete Schaufel wurde in ein Erosions-Prüfgerüsl gegeben und auf Korrosionsbeständigkeit geprüft. Ein ähnliches Werkstück, das mit derselben Diffusionspackung beschichtet wurde, jedoch ί ohne Vorplattierung mit Rhodium, wurde als Kontrollstück ,Y auf gleiche Weise geprüft. Ein weiteres ähn/.hes Werkstück, das mit der gleichen Diffusionspackung beschichtet wurde, jedoch unter Zugabe von Sili/ium, wurde als Kontrollstück in der gleichen Weise m iToprüft.

Das Kontrollstück A'zeigte eine frühe ι tritt ansteigende F-'rosioti, die nach 5 Stunden und dann fortlaufend durch Gewichtsverlust in mg gemessen wurde. Nach 20.5 Stunden und einem Verlust von nahezu 100 mg ■ wurde das Werkstück als mißlungen angesehen. Das KoMirollstück /war besser als das Kontrollslück X, da scm fiewichts\erlust nach 20 Stunden weniger als 4ίϊ rVfg bciriig. ,u'iCi" viiii'riicl'i Vci'SCnicCnici ic SICM tief Überzug schnell urul war nach 25.5 Stunden zerstört. ."· Das Probestück des Ficispids 1 war bemerkenswert stabil und der Gewichtsverlust war geringer als 10 mg. und zwar nicht nur nach den Zeitspannen, in denen die anderen Kontrollstücke unbrauchbar wurden, sondern nach übei mehr als der doppelten Versuchsdauer. Das :~. Probestück nach diesem Beispiel war erst nach 64 Stunden unbrauchbar, was eine erhebliche Verbesserung der Lebensdauer gegenüber den zur Zeit handelsüblichen Überzügen bedeutet.

Tabelle I Beispiel 2

Der Oberzug, dessen Mikmablasler in (■' i g. 5 gezeigt ist. wurde auf einer Kobaltlegicrung hergestellt, die als Flügel geformt war. Diese wurde wie in Beispiel I gereinigt, mit Rhodium elektrolytisch beschichtet, und zwar bis zu einer Stärke von Ί.01 524 mm und 4 .Stunden bei 1135"C vordiffundiert. Das borbchancielte Werkstück wurde in eine Diffusionspackung gegeben. Wie in Beispiel I wurde eine handelsübliche Diffusionspackiing verwendet. Nach 1 "isfindipem F.rhit/cn ;iu· HHHC wurde eine Schicht \ mi 0.U/M7 ' nun erhalten

Koiitri'IKiuck Ali

Der I Iberzug. dessen M ik'OaI.¹ taster in I : y. A ue/eigt ist. wurde auf einer als Llügel geformten Nu nellegierung hergestellt.

Dieser wurde wie in Beispiel I gereinigt, mi; Platin bis tv· einer ί icfc voii 0,i/i;4[i72 i'i'im i-lekiι ims lisch beschi'iitet und 2 Stunden bei 1144 Γ vordiffundiert. Das vorbehandeln Werkstück wurde wie in Beispiel .? in eine Diffusionspackung gebracht. Nach einer Lrhitziing auf 982C wahrend IO Stunden υ linie eine Beschichtung von 0.08128 mm erhalten, die mit einer Schichte!ikke von 0.07874 mm aus Beispiel 2 vergleichbar ist.

Alle beschichteten Flügel wurden einer Lrosionspnifung unterworfen. Die Lrgcbriisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt und graphisch in I i g. 6 und Fi g. B dargestellt.

	(iew kh'.<\	erlust Imti	Kontrolle	\nmerkur :cn
lest	Beispiel	Anmerkungen	AH
Stunden	2		0	Oberfläche glatt, gleichmäßig.
0	(I	glatt, gleichmäßig.		silbrig, keine Fehler
		keine Fehler
6	0	dunkelgraues Oxid		glatt graues Oxid
10
16	(l	dunkelgraubraunes Oxid	1!	glatt graues Oxid
20
23	I)	dunkeleraubraunos Oxid		helles Oxid, schuppenhildend
30	-		24
33	0	dunkelgraubraunes Oxid	45	helles Oxid, schuppenbildend
40	-
43	0	grünlich-graues Oxid	61	Oxid-Schunnenflecken und
47'/·

63	0
73	0
78	0
83	0

erünlich-eraues Oxid

grünlich-blaues Oxid, braunes Oxid leichte äußere Oxid-Erosion
weitere äußere Oxid-Erosion weitere äußere Oxid-Erosion

blaugraues Oxid

leichte Erosion: Zerstörung
(Prüfune unterbrochen)

NV - Nicht verfügbar.

Die Auswertung der obigen Daten und der Figuren zeigt die bemerkenswerte Erosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Überzüge, und zwar sogar gegenüber einem Piatinsystem, das ansich wesentlich besser ist als irgendwelche bisher verwendeten und handelsüblichen Überzüge.

