DE2521990C2

DE2521990C2 -

Info

Publication number: DE2521990C2
Application number: DE2521990A
Authority: DE
Inventors: Arnold R. Orange Conn. Us Erickson; Carlino Cromwell Conn. Us Panzera
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Technetics Corp
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-05-16
Publication date: 1989-06-01
Also published as: FR2313611A1; GB1512811A; DE2521990A1; FR2313611B1; BE829560A; CH609379A5

Description

Die Erfindung betrifft einen abriebfähigen, porösen und gegen Oxidation bei hohen Temperaturen beständigen, oberflächlich oxidierten metallischen Sinterkörper der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein solcher Sinterkörper ist bereits aus der DE-OS 24 07 916 bekannt. Dieser bekannte Sinterkörper besteht aus einer Vielzahl von zusammengesinterten verschiedenen Legierungspulvern.

Diese aus verschiedenen Legierungspulvern zusammengesetzten herkömmlichen Sinterkörper sind wegen ihres inhomogenen Aufbaus, insbesondere wegen ihres hohen Mischungsanteils an inerten, oxidischen und gegebenenfalls nitridischen Materialien, mit einer Vielzahl von Nachteilen behaftet, die einer Verwendung als Dichtungswerkstoff für hochbelastete Maschinenteile unter erhöhten Temperaturen entgegenstehen.

Aus der DE-PS 18 12 144 sind hochfeste Nickel-Aluinium-Werkstoffe mit guter Oxidationsbeständigkeit bekannt, zu deren Herstellung eine pulverförmige Mischung aus 80 bis 98% Nickel und 2 bis 20% Aluminium verdichtet und der gewonnene Preßkörper zur exothermen Reaktion gebracht und anschließend warm verformt wird. Die Werkstoffeigenschaften dieses bekannten Werkstoffes werden in erster Linie von der intermetallischen Phase Ni₃Al bestimmt, welche bei hohen Temperaturen über eine gute Oxidationsbeständigkeit und eine hohe Festigkeit verfügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sinterkörper der aus der DE-OS 24 07 916 bekannten Gattung so zu verbessern, daß abriebfähige Dichtungswerkstoffe mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sinterkörpers sind in den Unteransprüchen 2 mit 15 angegeben.

Bevorzugte Herstellungsweisen für den erfindungsgemäßen Sinterkörper sind in den Unteransprüchen 16 bis 18 angegeben.

Gemäß den Ansprüchen 19 und 20 wird der erfindungsgemäße Sinterkörper bevorzugt verwendet als Werkstoff zur Herstellung von Messerkantendichtungen in Gasturbinen sowie zur Herstellung von Schaufelendendichtungen in Gasturbinen.

Die erfindungsgemäßen Sinterkörper können im unoxidierten Zustand als einschleifbare Dichtungen eingebaut werden. In diesem Fall bildet sich der schützende Al₂O₃-Überzug im Gebrauch. Die Dichtung kann jedoch statt dessen auch vorab einer Oxidationsbehandlung zur Bildung des Al₂O₃- Überzuges unterworfen werden. Zu diesem Zweck kann die Dichtung der Einwirkung eines warmen, sauerstoffhaltigen Gases ausgesetzt werden, bevor das Material als Dichtung eingebaut wird.

Sowohl Fasern als auch Pulver, entweder allein oder in Kombination, können zur Herstellung der Dichtungen verwendet werden. Der Begriff "Teilchen" ist hier so zu verstehen, daß er sowohl feine Metallfasern als auch feinteilige Metallpulver umfaßt, die zur Herstellung der Dichtung verwendet werden.

Die Zusammensetzung der Legierung ist so, daß nach der Bildung des Al₂O₃-Überzugs das Substrat mindestens 4% Al enthält. Legierungszusammensetzungen (in Gewichtsprozent), die diese Anforderungen erfüllen, liegen innerhalb des breiten Bereiches (bezogen auf das Gewicht) von etwa 15-25% Cr; etwa 5-20% Al; etwa 0,01-0,5% II und etwa 0,5-2,0% III, wenn I=Co oder Ni, und etwa 0,1-1,0% III, wenn I=Fe; Rest Co, Fe, Ni. Die Durchmesser der Faser- und Pulverteilchen liegen innerhalb der breiten Bereiche (in µm) von etwa 4 bis 150 bzw. etwa 4 bis 100. Die L/D-Verhältnisse der Fasern betragen im allgemeinen 10 bis etwa 4200, und das L/D-Verhältnis des Pulvers liegt um 1, kann jedoch bis zu 7 oder 8 betragen.

