DE2605289A1 - Legierung mit verbesserter bestaendigkeit gegenueber der umgebung - Google Patents
Legierung mit verbesserter bestaendigkeit gegenueber der umgebungInfo
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Description
Legierung mit verbesserter Beständigkeit gegenüber der Umgebung
Die Erfindung bezieht sich auf metallische Materialien mit verbesserter
Beständigkeit gegenüber der Umgebung, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, und weiter insbesondere auf solche Materialien
in Form eines metallischen Überzuges auf einem metallischen Gegenstand für den Einsatz bei hoher Temperatur.
Seitens der Hersteller von Apparaturen zur Energieerzeugung, wie von Gasturbinen, besteht Interesse, die Temperatureigenschaften
von Teilen zu verbessern, die bei hoher Temperatur arbeiten. Obwohl moderne Legierungen mechanische Eigenschaften aufweisen,
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ORIGINAL INSPECTED
die den Bedingungen bei einer solchen Anwendung widerstehen können,
ist doch die Oberflächenstabilität einiger von ihnen gegenüber Oxydation oder Hitzekorrosion unbefriedigend.
Eine mit der Entwicklung von Gasturbinen verbundene Hauptanstrengung
ist die, verbesserte Überzugslegierungen und überzogene
Gegenstände für Einsatz bei hohen Temperaturen zu entwickeln. Es sind verschiedene überzüge, überzogene Gegenstände und Verfahren
zum überziehen beschrieben worden. Ein Beispiel eines Verfahrens und einer in diesem Verfahren brauchbaren Legierung ist
das Packungsdiffusionsverfahren nach der US-PS 3 667 985.Das Aufbringen
von Hochtemperaturüberzügen durch Bedampfen einschließlich solcher mit Aluminium als wesentlichem Bestandteil ist in
der US-PS 3 528 861 beschrieben. Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 25 49 548.1 ist ein Metallgegenstand mit einem
überzug verbesserter Beständigkeit gegenüber Oxydation und Schwefelangriff, der Hafnium in einer definierten Menge enthält.
In den US-PS 3 494 748, 3 677 789 und 3 819 338 ist die Einbeziehung
von Platin allein oder zusammen mit gewissen anderen Elementen zur Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit beschrieben.
Die Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung beruht auf einem Element, das ausgewählt ist aus Eisen, Kobalt und Nickel
und als Legierungsζusatζ Aluminium enthält, wobei die Legierung
mit verbesserter Beständigkeit gegenüber der Umgebung versehen wird, indem man ihr die Kombination von 0,1 - 10 Gew.-/5 Hafnium
und 0,5 - 20 Gew.-? eines Elementes aus Platin, Rhodium und Palladium hinzufügt. Die erfindungsgemäße Legierung ist besonders
geeignet für die Herstellung eines Überzuges für einen Gegenstand, indem man ihre Elemente auf die Oberfläche des Gegenstandes aufbringt
und diffundiert, um die Legierung zu schaffen, doch kann man auch die fertige Legierung auf die Oberfläche eines Gegenstandes
aufbringen, gefolgt von der Interdiffusion mit der Oberfläche,
wenn es erwünscht ist, und man kann auch andere Verfahren anwenden. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Legierung, welche
die verbesserte Beständigkeit gegenüber der Umgebung erzeugt, besteht im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent:
10 - 50 Chrom, 8 - 30 Aluminium, 0-3 Yttrium,
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0,1 - 10 Hafnium, 0,5 - 20 Platin, und der Rest sind im wesentlichen
Eisen^ Kobalt oder Nickel. Es ist bevorzugt, in einer solchen Legierung den Hafniumgehalt im Bereich von etwa 2 - 5 % und den
Platingehalt im Bereich von etwa 5 - 10 % zu haben. Eine besonders
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Legierung
besteht aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent: 20 - 30 Chrom, 8-20 Aluminium, 0,5-1 Yttrium, 2-5 Hafnium, 5-10
Platin, und der Rest ist im wesentlichen Eisen, Kobalt oder Nickel.