NV NV NV NV

Die Begriffe »Nickelbasis« und »Kobaltbasis« wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich auf Legierungen, in denen Nickel bzw. Kobalt die Basis ist und daher den größten Einzelbestandteil in Gewichtsprozent darstellt, obwohl dies nicht unbedingt ein Hauptgewichtsanteil der gesamten Legierung sein muß. So sind

<■)

'K'i'ii.iH'KiVfi-L' !1".'11.'H¹JIi: I.i.'i'i'.'ningcn aiii Koballbasis si.iriic. dl·.' 55-80 Gew.-¹Vn K(ih:ill und ().2^r> Gew.-% Wolfnim. 0 -■ H) Gew.-"/) Chrom, 0-20 Gew.-% tiisen in I oder 0 — 4 Gew.-"/Ό Kohlenstoff enthalten. Typische K oijaities.'icriingeii suit! in ιΙι.Ί folgenden Tabelle angesehen. Geeignete Legierungen auf Nickelbasis enthalten 35-99,3 (Jew.-* Nickel, 0-25 Gcw.-%

C hrom. 0--2Oj Cev. -"-1> !:ιs<■ π. <>
0 -20 Gcw.-^r"i) Molybdän. 0-25 G
Gew. °,'r. Wolfram sowie Vanadin

'" Μ;ιημ.·.η. Kohaii. 0--5 r'u'iu. l'itan. e Legierungen

Tantal, Niob, Boi' . ι η ί. Γ /ir'-Oniuni. f »

auf Nickelbasis mihI in dei folgenden IkM-Ul¹ ü angegeben. [Die Mengen,.:Heile MmI in Gewieh'spro/eni ausgedrückt.

/u-.mimen-■ fWinie C

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Bevorzugte hitzebeständige Legierungen enthalten 50 — 70 Gew.-% des Basismetalls und wesentliche Mengen anderer Metalle, wie Wolfram, Molybdän und Chrom

Durch den erfindungsgemäß hergestellten Überzug ist die Lebensdauer verschiedener Legierungen erhöht, die bei hohen Temperaturen in stark korrodierender Umgebung eingesetzt werden. Hierher gehören z. B. Teile von Turbinen, wie Laufschaufeln, Brennstoffdüsendeckel. Brennerteile, Heißgasleitungen, Motorenummantelungen und Ventile für Dampfturbinen.

Wie angegeben, enthalten die Legierungsüberzüge auf der Legierungsoberflächt insgesamt von 15 bis 40 Gew.-%. gewöhnlich 20 bis 40 Gew.-% Aluminium mit 10 bis 30 Gew.-% Rhodium, der Rest ist Basismetall, Nickel oder Kobalt und andere Elemente, die von vornherein in der Legierungsbasis vorhanden sind. Die Konzentration des Rhodiums kann 5 Gew.-°/o oder weniger und bis zu 50 Gew.-°/o oder mehr der gesamten Überzugsmasse betragen. Solche Mengen, die außerhalb des bevorzugten Bereiches von 10 bis 30% Rhodium liegen, verlangen aber spezielle Diffusionsarbeitsweisen hinsichtlich der Diffusionszeiten und/oder Diffusionstemperaturen, um Brüchigkeitsprobleme zu vermeiden, insbesondere bei höheren Konzentrationen, und um die gewünschte Leistung bei tieferen Konzentrationen zu erhalten. Die Konzentration an Rhodium in der inneren Grenzschicht liegt bei 10 bis 80% dieser Schicht, die sich etwa 20% der Tiefe des Diffusionsüberzuges oder der Umhüllung erstreckt.

Rhodium bietet folgende Vorteile·

Die Diffusionsfähigkeit von Rhodium im Basi- metall und im Überzug ist geringer als diejenige von Platin und ermöglicht daher die Herstellung der inneren Grenzsperre für die Diffusion. Im Temperaturbereich, in dem die Fähigkeit der Oxidbildungen (RhO₂, PtO>) erheblich ist, hat das Rhodium von diesen beiden Oxiden den geringeren Dampfdruck, der durch die Differenz in den Charakteristiken des Gewichtsgewinns oder -Verlustes in den F i g. 6 und B dargestellt ist.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsüberzugs aus Rhodium und Aluminium aul einer Nickel- oder Kobaltlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rhodiumschicht mit einer Dicke von 5% bis 20% der gewünschten Schichtdikke des Diffusionsüberzugs auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und durch Wärmebehandlung vordiffundiert wird, und anschließend Aluminium in die mit Rhodium vordiffundierte Schicht eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rhodiumschicht durch elektrolytisehe Beschichtung aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium aus einer Aluminium enthaltenden Pulverpackung eindiffundiert wird.

4. Verfahr«! nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtüberzug mit einem Gehalt von 15 bis 40 Gew.-% Aluminium aufgebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtüberzug mit 10 bis 30 Gew.-% Rhodium und 15 bis 40 Gew.-% Aluminium mit dem restlichen Bestandteil des Überzugs aus Basismetall und metallischen Elementen aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die bei der Vordiffussion mit Rhodium gebildete innere Grenzschicht gewichtsmäßig 2 bis 4mal soviel Rhodium wie Aluminium eingesetzt wird.

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