DE2614613A1 - PROCEDURE FOR PULLING OBJECTS - Google Patents

PROCEDURE FOR PULLING OBJECTS

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DE2614613A1 DE19762614613 DE2614613A DE2614613A1 DE 2614613 A1 DE2614613 A1 DE 2614613A1 DE 19762614613 DE19762614613 DE 19762614613 DE 2614613 A DE2614613 A DE 2614613A DE 2614613 A1 DE2614613 A1 DE 2614613A1
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Description

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great BritainThe Secretary of State for Defense in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain

and Northern Ireland,and Northern Ireland,

LondonLondon

(Großbritannien)(Great Britain)

Verfahren zum Überziehen von GegenständenProcess for coating objects

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Überziehen von Gegenständen mit Diffusionsüberzügen und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf Überzüge für Gasturbinentriebwerksteile, z. B. Turbinenschaufeln, zwecks Steigerung ihrer Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit.The invention relates to methods of coating of objects with diffusion coatings and in particular, although not exclusively, on coatings for gas turbine engine parts, z. B. turbine blades, in order to increase their high temperature corrosion resistance.

Es ist bekannt, metallähnliche bzw. -artige oder metallisierte Überzüge durch Halogenid-aktivierte Feststoffeinsatzzementation bei konstantem Druck zu erzeugen. Alitierte und inchromierte Überzüge wurden bereits nach diesem Verfahren auf Nickel-, Kobalt- und Eisenbasisunterlagen aufgebracht.It is known to apply metal-like or metalized coatings by means of halide-activated solid insert cementation to generate at constant pressure. Alitized and chrome-plated coatings were already applied using this method Nickel, cobalt and iron based underlays applied.

Als bekanntes Feststoffzementationsverfahren, wie es etwa in der US-PS 3 257 230 beschrieben ist, wird ein Verfahren zum überziehen von Kobalt- oder Nickelbasislegierungen angegeben, nach dem ein Einsatzbett mit einem metallischen Überzugsmaterial, wie z. B. Aluminium, Chrom, Eisen oder Silizium, einemAs a well-known solid cementation process such as US Pat. No. 3,257,230 describes a process for coating cobalt or nickel-based alloys, after which an insert bed with a metallic coating material, such as. B. aluminum, chromium, iron or silicon, one

293-(JX 4730/06) T-T (8)293- (JX 4730/06) T-T (8)

b (.) 9 8 4 2/ 1 üb (.) 9 8 4 2/1 above

26H61326H613

eine Halogenidquelle, wie z. B. Ammoniumhalogenid, enthaltenden Träger und einem Moderatormetall um den zu überziehenden Gegenstand her-m geschichtet und 15 Minuten bis 40 Stunden auf 760 bis 1204 0C erhitzt wird. Während dieses Erhitzens wird das Aluminium oder das andere Überzugsmaterial zur Oberfläche des Gegenstandes überführt und darauf abgeschieden.a source of halide, such as. B. ammonium halide, containing carrier and a moderator metal around the object to be coated her-m and heated to 760 to 1204 0 C for 15 minutes to 40 hours. During this heating, the aluminum or other coating material is transferred to and deposited on the surface of the article.

Bei einem solchen Verfahren erfolgt der Strom des HaIogeniddampfes zwischen dem Überzugsmaterial und dem Gegenstand hauptsächlich durch Diffusion, und infolgedessen läuft ein solcher Prozeß ziemlich langsam ab und hat eine verhältnismäßig geringe "Vorschubkraft", d. h. das Vordringen der HaIogeniddämpfe durch Diffusion findet nur über sehr geringe Entfernungen wirksam statt. Wenn man Gegenstände auf ihren äußeren Oberflächen überzieht, ist diese geringe "Vorschubkraft" üblicherweise nicht wesentlich, da infolge des Einbettens des zu überziehenden Gegenstandes in einem Teilcheneinsatzbett des Überzugsmaterials das zu überführende Element sich in sehr enger Nähe des Gegenstandes befindet.In such a process, the halide vapor flows between the coating material and the article mainly by diffusion and, as a result, shrinkage such a process occurs fairly slowly and has a relatively low "feed force", i.e. H. the advance of halide vapors diffusion takes place effectively only over very short distances. If you have objects on their exterior Coated surfaces, this low "feed force" is usually not essential because of the embedding of the object to be coated in a particle bed of the coating material, the element to be transferred is very much close to the object.

Im Gegensatz dazu ist das Überziehen der inneren Oberflächen solcher Teile, wie z. B. Bohrungen, nach diesem Teilchenbettzementationsverfahren beträchtlich schwieriger zu erreichen. Dies gilt insbesondere für die Metallisierung der Oberflächen reiner Bohrungen und Hohlräume, wie man sie z. B. bei Gasturbinentriebwerksteilen antrifft. Die US-PS 3 079 276 und die GB-PS 1 315 228 beschreiben das Füllen von Löchern und Hohlräumen von Gasturbinentriebwerksbestandteilen mit einer PuI-verbettmischung, doch ist bekannt, daß solche Verfahrensweisen sowohl schwierig als auch zeitaufwendig sind und nicht immer die gewünschte Wirkung bringen, auch wenn es sich um relativ weite und einfach gestaltete. Bohrungen handelt.In contrast to this is the coating of the inner surfaces such parts as e.g. B. bores, after this particle bed cementation process considerably more difficult to achieve. This applies in particular to the metallization of the surfaces pure bores and cavities, as you can z. B. applies to gas turbine engine parts. U.S. Patents 3,079,276 and GB-PS 1 315 228 describe the filling of holes and cavities in gas turbine engine components with a PuI-Verbettverbindungen, however, such procedures are known to be both difficult and time consuming and not always bring the desired effect, even if it is relatively wide and simple. Drilling is.