Die erfindungsgemäße Legierung wurde in einem Tiegeltest ausgewertet
und mit bekannten Zusammensetzungen verglichen, von denen einige in Form von Überzügen Beständigkeit gegenüber Oxydation
oder Schwefelangriff oder beidem verliehen haben. Bei einem solchen
Test auf Beständigkeit gegenüber reduzierenden und oxydierenden Umgebungen bei hoher Temperatur wurden Probekörper der
Legierung, die durch Zapfengießen (im Englischen "pin casting"
!hergestellt wurden,/
genanntFvin Tiegeln angeordnet , die ein Salz enthielten aus 0,1 Gew.-? Kohlenstoff und 99,9 Gew.-% Na3SO11, das zur Erzeugung reduzierender Bedingungen in Argon und für oxydierende Bedingungen in Luft auf eine Temperatur von etwa 900 0C erhitzt wurde. Die Zusammensetzung der Legierungen für die Probekörper ist ebenso wie der Angriff durch die reduzierende Umgebung in Stunden pro 0,025 mm Dicke in der folgenden Tabelle angegeben.
genanntFvin Tiegeln angeordnet , die ein Salz enthielten aus 0,1 Gew.-? Kohlenstoff und 99,9 Gew.-% Na3SO11, das zur Erzeugung reduzierender Bedingungen in Argon und für oxydierende Bedingungen in Luft auf eine Temperatur von etwa 900 0C erhitzt wurde. Die Zusammensetzung der Legierungen für die Probekörper ist ebenso wie der Angriff durch die reduzierende Umgebung in Stunden pro 0,025 mm Dicke in der folgenden Tabelle angegeben.
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Zusammensetzung Kohlenstoff und
des Probekörpers Na?S0. bei 900 0C
1 Co-Legierung mit (a) 260
2 Co-Legierung mit 1 Y 250
3 Co-Legierung mit 2-5 Hf 2000
4 Co-Legierung mit 1 Y, 5-10 Pt 2000
5 Co-Legierung mit 2-5 Hf,
5-10 Pt 2500
6 Fe-Legierung mit (b) 20
7 Fe-Legierung mit 2-5 Hf 800
8 Fe-Legierung mit 1 Y, 5-10 Pt 1300
9 Fe-Legierung mit 2 Hf, 5-10 Pt 2000
(a) 25 ? Cr, 10 ? Al, Rest Co
(b) 25 ? Cr, 10 % Al, Rest Fe
Beispiele für die erfindungsgemäße Legierung sind in der obigen
Tabelle die Beispiele 5 und 9S die eine beträchtlich verbesserte
Beständigkeit gegenüber Beeinträchtigung zeigten als die anderen Legierungsbeispiele, Die Beispiele 5 und 9 sind typisch für die
in einer Legierung auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis erzielbare Verbesserung, wenn die Legierung Aluminium, Hafnium im Bereich
von 0,1 bis 10 Gew.-? und ein Element aus Platin, Rhodium und Palladium im Bereich von 0,5 - 20 Gew.-? enthält. Diese Beispiele
sind besonders exemplarisch für die bevorzugte Ausführungsform einer Legierung auf Kobalt- oder Eisenbasis, die sowohl
Chrom und Aluminium als auch 2-5 Gew.-? Hafnium und 5-10 Gew.-? Platin enthält. Beim Test in oxydierender Umgebung wurde
festgestellt, daß die erfindungsgemäße Legierung einen guten
Schutz gewährleistet und eine beträchtliche Verbesserung, verglichen mit Legierungen der Beispiele 1 und 6, bietet. Beim Erhitzen
in Luft auf etwa 900 0C wiesen die Legierungen der Beispiele
1 und 6 eine Beeinträchtigung in einer Tiefe von 0,025 bereite nach 1500 Stunden auf, während Beispiel 5 dazu 4000 und
Beispiel 9 3200 Stunden benötigte.
