DE2605289C3 - Legierung hoher Oxydationsbeständigkeit gegenüber dem Angriff schwefelhaltiger Gase - Google Patents
Legierung hoher Oxydationsbeständigkeit gegenüber dem Angriff schwefelhaltiger GaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Legierungen hoher Oxydationsbeständigkeit gegenüber dem Angriff schwefelhaltiger
Gase.
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,
die den Bedingungen bei einer solchen Anwendung widerstehen können, ist doch die Oberflächenstabilität
einiger von ihnen gegenüber Oxydation oder Hochtemperaturkorrosion
unbefriedigend.
Eine mit der Entwicklung von Gasturbinen verbundene Hauptanstrengung ist die, verbesserte Übcrzugslegierungen
und überzogene Gegenstände für den 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 Packungsdiffu
sionsverfahren nach der US-PS 3667 985. Das Aufbringen
von Hochtemperaturüberzügen durch Bedampfen einschließlich solcher mit Aluminium als wesentlichem
Bestandteil ist in der US-PS 35 28 861 beschrieben. Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung
P 25 49 548.1 ist ein Metallgegenstand mit einem Überzug verbesserter Beständigkeit gegenüber
Oxydation und SchwefelangrilT, der Hafnium in einer definierten Menge enthält In den US-PS 34 94 748,
36 77 789 und 38 19 338 ist die Einbeziehung von Platin allein oder zusammen mit gewissen anderen Elementen
zur Verbesserung der Oxydalionsbeständigkcil beschrieben.
IXr vorliegenden Irfmdung lag die Aufgabe /u
gründe. Legierungen /u schaffen, die eine hohe Oxydalionsbeslandigkeil
gegenüber dem Angriff schwefel-
to haltiger Gase, insbesondere bei erhöhten Temperaturen,
aufreeisea Diese Aufgabe wiird gemäß der Erfindung
gelöst durch eine Legierung aus
0,1 bis 10% Hafnium,
0,5 bis 20% Platin oder Rhodium
oder Palladium,
8 bis 30% Aluminium und als
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsfbrm enthält
die erfindungsgemäße Legierung zusätzlich 10 bis 50% Chrom und bis zu 3% Yttrium.
20 bis 30% Chrom,
8 bis 20% Aluminium,
0,5 bis I % Yttrium,
2 bis 5% Hafnium,
5 bis 10% Platin und als
Als besonders geeignet hat sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung zur Herstellung von
Überzügen auf metallischen Gegenständen erwiesen.
Für die Herstellung eines solchen Überzuges kann man die Elemente der Legierung auf die Oberfläche
des Gegenstandes aufbringen und diffundieren, um die Legierung zu schaffen, oder man kann 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.
Die erfindungsgemäße Legierung wurde in einem Test auf Beständigkeit gegenüber reduzierenden und
oxydierenden Bedingungen bei hoher Temperatur ausgewertet und mit bekannten Legierungen verglichen,
von denen einige in Form von Überzügen Beständigkeit gegenüber. Oxydation oder SchwefelangrilT oder
beidem verliehen haben. Bei diesem Test wurden gegossene stiftförmige Probekörper aus der jeweiligen
Legierung in Tiegeln angeordnet, die ein Salz aus 0,1 Gcw.-% Kohlenstoff und 99,9Gcw.-% Na^SO4 enthielten,
das zur Erzeugung reduzierender Bedingungen in Argon und für oxydierende Bedingungen in Luft
auf eine Temperatur von etwa 900 C 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.