Es ist außerdem bekannt, überzüge aus Metallen und Verbindungen auf innenseitige Oberflächen aufzubringen, indem manIt is also known to have coatings of metals and compounds to be applied to internal surfaces by

609842/ 1 052609842/1 052

2-a- * 26H6132-a- * 26H613

die- erhitzten Oberflächen einem thermisch zersetzbaren Metallplattiergas, wie z. B. Nickelcarbonyl, aussetzt. Ein solches Verfahren ist in der GB-PS 1 070 396 beschrieben.the heated surfaces a thermally decomposable metal plating gas, such as B. nickel carbonyl, exposing. Such a process is described in GB-PS 1,070,396.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Diffusionsüberzügen auf einem Gegenstand in Form metallartiger oder metallisierter Schichten anzugeben, das sich besonders zum Überziehen feiner Bohrungen oder enger Hohlräume in Gasturbinentriebwerksteilen und anderen Gegenständen eignet.The invention is based on the object of an improved method for producing diffusion coatings on a Specify object in the form of metal-like or metallized layers, which is particularly suitable for covering fine bores or narrow cavities in gas turbine engine parts and other items.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zum Überziehen eines Gegenstandes mit einem Diffusionsüberzug, nach dem der Gegenstand in einer Kammer mit einem Teilcheneinsatzbett umgeben wird, das als Überzugsmaterial Aluminium, Chrom, Titan, Zirkonium, Tantal, Niob, Yttrium, Seltenerdmetalle, Bor oder Silizium elementar oder als chemische Verbindung und außerdem einen Halogenidaktivator enthält, und der Inhalt der Kammer auf einer zum Überführen des Überzugsmaterials auf die Oberfläche des Gegenstandes und Bilden des Diffusionsüberzuges darauf ausreichenden Temperaturgehalten wird, mit dem Kennzeichen, daß der Druck eines in der Kammer enthaltenen Inertgases oder reduzierenden Gases oder Gemisches dieser Gase zyklisch geändert wird.The invention, with which this object is achieved, is a method for covering an object with a Diffusion coating, after which the article is surrounded in a chamber with a bed of particles used as the coating material Aluminum, chromium, titanium, zirconium, tantalum, niobium, yttrium, rare earth metals, boron or silicon elementary or as chemical Compound and also contains a halide activator, and the contents of the chamber on one for transferring the coating material on the surface of the article and forming the diffusion coating thereon at a sufficient temperature is, with the indication that the pressure of an inert gas or reducing gas or mixture contained in the chamber of these gases is changed cyclically.

Vorzugsweise führt man das erfindungsgemäße Verfahren bei einem wesentlich unter Atmosphärendruck liegenden Druck, d. h. unter etwa 100 Torr, und bei einer so hohen Zyklusfrequenz durch, wie sie mit dem Transport einer ausreichenden Menge des Gases durch das Teilcheneinsatzbett je Zyklus kompatibel ist. Das Verhältnis der oberen Druckgrenze zur unteren Druckgrenze ist vorzugsweise so hoch, wie es praktisch durchführbar und mit der Zyklusfrequenz verträglich ist. Geeignete Druckbereiche sind etwa 50 Torr bis etwa 10 Torr, vorzugsweise mit Zyklusfrequenzen von wenigstens zwei Zyklen je Minute. Allgemein sindThe process according to the invention is preferably carried out at a pressure which is substantially below atmospheric pressure, i. H. below about 100 torr, and at as high a cycle frequency as would be required with the transport of a sufficient amount of the Gas through the particle feed bed is compatible per cycle. The ratio of the upper pressure limit to the lower pressure limit is preferably as high as practicable and compatible with the cycle frequency. Suitable pressure ranges are about 50 torr to about 10 torr, preferably at cycle frequencies of at least two cycles per minute. General are

t, 26H613t, 26H613

höhere Frequenzen günstig zur Steigerung des Verhältnisses der innenseitig aufgebrachten zur außenseitig aufgebrachten Überzugsdicke.higher frequencies are beneficial for increasing the ratio of those applied on the inside to those applied on the outside Coating thickness.

Der Halogenidaktivator wird vorzugsweise aus einer Gruppe von anorganischen Halogeniden mit geringer Flüchtigkeit bei der Überzugstemperatur gewählt, so daß der Halogenidverlust aus der verwendeten Kammer gering ist. Vorzugsweise wird eine genügende Halogenidaktivatormenge verwendet, um sicherzustellen, daß bei Ende des Prozesses noch etwas Halogenidaktivator im Einsatzbett vorhanden ist. Beispiele von Halogenidaktivatoren geringer Flüchtigkeit sind in der Tabelle 1 angegeben. The halide activator is preferably selected from a group of inorganic halides of low volatility at the coating temperature chosen so that the halide loss from the chamber used is low. Preferably, a sufficient amount of halide activator is used to ensure that at the end of the process some halide activator is still present in the feed bed. Examples of halide activators low volatility are given in Table 1.

Tabelle 1Table 1

Gleichgewichtsdampf-, Sublimations- oder Dissoziationsdrücke einiger Halogenidaktivatoren geringer FlüchtigkeitEquilibrium vapor, sublimation, or dissociation pressures of some low volatility halide activators

Stoffmaterial Temp. "CTemp. "C Druckpressure AlF3 AlF 3 927927 1,31.3 NaFNaF 927927 0,10.1 NaClNaCl 927927 2,42.4 NaBrNaBr 927927 4,84.8 NaINaI 927927 15,015.0 KFTheatrical Version 927927 1,21.2 KC1KC1 927927 4,04.0 KBrKBr 927927 6,56.5 KIAI 927927 12,312.3

Stoffmaterial Temp. UCTemp. U C Druckpressure LiILiI 827827 4747 CrF3 CrF 3 785785 ca. 0,01approx. 0.01 CrF2 CrF 2 927927 ca. 0,001approx. 0.001 CrCl2 CrCl 2 927927 5,05.0 CrBr2 CrBr 2 810810 0,90.9 CrI2 CrI 2 793793 1,41.4 CoF2 CoF 2 927927 0,050.05 FeF-FeF- 927927 0,020.02

Halogenide höherer Flüchtigkeit sind in der Tabelle 2 angegeben .Halides of higher volatility are given in Table 2.