Das abriebfähige Dichtungsmaterial der Erfindung, das für die Hochtemperaturanwendung in Turbomaschinen geeignet ist, besteht aus einer gesinterten Masse aus (1) statistisch verteilten feinen Metallfasern oder (2) feinem Metallpulver oder (3) sowohl Fasern als auch Pulver.

Die freiliegenden Oberflächen der Fasern und Pulverteilchen, die die Dichtung bilden, werden gegen Oxidation bei hohen Temperaturen durch einen Al₂O₃-Überzug geschützt, der auf dem Substrat gebildet wird. Dieses Substrat besitzt einen Al-Gehalt von mindestens 4% zum Ersatz von abgesplittertem bzw. abgeschabtem Al₂O₃ und zur "Heilung" von eventuellen Al₂O₃-Rissen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise schematische Querschnittsansicht eines Segments eines Gasturbinenantriebs, bei dem die Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 eine stark vergrößerte Querschnittsansicht einer abriebfähigen Metallfaserdichtung der Erfindung,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2, wobei die Dichtung jedoch aus Fasern und Pulverteilchen besteht,

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, wobei es sich jedoch um eine Pulverteilchendichtung handelt, und

Fig. 5 den Zusammenhang zwischen dem Faserdurchmesser und dem Aluminiumgehalt in Gewichtsprozent in der Legierung, der erforderlich ist, um einen 0,5 µm dicken Al₂O₃-Überzug auf der Faser zu erzeugen, wobei in der Fasersubstanz noch mindestens 4% Al zurückbleiben.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 das äußere Gehäuse einer Turbomaschine mit Turbinenschaufeln 2, von denen nur eine gezeigt ist. Die umlaufenden Schaufeln 3 und 4 sind mit dem Schwungrad (nicht dargestellt) der Maschine verbunden. Zwischen den Schaufeln 3 und 4 und hiermit verbunden ist eine Dichtung 5 angeordnet, die einen inneren Teil 6 und einen äußeren Teil 7 besitzt. Abriebfähige Dichtungen 8 und 9 sind auf dem Gehäuse 1 neben den Enden 10 und 11 der Schaufeln 3 und 4 angebracht und stellen die äußere Dichtung dar. Die äußere Dichtung 7 des Elements 5 besitzt vorspringende Ringe 12, die einstückig ausgebildet sind. An diesen Ringen 12 sind kreisförmige Messerkanten 13 befestigt.

An dem inneren Teil der Schaufeln 2 ist ein Dichtungsring 14 befestigt. Abriebfähige Dichtungen 15 sind auf der inneren Fläche des Dichtungsrings 14 angebracht und stellen die innere Dichtung dar. Wenn die Maschine ihre Betriebstemperatur und -geschwindigkeit erreicht, dehnen sich die Messerkanten 13 radial stärker aus als die innere Dichtungsfläche 15 a, wodurch sich die Messerkanten 13 in die Dichtungen 15 einreihen bzw. einschleifen, so daß eine wirksame Rotations-Dichtwirkung erreicht wird.

Das abriebfähige Dichtungsmaterial, das nachfolgend im einzelnen beschrieben ist, stellt einen Preßling aus Metallfasern, Metallpulver oder beidem, aus einer Legierung der Zusammensetzung I, Cr, Al, II oder I, Cr, Al, III, wobei I Fe, Ni, Co oder sowohl Ni als auch Co ist, II Y, Si, Sc oder seltene Erden darstellt, und III Y, Si, Hf, Zr, Nb oder Ta ist, dar. Bei Gebrauch unter oxidierenden Hochtemperaturbedingungen entsteht auf dem Preßling, der aus ineinandergreifenden, gepreßten und gesinterten Fasern und/oder Pulverteilchen besteht, ein Schutzüberzug aus Al₂O₃, der weitere Oxidation verhindert oder in großem Umfang herabsetzt.