| Heispiel | ί | Zusammensetzung | Kohlen |
| des Probekörpers | stoff und | ||
| Na2SO4 | |||
| , ι | bei 900 ( | ||
| (in Ucw.-%) | (in SId./ | ||
| 0,025 mm) | |||
| 3 | Co-Legierung mit (a) | 260 | |
| Co-Legierung mit (a) | 250 | ||
| - 4 | und 1 % Y | ||
| Co-Legierung (a) | 2000 | ||
| S | und 2-5"/,, Hf | ||
| Co-Lcgieru.ig mil (a) | 2(XK) | ||
| und I1V,. Y, 5- 107» IM | |||
| Co-I egicrung mit (a) | 25(K) | ||
| und 2-5% III. 5 10% IM |
| iispiel Zusammensetzung | Kohlen |
| des Probekörpers | stoff und |
| Na1SO4 | |
| bei 900 ( | |
| (in Gew.-%) | (in Std./ |
| 0,025 mm) | |
| Fe-Legierung mit (b) | 20 |
| Fe-Legierung mit (b) | 800 |
| und 2-5% Hf | |
| Fe-Legierung mit (b) | 1300 |
| und 1% Y, 5-10% Pt | |
| Fe-Legierung mit (b) | 2000 |
| und 2% Hf, 5-10% Pt | |
| (a) 25% Ct, 10% Al, Rest Co. | |
| (b)25%Cr, 10% Al, Rest Fe. |
Beispiele für die erfindungsgemäße Legierung in der obigen Tabelle sind die Beispiele 5 und 9, die
eine beträchtlich verbesserte Beständigkeit gegenüber Beeinträchtigung zeigten als die anderen Legierungszusammensetzungen. Die Beispiele 5 und 9 sind typisch
für die in einer Legierung auf Eisen-, Kobaltoder 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.-0/. 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 I und 6, bietet Beim Erhitzen in Luft auf etwa 900 C"
wiesen die Legierungen der Beispiele 1 und 6 eine Beeinträchtigung in einer Tiefe von 0,025 mm bereits
nach 1500 Stunden auf, während die Legierung von Beispiel 5 dazu 4000 und die Legierung von Beispiel 9
3200 Stunden benötigte.
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,
s 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
ι» Hafnium und Platin sowie die Aluminidbildung gemäß
einem bekannten Verfahren, wie es z. B. in der obigen älteren deutschen Patentanmeldung beschrieben ist,
ein.
r> stand mit einem Oberflächenteil verbesserter Beständigkeit gegenüber der Umgebung geschaffen, wobei
der Oberfiächenteil 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 Al2O3 in Kombination
mit HfO2, wobei das letztere Oxyd ein Verriegeln
der Oxydoberfläche verursacht, sind in der obenge-
r> nannten äl:eren 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 dem Angriff schwefelhaltiger Gase gc-
Γ) schaffen und dies insbesondere für handelsübliche
Nickclsupcirlegierungcn, wie die, die nominell aus folgenden
Bestandteilen in Gewichtsprozent besteht: 0,15 Kohlenstoff, 14 Chrom, 5 Titan, 0,15 Bor, 3 Aluminium,
4 Wolfram, 4 Molybdän, 9,5 Kobalt, 0,06 Zir-
Ki kon, und der Rest sind Nickel und zufällige Verunreinigungen,
oder die, die nominell aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent besteht: 0,5 Kohlenstoff,
25 Chrom, 7,5 Wolfram, 10,5 Nickel und der Rest sind irn wesentlichen Kobalt und zufällige Verun-
4> rcinigungen. 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.
Claims (4)
1. Legierung hoher Oxydationsbeständigkeit gegenüber dem Angriff schwefelhaltiger Gase, dadurch
gekennzeichnet, daß sie
0,1 bis 10% Hafnium,
0,5 bis 20% Platin oder Rhodium oder Palladium,
8 bis 30% Aluminium,
Rest Eisen oder Kobalt oder Nickel
enthält
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sie zusätzlich 10 bis 50% Chrom und
bis zu 3% Yttrium enthält
3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie
20 bis 30% Chrom,
8 bis 20% Aluminium, ,,,
0,5 bis 1 % Yttrium,
2 bis 5% Hafnium,
5 bis 10% Platin,
Rest Eisen oder Kobalt oder Nickel
enthält
4. Verwendung der Legierungen nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von Überzügen
auf metallischen Gegenständen.
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