609842/ 1052609842/1052

Tabelle 2Table 2

Gleichgewichtsdampf-, Sublimations- oder Dissoziationsdrücke einiger Halogenidaktivatoren hoher FlüchtigkeitEquilibrium vapor, sublimation or dissociation pressures some high volatility halide activators

Stoffmaterial Temp. 0CTemp. 0 C Druckpressure Stoffmaterial Temp. 0CTemp. 0 C Druckpressure Ci2 Ci 2 - 34- 34 760760 NH4BrNH 4 Br 397397 760760 Br2 Br 2 6161 760760 1I 1 I. 183183 760760 AlCl3 AlCl 3 180180 760760 HClHCl - 167- 167 760760 AlBr3 AlBr 3 225225 760760 HBrHBr - 35- 35 760760 AlI3 AlI 3 385385 760760 HIHI 100100 760760 PeCl3 PeCl 3 319319 760760 NH4FNH 4 F -- 760760 FeCl2 FeCl 2 934934 760760 NH4ClNH 4 Cl 397397 760760 FeBr2 FeBr 2 927927 570570

Die Wahl des Halogenidaktivators muß auch anderen Faktoren als dem der Flüchtigkeit Rechnung tragen. Insbesondere muß sich der Aktivator auch zum Erreichen der erforderlichen chemischen Gleichgewichte eignen, die zum Hin- und Rückgastransport und zur geeigneten Wechselwirkung mit dem Überzugsmaterial und dem zu überziehenden Gegenstand bei der Überzugstemperatur führen, die die Temperatur nicht überschreiten soll, bei der eine merkliche Verschlechterung der Eigenschaften des zu überziehenden Gegenstandes auftritt. Im Fall bestimmter Nikkei- und Kobaltbasislegierungen kann beispielsweise eine merkliche Verschlechterung der Eigenschaften bei Überzugstemperaturen über etwa 900 0C auftreten. Andere Halogenide, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren verwenden lassen, sind Doppelhalogenide, z. B. Natriumkryolith, Na^AlFfi. Es kann auch erwünscht sein, eine Mischung von Halogenidaktivatoren, z. B. NaF/NaCl/NaBr oder KF/NaF/LiF, zu verwenden, um den Wirkungsgrad des Abscheidungsprozesses zu steigern.The choice of halide activator must also take into account factors other than volatility. In particular, the activator must also be suitable for achieving the necessary chemical equilibria, which lead to the transport of gas there and back and to suitable interaction with the coating material and the object to be coated at the coating temperature which should not exceed the temperature at which there is a noticeable deterioration in the Properties of the object to be coated occurs. In the case of certain Nikkei and cobalt-based alloys, for example, a marked deterioration of the properties at the coating temperatures may occur above about 900 0 C. Other halides which can be used in the process of the invention are double halides, e.g. B. Sodium cryolite, Na ^ AlF fi . It may also be desirable to use a mixture of halide activators, e.g. B. NaF / NaCl / NaBr or KF / NaF / LiF to use to increase the efficiency of the deposition process.

2/10522/1052

Bei der Erzeugung von Alitierungsüberzügen nach dem er- ■ findungsgemäßen Verfahren wurde Aluminiumfluorid, A1P_, als besonders wirksam befunden, da man damit alitierte Überzüge guter Qualität sowie befriedigender Gleichmäßigkeit und Verteilung sowohl auf inneren als auch auf äußeren Oberflächen von Nickelbasis-Gasturbinenschaufeln erreicht. Vorzugsweise sind die relativen Anteile des Aluminiumausgangsmaterials (Überzugsmaterials) und des Aluminiumtrifluorids derart, daß nicht Aluminiumtrifluoridkristalle gebildet werden.In the production of aluminizing coatings according to the inventive method, aluminum fluoride, A1P_, was used as found to be particularly effective because it gives alitized coatings of good quality as well as satisfactory uniformity and distribution achieved on both inner and outer surfaces of nickel-based gas turbine blades. Preferably the relative proportions of the aluminum starting material (coating material) and the aluminum trifluoride are such that aluminum trifluoride crystals are not formed.

Bei einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens hält man den zu überziehenden Gegenstand außer direkter Berührung mit dem Teilcheneinsatzbett, indem man ihn innerhalb eines Käfigs anordnet, der seinerseits in dem Teilcheneinsatzmaterial eingebettet wird. Ein bevorzugter Aufbau für einen solchen Käfig ist derart, daß er Dämpfe vom Teilcheneinsatzbett in das Innere des Käfigs ohne weiteres durchströmen läßt, jedoch den Abstrom nach außerhalb des Käfigs verhindert oder verzögert. Ein Käfig gemäß der Erfindung weist Seiten und eine Oberseite aus unperforiertem Material, z. B. Nickelblech oder -platten, auf, während die Käfigbasis aus Maschendraht oder einem Netz besteht, wodurch Dampf ohne weiteres durchströmen kann. Diese Ausbildung hat die Wirkung der Steigerung der Weglänge des inerten und/oder reduzierenden Gases durch das Teilcheneinsatzbett, wodurch eine wirkungsvollere Zufuhr der aktiven Halogeniddämpfe gefördert wird.In one embodiment of the method according to the invention keeping the article to be coated out of direct contact with the particle insert bed by keeping it inside a cage which in turn is embedded in the particulate feed. A preferred setup for one such cage is such that it allows vapors to readily flow through from the particle feed bed into the interior of the cage, however, prevents or retards the outflow to the outside of the cage. A cage according to the invention has sides and one Upper side made of imperforate material, e.g. B. nickel sheet or plates, while the cage base made of wire mesh or consists of a network, whereby steam can easily flow through. This training has the effect of increasing the length of the path of the inert and / or reducing gas through the particle feed bed, thereby a more efficient delivery of the active Halide vapor is promoted.