Der gepreßte Werkstoff bzw. Metallpreßling enthält keine losen Teilchen. Die Bezeichnungen "Fasern" und "Pulver" bzw. "Pulverteilchen" bedeuten bei Gebrauch in Verbindung mit den Massen oder Preßlingen, daß die Faser- und/oder Pulverteilchen, so wie sie in der Werkstoffstruktur vorliegen, zusammengesintert sind.

Die Enden 10 und 11 und die Messerkanten 13 reiben bzw. schleifen während der Drehung der Schaufeln 3 und 4 gegen das abriebfähige Material der Dichtungen 8, 9 und 15. Jegliche vorstehenden Teile in der Dichtung werden abgerieben, wodurch ein minimales Dichtungsspiel und eine gute Gasdichtigkeit gewährleistet sind.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform mit überlappender bzw. ineinandergreifender Struktur der Metallfasern. Die abriebfähige Dichtung bei dieser Ausführungsform besteht aus ineinandergreifenden und statistisch ausgerichteten Fasern 16. In der weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind einige der Lücken zwischen den Fasern mit einem Metallpulver 17 der gleichen oder einer ähnlichen Legierungszusammensetzung, die innerhalb der allgemeinen Formel liegt, ausgefüllt. Der Metallpreßling ist als Ganzes zusammengesintert, so daß die Metallfasern und die Pulverteilchen miteinander verbunden sind (Faser zu Faser, Pulverteilchen zu Pulverteilchen und Faser zu Pulverteilchen). Auf diese Weise entsteht eine abriebfähige Struktur, die die für eine Dichtung erforderliche physikalische Festigkeit besitzt. In der weiteren, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Metallpreßling vollständig aus Metallpulverteilchen.

Einige Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäß geeigneten Metallfasern mit kleinem Durchmesser sind in den US-PS 33 94 213, 35 05 039, 35 04 516, 32 77 564, 33 79 000 und 36 98 863 beschrieben. Verfahren zur Herstellung von gepreßten Metallfaserstoffen oder Massen der vorstehend genannten Art sind in den US-PS 31 27 668, 35 05 038 und 34 69 297 beschrieben. Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern und Pulverpreßlingen sind zum Beispiel aus "Powder Metallurgy", Herausgeber John Wulff, 1942, veröffentlicht durch American Society for Metals; "Powder Metallurgy, Practice and Application", von Sands and Shakespeare, 1966, George Newnes Ltd., London; und den US-PS 32 68 997 und 33 50 178 bekannt.

Legierungszusammensetzung

Es wurde gefunden, daß Legierungen der vorstehenden Zusammensetzung zerspant oder anderweitig maschinell bearbeitet werden können, so daß die Metallteilchen entstehen, aus denen die abriebfähigen Dichtungen der Erfindung aufgebaut sind. Diese Legierungen verleihen den Metallteilchen und den hieraus hergestellten gepreßten Werkstoffen die erforderlichen Eigenschaften. Einige Zusammensetzungen (in Gewichtsprozent) sind in Tabelle I angegeben.

Tabelle I¹)

Die Legierungen NiCrAlY und NiCrAlSi werden wegen ihrer niedrigen Schmelzpunkte bevorzugt. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die überlegenen Abriebeigenschaften von der Tatsache herrühren, daß der Schmelzpunkt der Dichtungslegierung niedriger als derjenige herkömmlicher Metalle ist, die für Drehschaufelenden und Messerkanten verwendet werden, die gegen das abriebfähige Dichtungsmaterial reiben. In der Legierung muß ein ausreichender Al-Gehalt vorhanden sein, damit ein Al₂O₃-Überzug, der aus der Oxidation der Metallteilchen (Faser- oder Pulverteilchen) resultiert, von mindestens 0,5 µm Dicke gebildet werden kann. Zusätzlich muß im Substrat ein Al-Gehalt von mindestens 4% verbleiben, damit zusätzliches Al zur "Heilung" eventueller Risse in den Plättchen bzw. dem Überzug aus Al₂O₃ und zum Ersatz von abgesplittertem bzw. abgeschabtem Al₂O₃ vorhanden ist.

