DE2628068C2 - Aluminiumoxid bildende, Hafnium enthaltende Überzüge für Hochtemperaturzwecke und ihre Verwendung - Google Patents

Aluminiumoxid bildende, Hafnium enthaltende Überzüge für Hochtemperaturzwecke und ihre Verwendung

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Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schutzüberzüge zur Anwendung auf Nickel- und Kobalt-Basislegierungen, insbesondere bei hohen Temperaturen, um die Korrosion durch Oxydation zu vermindern.
Nickel- und Kobalt-Basislegierungen finden weite Anwendung unter den Bedingungen hoher Temperaturen, wo Oxydation und Korrosion ernsthafte Probleme darstellen. Solche Legierungen finden besondere Verwendung auf dem Gebiet der Gasturbinentriebwerke, wo ein erhöhter Wirkungsgrad durch Betrieb bei höheren Temperaturen erzielt werden kann. Bei solchen erhöhten Temperaturen werden Oxydation/Korrosion ein größeres Problem und deshalb ist es derzeit üblich, Schutzüberzüge auf den meisten Nickel- und Kobalt-Legierungsteilen, die bei erhöhten Temperaturen verwendet werden, anzuwenden. Der Ausdruck »Oxydation/Korrosion« soll Hochtemperatur-Wechselwirkungen zwischen der Superlegierung oder überzogenen Superlegierungen und der Umgebung bezeichnen. Das in erster Linie aktive Element ist Sauerstoff, doch können korrosive Wirkungen auch von anderen Elementen ausgehen, wie z. B. von Natrium, Schwefel und Vanadium. Die erfolgreichste bekannte Art der Überzüge ist die der Bildung einer kontinuierlichen Schicht, die überwiegend aus Aluminiumoxid (AI2O3) auf der Oberfläche des Überzugs besteht, die als Diffusions-Sperrschicht wirkt, um weitere Reaktionen auf ein Minimum zu senken. Aluminiumoxid hat sich als wirksamstes Schutzmaterial gegenüber Sauerstoff erwiesen und hat auch Vorteile hinsichtlich der meisten anderen reaktiven Umwelt-Elemente. Die Schutzüberzüge wirken durch die Bildung einer Sperrschicht, die die Reaktion der Umgebung mit der Superlegierung des Basismaterials auf ein Minimum senkt. Ein Hauptproblem, das bei solchen Überzügen auftritt, besteht darin, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumoxiclschichl von dem Ausdehnungskoeffizienten des Basismaterials und des Über-/ugsniatcrials, die gewöhnlich ähnlich sind, abweicht. Während der Wärmezyklen entwickeln sich zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Überzugsmaterial Spannungen. Die Aluminiumoxidschicht, die verhältnismäßig brüchig ist, neigt zum Brechen und Absplittern und bietet so der schädigenden Atmosphäre eine frische Oberfläche. Diese wiederholte Bildung und Absplitterung der Oxidschicht verusacht eine Senkung des Aluminiumgehalts des Überzugsmaterials. Wenn der Aluminiumanteil des Überzugsmaterials unter einen bestimmten Punkt abfällt, wird der Überzug als Aluminiumoxidbildner unwirksam und die schützenden Vorzüge des Überzugsmaterials gehen verloren.
In der Vergangenheit wurde gefunden, daß der Zusatz von Yttrium zum Überzugsmaterial die Haftung der Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche des Überzugsmaterials verbessert Aluminiumoxid bildende Überzugsmaterialien mit einem Gehalt an Yttrium werden in den US-Patentschriften 35 28 861, 35 42 530, 36 49 225 und 36 76 085 der gleichen Anmelderin beschrieben.