Das Teilcheneinsatzbett kann einen Träger, z. B. aus feuerfestem Oxid, zur Aufnahme des Überzugsmaterials oder zur Verdünnung des Einsatzbettes enthalten. Ein Träger aus feuerfestem Oxid kann ein Überzugsmaterial aus flüssigem Aluminium aufnehmen.The particle feed bed may be a carrier, e.g. B. of refractory oxide, for receiving the coating material or for Contain dilution of the insert bed. A refractory oxide support can be a liquid aluminum coating material take up.

Die erfindungsgemäß überzogenen Gegenstände können ausThe articles coated according to the invention can be made from

6 0 9 8 4 2/10526 0 9 8 4 2/1052

V 26U613V 26U613

irgendeinem Werkstoff bestehen, der sich durch Feststoffzementation überziehen läßt. Üblicherweise durch eine solche Zementation überzogene Werkstoffe sind Nickel-, Kobalt- und Eisenbasislegierungen und die feuerfesten Metalle der Gruppen IV, V und VI des Periodischen Systems. Zusätzlich zu diesen Werkstoffen können vorteilhaft auch Kohlenstoff und Kohlenstoff enthaltende Materialien, z. B. Wolframkarbid nach diesem Verfahren überzogen werden. Insbesondere lassen sich Titankarbidüberzüge auf einem zementierten Karbidgegenstand erzeugen.any material that can be solidified by cementation can be coated. Materials usually coated by such cementation are nickel, cobalt and Iron-based alloys and the refractory metals of groups IV, V and VI of the periodic table. In addition to these Materials can advantageously also carbon and carbon-containing materials, e.g. B. tungsten carbide this procedure can be overdone. In particular, titanium carbide coatings can be applied to a cemented carbide article produce.

Ein Beispiel des auf das Alitieren angewandten Verfahrens gemäß der Erfindung soll nun anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert werden. Diese Figur zeigt eine leckdichte Kammer und eine Hilfseinrichtung, in bzw. mit der das Verfahren durchführbar ist.An example of the method according to the invention applied to aluminizing will now be given with reference to the single figure of FIG Drawing will be explained in more detail. This figure shows a leak-tight chamber and an auxiliary device in or with which the Procedure is feasible.

Man erkennt in der Zeichnung, daß die Kammer ein aus MuI-lit bestehendes Ofenrohr 9 enthält, das an seinem unteren Ende von einem durch eine Heizwicklung 4 elektrisch geheizten AIumihiumoxidrohr 5 umgeben ist, das in einem wärmeisolierten Kasten 6 steht, auf dessen Oberseite eine Nickelfolienwärmeabschirmung 7 angebracht ist. Eine Gasturbinenschaufel 1 aus einer Nickelbasislegierung, die mit einem Überzug zu versehen ist, befindet sich in einem Einsatzbett 2, das aus einer im Ofenrohr 9 enthaltenen und durch einen perforierten Deckel 3 abgedeckten pulverförmigen Mischung von Aluminium, AlF-. und Al2O3 besteht.It can be seen in the drawing that the chamber contains a stove pipe 9 made of MuI-lit, which is surrounded at its lower end by an aluminum oxide pipe 5, electrically heated by a heating coil 4, which is in a thermally insulated box 6, on the top of which is a nickel foil heat shield 7 is attached. A gas turbine blade 1 made of a nickel-based alloy, which is to be provided with a coating, is located in an insert bed 2, which consists of a powdery mixture of aluminum, AlF- contained in the furnace tube 9 and covered by a perforated cover 3. and Al 2 O 3 .

Das Ofenrohr 9 ist mittels eines Rohres 20 an eine Hilfseinrichtung zum kontinuierlichen und zyklischen Ändern des Drucks im: Rohr 9 angeschlossen. Die Hilfseinrichtung umfaßt eine Argonquelle 26 und eine Vakuumpumpe 27, die mit dem Rohr 20 durch je ein zeitgesteuertes Ventil 24 bzw. 25 und je ein Nadelventil 22 bzw. 23 verbunden sind. Ein (nicht dargestelltes)The furnace pipe 9 is connected to an auxiliary device by means of a pipe 20 for continuous and cyclical changing of the pressure in: pipe 9 connected. The auxiliary device includes an argon source 26 and a vacuum pump 27, which are connected to the pipe 20 by a time-controlled valve 24 or 25 and each one Needle valve 22 and 23 are connected. A (not shown)

609842/1052609842/1052

S 26U613S 26U613

Quecksilbenaanometer Ist mit einem Abzweig 21 des Rohres 20 verbunden und dient zra Messen der Druckschwankungen im Ofenrohr 9.Mercury anometer is with a branch 21 of the pipe 20 connected and is used to measure the pressure fluctuations in the furnace pipe 9.