Während im allgemeinen eine einzige Legierung zur Herstellung der Fasern und Pulver verwendet wird, um besonderen Anforderungen zu genügen, können Gemische aus Fasern und/oder Pulvern unterschiedlicher elementarer oder gewichtsmäßiger Zusammensetzungen, die innerhalb der allgemeinen Legierungsklasse und des Gewichtsbereichs liegen, zur Herstellung der Metallpreßlinge verwendet werden. Bei Verwendung von zwei oder mehr Legierungen, die unterschiedliche Elemente enthalten, kann unter den hohen Gebrauchstemperaturen eine Diffusion der Elemente zwischen den Teilchen unterschiedlicher Zusammensetzung, die miteinander in Berührung stehen, stattfinden. Hierdurch können hochkomplexe Legierungsgemische entstehen.

Das die Metallfasern, die in den Metallpreßlingen der Erfindung Verwendung finden, aus den genannten Legierungen, die einen Al- Gehalt von über 5% besitzen, erhalten werden können, ist überraschend, da die allgemein vertretene Auffassung dahin geht, daß solche Legierungen zu spröde für das Zerspanen oder andere, zur Faserherstellung erforderliche Maßnahmen sind.

Es kann mathematisch gezeigt werden, daß die Beziehung zwischen dem Al-Gehalt der Legierungen (angegeben als Al-Anteil im Metall) und dem Durchmesser in µm (D) einer Faser mit einem kreisförmigen Querschnitt zur Erzielung einer 0,5 µm dicken Al₂O₃-Schicht, während im Kern ein Al-Gehalt von 4% verbleibt, durch die Formel

gegeben ist.

Während durch die vorstehende Formel der Zusammenhang zwischen der zweckmäßigen Mindestdicke der Al₂O₃-Schicht und dem Al-Legierungsgehalt geregelt wird, liegen größere Dicken selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, vorausgesetzt, daß das Substrat noch mindestens 4% Al enthält. Obwohl diese Formel für Fasern mit kreisförmigem Querschnitt berechnet ist, gibt sie auch den Mindest-Al-Gehalt in der Legierung für den Durchmesser beliebig geformter Fasern an.

Die analoge Beziehung für den Überzug auf einem kugelförmigen Metallpulverteilchen ergibt sich aus der Formel

Diese Beziehungen sind in Fig. 5 graphisch dargestellt, aus der hervorgeht, daß zum Beispiel folgende Zusammenhänge gelten:

Während Fig. 5 den Zusammenhang zwischen dem Mindestaluminiumgehalt zur Gewährleistung einer Mindestdicke von 0,5 µm Al₂O₃ unter Aufrechterhaltung eines Aluminiumgehalts von mindestens 4% Substrat zur Oxidheilung angibt, können selbstverständlich dünnere Überzüge zu Beginn oder Oxidation entstehen. Selbstverständlich liegen auch dickere Überzüge im Rahmen der Erfindung, vorausgesetzt, daß die Substratlegierung nach der Oxydation noch mindestens 4% Aluminium enthält.

Herstellung der Preßlinge

Metallpreßlinge, die ausschließlich aus Metallfasern bestehen, können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Man kann zum Beispiel ein dünnes Gewebe bzw. Vlies aus Metallfasern mittels Anwendung von Luft (US-PS 35 05 038) oder nach dem Wasseraufschlämmungsverfahren (US-PS 31 27 668) herstellen.

Um die Grünfestigkeit der Matte zu erhöhen, können der Fasermatte, die zur Rohmatte geformt wird, Cellulosefasern, zum Beispiel Fasern aus Celluloseestern und -äthern oder Rayon, zugesetzt werden.

Das so hergestellte Fasergewebe bzw. -vlies wird dann zu dem Metallpreßling gepreßt und gesintert. Die Dichte kann dadurch verändert werden, daß man den auf das Gewebe angewendeten Druck variiert und/oder der Rohfasermatte abbaubares Material hinzusetzt, das während der Sinterstufe zerstört wird. Hierzu ist die Verwendung von Teilchen aus Holz, Kunststoffen oder flüchtigen Verbindungen bekannt.

Metallpreßlinge, die sowohl aus Metallfasern als auch aus Pulverteilchen bestehen, können dadurch hergestellt werden, daß man zunächst ein Gewebe aus Metallfasern nach einer der bekannten Methoden herstellt, dann das Metallpulver in die Hohlräume des Gewebes hineinsiebt und schließlich die Masse aus Faser- und Pulverteilchen zur Erzielung eines Preßlings verpreßt und sintert. In einer anderen Ausführungsform werden die Faser- und Pulverteilchen im gewünschten Ausmaß miteinander vermischt, nach bekannten Methoden zu einem Gewebe verformt, das dann gepreßt und der Sinterung unterworfen wird. Der Pulvergehalt des Metallpreßlings kann von 10 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 50%, variieren. Die Zugabe von Pulver zu der Rohmatte vermindert die Porosität und erlaubt die Erzielung einer gegebenen Dichte mit geringer Verdichtung. Beim Sintern des Metallfaser- Pulver-Gewebes werden nicht nur die Fasern an den Berührungsstellen, sondern auch die Metallpulverteilchen mit den Fasern und untereinander verbunden.