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Die erfindungsgemäße Legierung kann als Überzug auf verschiedene
Weise auf einen Gegenstand aufgebracht werden. Einige dieser Möglichkeiten sind in den obengenannten Druckschriften beschrieben,
auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Anwendung dieser Verfahren auf die vorliegende Erfindung schließt das Aufbringen der
Kombination von Hafnium und Platin auf eine Legierung auf der Basis von Eisen, Kobalt oder Nickel ein, die bereits die geeigneten
Mengen an Chrom und Aluminium enthält, um den Oberflächenteil und damit den Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung
zu erzeugen. Andere Verfahren schließen das kombinierte Niederschlagen von Hafnium und Platin sowie die Aluminidbildung gemäß
einem bekannten Verfahren, wie es z. B. in der obigen älteren deutschen Patentanmeldung beschrieben ist, ein.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Gegenstand mit einem Oberflächenteil verbesserter Beständigkeit gegenüber der Umgebung
geschaffen, wobei der Oberflächenteil als Grundbestandteil Eisen,
Kobalt oder Nickel sowie Aluminium und die Kombination von 0,1 bis 10 Gew.-% Hafnium und 0,5 bis 20 Gew.-% von Platin, Rhodium
oder Palladium enthält. Die Vorteile der verbesserten Oxydationsbeständigkeit und Stabilität der Kombination von AIpO, in Kombination
mit HfO2, wobei das letztere Oxyd ein Verriegeln der Oxydoberfläche
verursacht, sind in der obengenannten älteren deutschen Patentanmeldung gezeigt. Diese Vorteile wurden dem Einsatz
von Hafnium in der Zusammensetzung zugeschrieben. Es ist nun in der vorliegenden Erfindung erkannt worden, daß das Element Platin
als Beispiel eines der Elemente Platin, Rhodium und Palladium die Aluminiumaktivität erhöht und die Oxydhaut weiter stabilisiert.
Durch die vorliegende Erfindung wird weiter eine zusätzliche Dimension der verbesserten Beständigkeit gegenüber der Umgebung
geschaffen, und dies insbesondere für solche derzeit benutzten Nickelsuperlegierungen wie Rene 80, die nominell aus folgenden
Bestandteilen in Gewichtsprozent besteht: 0,15 Kohlenstoff, Ik Chrom, 5 Titan, 0,15 Bor, 3 Aluminium, 4 Wolfram, 4 Molybdän,
9,5 Kobalt, 0,06 Zirkon, und der Rest sind Nickel und zufällige
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"Verunreinigungen, oder der X-HO-Legierung, die nominell aus folgenden
Bestandteilen in Gewichtsprozent besteht: 0,5 Kohlenstoff, 25 Chrom, 7,5 Wolfram, 10,5 Nickel, und der Rest sind im wesentlichen
Kobalt und zufällige Verunreinigungen. Die vorliegende Erfindung kann bei solchen Legierungen eingesetzt werden, um mit
Hilfe eines oder mehrerer der oben beschriebenen Überzugsverfahren
einen Gegenstand mit verbesserter Beständigkeit gegenüber der Umgebung zu schaffen.
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Claims (7)
1. Legierung mit verbesserter Beständigkeit .gegenüber der Um-
. gebung auf der Grundlage von Eisen, Kobalt oder Nickel, wobei
die Legierung zusätzlich Aluminium enthält, dadurch
gekennzeichnet , daß sie 0,1 bis 10 Gew.-? Hafnium und 0,5 bis 20 Gew.-% eines Elementes enthält, das
ausgewählt ist aus Platin, Rhodium und Palladium.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Aluminiumgehalt im Bereich von
8 bis 30 Gew.-* liegt.
3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich 10 bis 50 Gew.-? Chrom
und bis zu 3 Gew.-? Yttrium enthält.
4. Legierung nach Anspruch 3S dadurch gekennzeichnet
, daß sie im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent besteht: 20 - 30 Chrom,
8-20 Aluminium, 0,5-1 Yttrium, 2-5 Hafnium, 5-10 Platin, und der Rest ist ein Element, ausgewählt aus Eisen, Kobalt
und Nickel.
5. Metallischer Gegenstand mit einem Oberflächenteil verbesser-Beständigkeit
gegenüber der Umgebung, dadurch
gekennzeichnet , daß die Oberfläche die Legierung nach Anspruch 1 umfaßt.
6. Gegenstand aus einer Kobaltlegierung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet , daß der Oberflächenteil die Legierung nach Anspruch 1J umfaßt.
7. Gegenstand aus einer Nickellegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenteil
die Legierung nach Anspruch H umfaßt.
S0983S/0720 S"^ · ORIGINAL INSPECTED
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