Das obere Ende des Ofenrohres 9 Ist durch eine Endplatte 19 verschlossen, die mit einem Flansch 10 am Ofenrohr verbolzt Ist. Ein Paar von O-Mingdichtungen 13, 14 ergibt eine gasdichte Abdichtung zwischen der Endplatte 19 und dem Ofenrohr. Eine Schraubkappe 28 ist auf ein Gewinde an einem zylindrischen Teil der Endplatte 19 aufgeschraubt und weist eine O-Ringdichtung 12 auf, die eine gasdichte Abdichtung zwischen der Endplatte und einem rostfreien Stahlrohr 17 ergibt, das sich durch die Schraubkappe 28 erstreckt.The upper end of the stovepipe 9 is through an end plate 19 closed, which is bolted to the stove pipe with a flange 10 Is. A pair of O-ring seals 13, 14 make a gas-tight one Sealing between the end plate 19 and the stovepipe. A screw cap 28 is screwed onto a thread on a cylindrical part of the end plate 19 and has an O-ring seal 12, which provide a gas-tight seal between the end plate and a stainless steel tube 17 extending through the screw cap 28.

Der obere Teil des Ofenrohres 9 Ist wassergekühlt, wobei das Wasser durch ein Kupferrohr 18 zum oberen Ende des Ofenrohres einströmt- Das rostfreie Stahlrohr 17, das das Rohr umgibt, nimmt den Wasserrückfluß auf. Ein Nlckelnetz 11 in gutem Wärmekontakt mit dem Ende des Kuhlrohres 17 erstreckt sich quer über das Ende eines Hickelrohres 8, das konzentrisch im oberen Teil des Ofenrohres 9 oberhalb des Isolierten Kastens 6 angebracht, nach unten offen und bis auf zwei kleine Bohrungen in seinem geschlossenen oberen Ende gegenüber den Kamnergasen abgesperrt 1st. Die Temperatur des Einsatzbettes wird durch ein (nicht dargestelltes) ^hermoelement erfaßt.The upper part of the stovepipe 9 is water-cooled, the water passing through a copper pipe 18 to the upper end of the stovepipe Incoming- The stainless steel pipe 17 surrounding the pipe receives the water backflow. A netting 11 in good thermal contact with the end of the cooling tube 17 extends across the end of a Hickel tube 8, which is concentric in the upper part of the furnace tube 9 above the insulated box 6 attached, open at the bottom and except for two small ones Holes in its closed upper end are blocked off from the Kamner gases. The temperature of the deployment bed is detected by a (not shown) ^ hermoelement.

Das erfindungsgeiuäße Verfahren wird durch folgende Beispiele näher erläutert:The method according to the invention is illustrated by the following examples explained in more detail:

Beispiel 1example 1

Ein Gastarbinenschaiifelabschnltt aus mJE 100"-Legierung mit einem Loch von etwa 1,5 ram Durchmesser und einer Uinge von etwa 110 aan wurde nach dem erfindungsgemäSen Verfahren In einer Kammer alitlert. Das verfahren mafaBte das Einbetten desA Gastarbinenschaiifelabschnltt of m PER 100 "alloy was aan with a hole of about 1.5 and a ram diameter of about 110 Uinge after erfindungsgemäSen methods, the method mafaBte alitlert in a chamber. Embedding the

£09842/1052£ 09842/1052

Schaufelabschnittes in einer Pulvermischung aus 14 g AlF3, 14 g Al und 388 g Al3O3, das Steigern der Temperatur der Kammer und ihres Inhalts auf 9 00 0C und das Einstellen der zeitgesteuerten Ventile zwecks Erhaltens eines Argonstroms in die Kammer für 3 Sekunden unter Druckerhöhung von 6 Torr auf 28 Torr, eines konstanten Drucks von etwa 28 Torr für 20 Sekunden und einer Absaugperiode von 7 Sekunden unter Drucksenkung auf etwa 6 Torr. Nach 10 Stunden bei der gleichen Temperatur wurde die Kammer abgekühlt und der Schaufelabschnitt entnommen. Die Untersuchung ergab, daß die Oberfläche des Lochs gleichmäßig mit einer alitierten Schicht in einer Durchschnittsdicke von etwa 35 μηΐ überzogen war. Die Dickenverteilung des Überzugs über die Länge des Lochs läßt sich aus den folgenden Zahlenangaben ablesen:Shovel section in a powder mixture of 14 g AlF 3 , 14 g Al and 388 g Al 3 O 3 , increasing the temperature of the chamber and its contents to 9 00 0 C and setting the time-controlled valves to maintain an argon flow into the chamber for 3 Seconds while the pressure was increased from 6 torr to 28 torr, a constant pressure of about 28 torr for 20 seconds, and a suction period of 7 seconds while the pressure was decreased to about 6 torr. After 10 hours at the same temperature, the chamber was cooled and the blade section removed. The investigation showed that the surface of the hole was evenly coated with an alitized layer with an average thickness of about 35 μm. The thickness distribution of the coating over the length of the hole can be read from the following figures:

Abstand von einem Lochende (mm) 10 20 30 40 50 Überzugs dicke (μπι) 40 40 35 30 30Distance from one end of the hole (mm) 10 20 30 40 50 Coating thickness (μπι) 40 40 35 30 30