Metallpulverpreßlinge können nach den Verfahren der US-PS 32 68 997 und 33 50 178 hergestellt werden. Diese Verfahren bestehen in einfachen Zügen darin, daß man das Pulver mit einem flüssigen Bindemittel oder cellulosehaltigem Material zur Erzielung einer gewissen Grünfestigkeit vermischt, zusätzlich flüchtige Stoffe zur Erzielung der Porosität des gepreßten Werkstoffs zusetzt und dann das Gemisch verpreßt und sintert.

Geometrie der Teilchen

Es wurde weiter gefunden, daß die Qualität der erzielten Ergebnisse beim Abrieb von dem L/D-Verhältnis der Teilchen abhängt, aus denen die Dichtung besteht. Im allgemeinen beträgt das L/D- Verhältnis der Metallfasern etwa 10 bis etwa 4200, vorzugsweise 10 bis 100, bei einem Optimum bei etwa 50. Im Fall von Metallpulverteilchen liegt das optimale L/D-Verhältnis bei etwa 1, kann jedoch bis zu 7 oder 8 betragen.

Die Fasern können Durchmesser von etwa 4 bis etwa 150 µm, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25 µm, insbesondere etwa 8 bis etwa 12 µm, besitzen. Bei gemischten Faser-Metallpreßlingen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, weit gestreute Fasergrößen anzuwenden, zum Beispiel ein Fasergemisch, das Fasern mit einer Größe von etwa 100 bis 150 µm, vermischt mit Fasern von etwa 8 bis 12 µm, enthält. Das Metallpulver kann bezüglich der einzelnen Teilchendurchmesser von etwa 4 bis etwa 100 µm, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 75 µm, insbesondere etwa 5 bis etwa 25 µm, variieren. Der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Durchmesser" bezeichnet nicht nur die Durchmesser von zylindrischen Fasern und kugelförmigen Pulverteilchen, sondern, im Fall von nicht-zylindrischen Fasern und nicht-kugelförmigen Pulverteilchen, auch die äquivalenten theoretischen Durchmesser. Im Fall eines Zylinders beträgt das Verhältnis des Volumens V zur Oberfläche A D/4, wobei D den Durchmesser bedeutet, und im Fall einer Kugel D/6. Der theoretische Durchmesser eines Faserteilchens bestimmt sich durch Messung seiner geometrischen Konfiguration, der Bestimmung seiner Oberfläche und seines Volumens, wobei die erhaltenen Werte in die Gleichung eingesetzt werden. In ähnlicher Weise erhält man im Fall eines Pulverteilchens bei der Multiplikation des Verhältnisses von Volumen zu Fläche mit dem Faktor 6 den theoretischen Durchmesser.

Während der vorstehenden Formel für die Mindestdicke des Al₂O₃- Überzugs Teilchen mit kreisförmigen Querschnitten zugrunde liegen, gibt die Formel auch den Mindest-Al-Gehalt für beliebig geformte Teilchen mit gleichem theoretischem Durchmesser wie die Teilchen mit kreisförmigem Querschnitt an.

Dichte der Preßlinge

Die Dichte des Preßlings ist eine wichtige Eigenschaft, die einen beträchtlichen Einfluß auf die Gebrauchseigenschaften der Dichtung hat. In der Beschreibung ist der Begriff "Dichte" definiert als das Gewicht eines Einheitsvolumens des Preßlings oder der Matte geteilt durch das Gewicht des gleichen Volumens eines festen Metalls des gleichen Materials, das zur Herstellung der Teilchen verwendet wird. Somit besitzt ein Preßling oder eine Matte mit einer Dichtung von 20% ein Gewicht, das 20% des gleichen Volumens des festen Metalls beträgt. Die Porosität ergibt sich aus 100 minus Dichte; ein Preßling einer Dichte von 20% besitzt somit eine Porosität von 80%.

Die Dichte des Preßlings kann von 14 bis 30% variieren. Die optimale Dichte hängt von dem beabsichtigten Verwendungsbereich ab. Für die Verwendung einer inneren Luft- bzw. Gasdichtung einer Gasturbine, wo das abriebfähige Material der Reibung mit einer Messerkante unterliegt, wie bei den Elementen 13 und 15 der Fig. 1, beträgt die Dichte des Preßlings vorzugsweise etwa 14 bis 20%. Bei Dichtungen für Drehschaufelenden, wie in den Elementen 8, 9, 10 und 11 in Fig. 1 dargestellt, beträgt die optimale Dichte hingegen etwa 21%. Im allgemeinen werden aus Gründen des Erosionswiderstandes bei höheren Endgeschwindigkeiten und höheren Gasgeschwindigkeiten in der Turbine höhere Dichten bevorzugt.

Bei Verwendung von Pulvern, entweder in Kombination mit Fasern oder allein, lassen sich Dichten von 14 bis 30% leicht erreicht. Wenn der Preßling aus Metallpulver besteht, können Dichten von etwa 30 erreicht werden.

Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Zur Herstellung von Dichtungen werden die Metallteilchen, die nach einer der bekannten Methoden hergestellt worden sind, zu einer Masse bzw. Matte der gewünschten Form und Dichte verformt. Wie bereits dargelegt, kann der Preßling aus Fasern und/oder Metallpulver bestehen. Nach der Verformung wird der Preßling gesintert, damit er die gewünschte Festigkeit erhält, anschließend Hochtemperatur-Oxidationsbedingungen zur Ausbildung eines Al₂O₃- Überzugs unterworfen und dann in die Turbomaschine eingebaut, wo das Einschleifen bis auf ein geeignetes Dichtungsspiel erfolgt. Bei Laboratoriumsversuchen konnte gezeigt werden, daß die abriebfähigen Dichtungen der Erfindung eine zufriedenstellende Oxidationsbeständigkeit in Luft bis zu einer Temperatur von 824°C bei einer Betriebsdauer von 10 000 Stunden besitzen.

Das folgende Beispiel ist auf die Herstellung einer NiCrAlY-Dichtung gerichtet.

NiCrAlY-Fasern mit einer Oberfläche, die einer 5 bis 6 µm dicken Faser mit kreisförmigem Querschnitt entspricht, die ein mittleres L/D-Verhältnis von etwa 60 besitzen, werden unter Anwendung einer Faseraufschlämmung zu einem Vlies verformt. Die Zusammensetzung der Fasern ist 15,7% Cr, 9,5% Al, 0,21% Y, Rest Ni. Die scheinbare Dichte des gebildeten Vlieses beträgt 13,7%. Dieses Vlies wird 6 Stunden im Vakuum bei 1177°C der Sinterung unterworfen und mittels Walzen auf 22% Dichte verdichtet. Infolge der Veränderung der spezifischen Oberfläche der Fasern während der Sinterung besitzt das fertige Produkt eine Oberfläche, die einer 11 bis 13 µm dicken Fasern mit kreisförmigem Querschnitt entspricht.

Aufgrund einer gewissen Verdampfung während des Sinterns beträgt die chemische Zusammensetzung des fertigen Produkts 13,8 bis 15,0% Cr, 8,7-9,4% Al, 0,18% Y, Rest Ni. Nachdem man aus der fertigen NiCrAlY-Fasermetallfolie Streifen geschnitten hat, werden diese durch Walzen verformt, in einen Test-Statorring eingelötet bzw. -geschweißt und 500 Stunden einer Temperatur von etwa 899°C unterworfen. Hierbei bildet sich ein mindestens 0,5 µm dicker Al₂O₃-Überzug auf den freiliegenden Flächen des Fasermetalls.