Beispiel 2Example 2

In einem weiteren Beispiel wurde eine Turbinenschaufel aus "IN 100"-Legierung mit Löchern eines Durchmessers von etwa 1,5 mm und einer Länge von etwa 70 mm fünf Stunden bei 900 0C in einem Nickelnetzkäfig alitiert, der seinerseits in einer pulverförmigen Einsatzbettmischung von 6,5 g AlF3, 10,6 g Al und 330 g Al-Oo eingebettet war. Der Argondruckbereich variierte von 14 bis 58 Torr, und die Druckzyklusfrequenz war 6 Zyklen je Minute. Es wurden dabei glänzende, metallisch aussehende und besonders glatt texturierte alitierte Schichten sowohl auf den inneren als auch auf den äußeren Oberflächen der Schaufel erzeugt. Die Schichtdicke innerhalb des Lochs wurde nahe dem Oberende, auf halber Länge und nahe dem Boden mit 12 bzw. 8 bzw. 12 μΐη gemessen. Die längs der Außenoberfläche an entsprechenden Stellen gemessene Dicke war 25 bzw. bzw. 30 μπι.In another example, a turbine blade from "IN 100" was alloy with holes of a diameter of mm of about 1.5 and a length of about 70 mm for five hours at 900 0 C in a nickel mesh cage alitized, in turn, in a pulverulent starting bed mixture of 6 , 5 g AlF 3 , 10.6 g Al and 330 g Al-Oo was embedded. The argon pressure range varied from 14 to 58 torr and the pressure cycle frequency was 6 cycles per minute. Shiny, metallic-looking and particularly smooth textured alitized layers were created on both the inner and outer surfaces of the blade. The layer thickness inside the hole was measured near the top, halfway along and near the bottom as 12, 8 or 12 μm. The thickness measured along the outer surface at corresponding points was 25 or 30 μm.

6Q9842/ 1 0526Q9842 / 1 052

AO 26H613 AO 26H613

Beispiel 3Example 3

Bei einem weiteren Beispiel wurde eine Turbinenschaufel aus "Nimonic 105"-Legierung mit Löchern zweier unterschiedlicher Durchmesser, nämlich etwa 0,8 bzw. 1,5 mm, jedoch gleicher Länge von etwa 60 mm sechs Stunden bei 900 0C in einem Nickelnetzkäfig alitiert, der seinerseits in einer Pulvereinsat zbettmischung von 6,6 g AlF3, 10,5 g Al und 330 g AIjO3 eingebettet war. Der Argondruckbereich lag von 4 bis 44 Torr, und die Druckzyklusfrequenz war 6 Zyklen je Minute. Alitierte Schichten von gleichwertiger Qualität wie der im vorigen Beispiel erhaltenen wurden sowohl auf den inneren als auch auf den äußeren Oberflächen der Schaufel erzeugt. Die innere Oberfläche des Lochs.mit dem größeren Querschnitt wies Überzugsdicken von 30 bzw. 20 bzw. 30 μΐη im oberen bzw. mittleren bzw. unteren Bereich auf. Die entsprechenden Dicken für das Loch mit geringerem Querschnitt waren 15 bzw. 12 bzw. 15 μπι. Die Überzugsdicken an der äußeren Oberfläche an etwa den gleichen Stellen waren 65 bzw. 60 bzw. 60 μπι.In another example, a turbine blade has been "Nimonic 105" alloy with holes of two different diameters, namely about 0.8 and 1.5 mm, but the same length of about 60 mm alitized for six hours at 900 0 C in a nickel mesh cage, which in turn was embedded in a powder bed mixture of 6.6 g AlF 3 , 10.5 g Al and 330 g AljO 3 . The argon pressure range was from 4 to 44 torr and the pressure cycle frequency was 6 cycles per minute. Alitized layers of equivalent quality to that obtained in the previous example were produced on both the inner and outer surfaces of the blade. The inner surface of the hole with the larger cross-section had coating thicknesses of 30, 20 and 30 μm in the upper, middle and lower areas. The corresponding thicknesses for the hole with a smaller cross section were 15 or 12 or 15 μm. The coating thicknesses on the outer surface at approximately the same points were 65, 60 and 60 μm.

Beispiel 4Example 4

In noch einem weiteren Beispiel des Alitierens unter Verwendung von AlF3 wurde eine Turbinenschaufel aus "MARM 246"-Legierung mit Löchern zweier unterschiedlicher Querschnitte, nämlich einem mit größerer und kleinerer Achse von etwa 2 bzw. 0,5 mm und dem anderen mit einem Kreisdurchmesser von etwa 2 mm, jedoch in beiden Fällen mit gleicher Länge von etwa 60 mm, sechs Stunden bei 900 0C in einem Nickelnetzkäfig alitiert, der seinerseits in einer Pulvereinsatzmischung von 6,6 g AlF3, 10,6 g Al und 330 g Al^O3 eingebettet war. Der Argondruckbereich lag von 12 bis 52 Torr, und die Druckzyklusfrequenz war 6 Zyklen je Minute. Es wurden alitierte Schichten gleichwertiger Qualität sowohl auf den inneren als auch auf den äußerenIn yet another example of aluminizing using AlF 3 , a turbine blade was made from "MARM 246" alloy with holes of two different cross-sections, namely one with a major and minor axis of about 2 and 0.5 mm and the other with a circular diameter of about 2 mm, but in both cases with the same length of about 60 mm, alitized for six hours at 900 0 C in a nickel mesh cage, which in turn is in a powder mixture of 6.6 g AlF 3 , 10.6 g Al and 330 g Al ^ O 3 was embedded. The argon pressure range was from 12 to 52 torr and the pressure cycle frequency was 6 cycles per minute. There were aluminized layers of equivalent quality on both the inner and the outer

K09842/1052K09842 / 1052

26H61326H613

Oberflächen der Schaufel erzeugt. Die Innenschiclitdicke die Länge des Lochs mit angenähert elliptischem Querschnitt war nahe dem Oberende, der halben Länge und dem Dntereimde 20 bzw. 15 bzw. 25 paa. Die entsprechenden Werte für das !Loch »it kreisförmigem Querschnitt waren 40 bzw. 40 bzw. 45 pm. Die entsprechenden Werte für die äußere Oberfläche waren 60 bzw. 65 bzw. 65 |im.Surfaces of the blade generated. The inner layer thickness the length of the hole with an approximately elliptical cross-section was near the top, halfway up, and Dntereimde 20 or 15 or 25 paa. The corresponding values for the! Hole »it circular cross-sections were 40, 40 and 45 µm, respectively. The corresponding values for the outer surface were 60 and 65 or 65 | im.