Claims

1. Abriebfähiger, poröser und gegen Oxidation bei hohen Temperaturen beständiger, oberflächlich oxidierter metallischer Sinterkörper, der eine Zusammensetzung von 10 bis 27% Cr, 5 bis 20% Al sowie wenigstens einem Metall aus einer Fe, Co und Ni umfassenden Gruppe (I) sowie wenigstens ein Material aus einer Y, Sc sowie die Seltenerdmetalle umfassenden Gruppe (II) oder wenigstens ein Material aus einer Si, Hf, Zr, Nb und Ta umfassenden Gruppe (III) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallteilchen aus einer einheitlichen Legierung bestehen, welche neben den genannten Cr-Gehaltsbereichen und Al-Gehaltsbereichen besteht aus 0,01 bis 0,5% wenigstens eines Metalls der Gruppe (II) oder aus 0,5 bis 2,0% eines Elementes der Gruppe (III), Rest wenigstens eines der Elemente Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen aus Kobalt und Nickel, wobei der Gehalt an Elementen der Gruppe (III) 0,1 bis 1,0% beträgt, wenn der Rest aus Fe besteht, oder 0,5 bis 2,0% beträgt, wenn der Rest aus Kobalt oder Nickel besteht, und
daß der Al-Gehalt des Metallpulvers so hinreichend gewählt ist, daß bei Oxidation bei höheren Temperaturen die Teilchen eine Al₂O₃-Beschichtung mit einer Dicke von wenigstens 0,5 µm ausbilden, aber dennoch im unter der Beschichtung liegenden Material wenigstens eine 4%ige Al-Konzentration verbleibt, und
daß die relative Dichte des Sinterkörpers 14% bis 30% beträgt.

2. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen im wesentlichen aus Metallfasern und/oder Metallpulver bestehen und der Al-Gehalt der Legierung, aus der die Metallfasern bestehen, wenigstens den durch die Gleichung I gegebenen Wert erreicht, und der Al-Gehalt der Legierung, aus dem die Metallpulverteilchen bestehen, mindestens den durch die Gleichung II gegebenen Wert erreicht, wobei D in den Gleichungen I und II den Teilchendurchmesser in µm bedeutet.

3. Sinterkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Metallteilchen, aus denen die Herstellung der Preßlinge erfolgt. Fasern mit einem Durchmesser von 4 bis 150 µm enthalten.

4. Sinterkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von 8 bis 12 µm besitzen.

5. Sinterkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ein L/D-Verhältnis von etwa 10 bis etwa 4200 besitzen.

6. Sinterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 50 Gew.-% der Teilchen aus Metallpulver bestehen.

7. Sinterkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 50 Gew.-% aus Metallpulver bestehen.

8. Sinterkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver einen Durchmesser von 4 bis 100 µm und die Metallfasern einen Durchmesser von 4 bis 150 µm besitzen.

9. Sinterkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen zusätzlich zu Fasern 30 bis 50 Gew.-% Metallpulver mit einem Durchmesser von 4 bis 100 µm enthalten.

10. Sinterkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen zusätzlich zu Fasern 30 bis 50 Gew.-% Metallpulver mit einem Durchmesser von 4 bis 100 µm und einem L/D-Verhältnis von 1 bis 8 enthalten.

11. Sinterkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte von 15 bis 30%.

12. Sinterkörper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Pulvers 5 bis 25 µm beträgt.

13. Sinterkörper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 15 bis 17% Cr, 8,0 bis 12% Al, 0,01 bis 0,25% Y, Rest Ni, besteht.

14. Sinterkörper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 15 bis 23% Cr, 8,0 bis 12% Al, 0,01 bis 0,1% Y, Rest Fe besteht.

15. Sinterkörper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 15 bis 23% Cr, 8,0 bis 12% Al, 0,4 bis 0,6% Si, Rest Fe, besteht.

16. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Fasern aus Cellulose, Cellulosefasern, Celluloseethern oder Rayon eingearbeitet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der relativen Dichte Materialien verwendet werden, die beim Sintervorgang zerstört werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gewebe aus Metallfasern hergestellt und dann Metallpulverteilchen in die Hohlräume des Metallfasergewebes eingebracht werden, worauf das aus Faser und Pulverteilchen bestehende Material verpreßt und gesintert wird.

19. Verwendung eines Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder eines nach den Ansprüchen 16, 17 oder 18 hergestellten Sinterkörpers mit einer Dichte von 14 bis 20% als Werkstoff zur Verwendung als Messerkantendichtungen in Gasturbinen.

20. Verwendung eines Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder eines nach Anspruch 16, 17 oder 18 hergestellten Sinterkörpers mit einer Dichte von etwa 21% als Werkstoff zur Herstellung von Schaufelendendichtungen in Gasturbinen.