Beispiel 5Example 5

In einem Beispiel des Alitierens mit SaCl als Halogenidaktivator wurde eine Turbinenschaufel aus "IN 100"-Legierung fünf Stunden bei 900 0C in einem Nickelnetzkäfig alitiert, der seinerseits in einer Pulvereinsatzmiscfaung von 20 g MaCl, 14 g Al und 300 g Al2O3 eingebettet war. Der Argondruckbereich ging von 8 bis 42 Torr, und die Druckzyklusfrequenz war 6 Zyklen je Minute. Eine 2 um dicke Schicht wurde innerhalb eines Lochs mit einem Durchmesser von 1,8 mm und einer Länge von 40 mm erzeugt. Die Dicke der äußeren Oberzugsschicht war etwa 16 pm.In one example of Alitierens with SaCl as a halide, a turbine blade from "IN 100" was alloy alitized for five hours at 900 0 C in a nickel mesh cage, which, in turn, g in a Pulvereinsatzmiscfaung 20 MACL, 14 g of Al and 300 g of Al 2 O 3 was embedded. The argon pressure range was from 8 to 42 torr and the pressure cycle frequency was 6 cycles per minute. A 2 µm thick layer was formed inside a hole 1.8 mm in diameter and 40 mm in length. The thickness of the outer coating layer was about 16 µm.

Beispiel 6Example 6

In einem Beispiel des Alitierens mit HaF als Halogenidaktivator wurde ein Abschnitt aus "IH 100"-Legierung fünf Stunden bei 900 0C in einem Nickelnetzkäfig alitiert, der seinerseits in einer Pulvereinsatzmischung von 14,7 g NaF, 13,6 g Al und 330 g Al2O3 eingebettet war. Der Argondruckbereich ging von 12 bis 56 Torr, und die Druckzyklusfrequenz war 6 Zyklen je Minute. Eine Alitierungsschicht mit einer Dicke von 8 yim wurde in einem Loch mit einem Durchmesser von etwa 1 mm und einer Länge von etwa 40 mm erzeugt. Die Alitierungsschichtdicke auf der äußeren Oberfläche war etwa 30 pm.In one example of Alitierens with HaF as a halide, a portion of "IH 100" alloy was alitized for five hours at 900 0 C in a nickel mesh cage, which, in turn, g in a powder feed mixture of 14.7 NaF, 13.6 g of Al and 330 g Al 2 O 3 was embedded. The argon pressure range was from 12 to 56 torr and the pressure cycle frequency was 6 cycles per minute. An aluminizing layer with a thickness of 8 μm was produced in a hole with a diameter of about 1 mm and a length of about 40 mm. The aluminizing layer thickness on the outer surface was about 30 μm.

/Il 26H613 / Il 26H613

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Beschichtung der inneren und äußeren Oberflächen von Gegenständen mit anderen Arten von Diffusionsüberzügen angewendet werden, die bisher nach bekannten Einsatzzementationsverfahren aufgebracht wurden, z. B. neben dem Alitieren auch überzüge durch Eindiffusion von Chrom, Titan, Tantal, Bor und Silizium. Für Fachleute ergibt sich selbstverständlich, daß einige Aktivatoren für einen bestimmten Metallisierungsprozeß besser als andere geeignet sind und daß daher eine gewisse Sorgfalt bei der Wahl der Aktivatoren einzuhalten ist. Aktivatoren geringer Flüchtigkeit,, die nicht ohne weiteres erhältlich sind, können innerhalb oder außerhalb der Überzugskammer synthetisiert und in das Einsatzbett eingeführt werden. Nach einer Ausführungsart der Erfindung läßt sich beispielsweise SiCl^ aus Silizium und Ammoniumchlorid zur Verwendung beim Eindiffundieren von Silizium synthetisieren.The method according to the invention can also be used for coating the inner and outer surfaces of articles with other types of diffusion coatings that have hitherto been applied applied according to known cementation methods were, e.g. B. in addition to aluminizing also coatings by diffusion of chromium, titanium, tantalum, boron and silicon. It will be understood by those skilled in the art that some activators are better suited than others for a certain metallization process and that therefore a certain care in the choice the activators must be observed. Low volatility activators, which are not readily available can be synthesized inside or outside the coating chamber and put into the insert bed can be introduced. According to one embodiment of the invention, for example, SiCl ^ made of silicon and Synthesize ammonium chloride for use in diffusing silicon.

609 8 42/1052609 8 42/1052

Claims (18)

26H61326H613 PatentansprücheClaims *_\) Verfahren zum überziehen eines Gegenstandes mit einem Diffusionsüberzug, nach dem der Gegenstapd in einer Kammer mit einem Teilcheneinsatzbett umgeben wird, das als Überzugsmaterial Aluminium, Chrom, Titan, Zirkonium, Tantal, Niob, Yttrium, Seltenerdmetalle, Bor oder Silizium elementar oder als chemische Verbindung und außerdem einen Halogenidaktivator enthält, und der Inhalt der Kammer auf einer zum Überführen des öberzugsmaterials auf die Oberfläche des Gegenstandes und Bilden des Diffusiomsüberzuges darauf ausreichenden Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck eines in der Kammer enthaltenen Inertgases oder reduzierenden Gases oder Gemisches dieser Gase zyklisch geändert wird. * _ \) Process for coating an object with a diffusion coating, after which the counterstapd is surrounded in a chamber with a particle insert bed, the coating material aluminum, chromium, titanium, zirconium, tantalum, niobium, yttrium, rare earth metals, boron or silicon elemental or contains as a chemical compound and also a halide activator, and the contents of the chamber at a temperature sufficient to transfer the coating material to the surface of the object and form the diffusiom coating thereon, characterized in that the pressure of an inert gas or reducing gas contained in the chamber or a mixture of these gases is changed cyclically. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dae der Maximaldruck des oder der Gase 100 Torr beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that dae the maximum pressure of the gas or gases is 100 Torr. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 der Maximaldruck des oder der Gase 50 Torr und der Minimaldruck 10 Torr betragt.3. The method according to claim 1, characterized in that da8 the maximum pressure of the gas or gases 50 Torr and the minimum pressure 10 Torr. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized gekennzeichnet» daß der Druck des oder der Gase zyklisch mit eimer Frequenz von wenigstens 2 Zyklen je Minute geändert wird.marked »that the pressure of the gas or gases cyclically with if the frequency is changed by at least 2 cycles per minute. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halogenidaktivator rait geringer Flüchtigkeit bei der Temperatur der Diffusionsüberzugsbildung verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that a halide activator has low volatility used at the temperature of diffusion coating formation will. ß09&42/1052ß09 & 42/1052 26U61326U613 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Oberzugsmaterial Aluminium und als Halogenidaktivator Aluminiumfluorid verwendet.6. The method according to claim 5, characterized in that aluminum is used as the outer material and aluminum fluoride as the halide activator. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand außer Kontakt mit dem Teilcheneinsatzbett gehalten wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the article is out of contact with the particle feed bed is held. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilcheneinsatzbett einen Träger zur Aufnahme des Überzugsmaterials enthält.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the particle insert bed is a carrier for Contains recording of the coating material. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger aus feuerfestem Oxid verwendet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that that a refractory oxide support is used. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger aus Aluminiumoxid verwendet wird.10. The method according to claim 9, characterized in that that a support made of alumina is used. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenidaktxvator in der Kammer synthetisiert wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the halide activator is synthesized in the chamber will. 12. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 zum überziehen eines Gegenstandes aus einer Nickelbasislegiening.12. Application of the method according to claim 6 for coating an article made of a nickel-based alloy. 13. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 zum Überziehen eines Gegenstandes aus einer Eisenbasislegiening.13. Application of the method according to claim 6 for coating an object made of an iron base alloy. 14. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 zum Überziehen eines Gegenstandes aus einer Kobaltbasislegieraing.14. Use of the method according to claim 6 for coating an article made from a cobalt-based alloy ring. 15- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach15- device for performing the method according to bü9842/10S2bü9842 / 10S2 26U61326U613 einem der Ansprüche 1 bis 14, die ein feuerfestes Ofenrohr, ein dessen unteres, geschlossenes, zur Aufnahme des zu überziehenden Gegenstandes und des Teilcheneinsatzbettes dienendes Ende umgebendes Heizrohr und einen gasdichten Verschluß des oberen, offenen Endes des Ofenrohres aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdichte Verschluß (Platte 19) von einem Rohr (20) durchsetzt ist, mittels dessen das Ofenrohr (9) mit einer Hilfseinrichtung (22 - 27) zum kontinuierlichen und zyklischen Ändern des Drucks im Ofenrohr (9) verbunden ist.one of claims 1 to 14, which comprises a refractory furnace tube, a lower closed one thereof for receiving the to be covered Object and the particle bed serving the end surrounding heating tube and a gas-tight seal of the upper, open end of the furnace tube, characterized in that the gas-tight Closure (plate 19) is penetrated by a tube (20), by means of which the furnace tube (9) with an auxiliary device (22-27) is connected to continuously and cyclically change the pressure in the furnace tube (9). 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung in einer Verzweigung des Rohres (20) ein Nadelventil (22), ein Steuerventil (24) und einen Schutzgasbehälter (26) und in einer anderen Verzweigung ein Nadelventil (23), ein Steuerventil (25) und eine Vakuumpumpe (27) enthält.16. The device according to claim 15, characterized in that that the auxiliary device in a branch of the pipe (20) has a needle valve (22), a control valve (24) and a protective gas container (26) and in another branch a needle valve (23), a control valve (25) and a vacuum pump (27) contains. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen, nicht vom Heizrohr (5) umgebenen Teil des Ofenrohres (9) ein konzentrisches, nach unten offenes, nach oben bis auf zwei kleine Bohrungen geschlossenes Nickelrohr (8) angeordnet ist, an dessen geschlossenes, mit einem Nickelnetz (11) überdecktes Ende ein den gasdichten Verschluß (Platte 19) durchsetzendes Wasserkühlrohrsystem (17, 18) angeschlossen ist.17. Apparatus according to claim 15 or 16, characterized in that that in the upper part of the furnace pipe (9) not surrounded by the heating pipe (5) a concentric, downwardly open, up to two small bores closed nickel tube (8) is arranged, at the closed, with a Nickel mesh (11) covered end of the gas-tight closure (Plate 19) penetrating water cooling pipe system (17, 18) is connected. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren, geschlossenen Ende des Ofenrohres (9) ein den zu überziehenden Gegenstand (1) aufnehmender Käfig angeordnet ist, der den Gegenstand vom Teilcheneinsatzbett (2) trennt und an den Seiten sowie an der oberen Abschlußfläche aus unperforiertem Material, z. B. Nickelblech oder -platte, und an seiner Basis .aus einem gasdurchlässigen Drahtgewebe oder -netz besteht.18. Device according to one of claims 15 to 17 for performing the method according to claim 7, characterized in that that in the lower, closed end of the furnace tube (9) a cage to be coated with the object (1) is arranged, which separates the article from the particle bed (2) and on the sides and on the upper end surface made of imperforate material, e.g. B. nickel sheet or plate, and at its base. From a gas-permeable wire mesh or network. 609842/1052609842/1052 Le e rs eι teEmpty page
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