Mehrere frühere Patentschriften enthalten Bezugnahmen auf die mögliche Verwendung von Hafnium in Überzügen. Die US-PS 30 25 182 betrifft Überzüge, die durch Flammsprühen aufgebracht werden, und offenbart ein Verfahren, wonach ein Gemisch von Pulvern verschiedener Zusammensetzungen auf die zu schützende Oberfläche flammgesprüht werden. Hafnium ist nebenbei als mögliche Komponente eines dieser Pulver erwähnt Wenn das Hafnium vorhanden wäre, läge es in Boridfor.ni mit der angewandten Überzugszusammensetzung vor, mit einem Gehalt von wenigstens 2% Bor.
Das Hauptgewicht dieser Patentschrift liegt auf der Verwendung von Bor als Reduktionsmittel zur Entfernung des Oxidfilms, der sich während des Flammsprühens bildet, so daß die Pulverteüchen, die flammgesprüht werden, sich in angemessener Weise miteinander verbinden. Die US-Patentschriften 35 35 146 und 36 20 809 offenbaren ein Überzugsverfahren, wobei eine Oberflächenlegierung einer großen Vielfalt von Elementen auf der zu schützenden Oberfläche beteiligt ist. Das Wesen der Erfindung ist die Verwendung einer
Sperrschicht zwischen der Oberfläche und der Überzugsschicht zur Verzögerung der Diffusion der Überzugsschicht in das Substrat und dadurch zur Verlängerung der Wirksamkeit der Überzugsschicht. Hafnium ist als eines einer großen Anzahl von Elementen offenbart, die als Schutzüberzug oberflächenlegiert werden können. Weder Aluminium noch Chrom noch Hafnium sind in den in diesen Patentschriften offenbarten Verfahren erforderlich, daher verlassen sie sich nicht auf Aluminiumoxid als Schutzschicht. Die US-PS 35 47 681 offenbart einen mehrschichtigen Überzug zur Verwendung mit Tantalsubstraten. Zum Überzug gehört eine poröse Unterschicht und eine Oberschicht, die an die Unterschicht gebunden ist. Hafnium wird in pulvriger Boridform als poröse Unterschicht verwendet. Aluminium ist nur gegebenenfalls vorhanden, und es ist daher augenscheinlich, daß auch dieser Überzug sich nicht auf die Bildung eines Aluminiumoxidfilms als Oberflächenschutz verläßt. Die US-PS 37 64 279 offenbart einen mehrschichtigen Schutzüberzug, der einen großen Anteil Mangan enthält. In Tabelle IV ist eine Hafnium enthaltende Überzugszusammensetzung angegeben, die aber allen anderen untersuchten Überzugskombinalionen unterlegen ist. Der in dieser Patentschrifi beschriebene Überzug bezieht sich ebenfalls nicht auf Alumini-
b5 umoxid als Schutzschicht.
In der vorliegenden Beschreibung sind alle Zusammensetzungen auf das Gewicht bezogen angegeben, sofern nicht anders bezeichnet. Die erfinduneseemäße
Oberzugszusammensetzung enthält 10 bis 40% Chrom, 6 bis 20% Aluminium, 0,5 bis 3% Hafnium, Rest Nickel und/oderKobalt Der erfindungsgemäße Überzug kann nach mehreren verschiedenen Techniken aufgebracht werden, einschließlich der Plasmasprühtechnik, durch Zerstäuben, Dampfabscheidung und Ionenimplantation. Wird der Überzug einer Oxydation und Korrosion induzierenden Umgebung ausgesetzt, bildet er eine Schicht, die überwiegend aus Aluminiumoxid besteht und zum Schutz des Überzugsmaterials vor weiterer Oxydation und Korrosion dient
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher im Zusammenhang mit der nachfolgenden näheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Figuren dargestellt ist; dabei zeigt
F i g. 1 das zyklische Oxydationsverhalten einer Überzugslegierung auf Nickelbasis gemäß der Erfindung mit verschiedenen Hafnium-Gehalten;
F i g. 2 das zyklische Oxydationsverhalten einer Überzugslegierung auf Nickelbasis gemäß der Erfindung mit verschiedenen Hafnium-Legierungen;
Fig.3 eine typische MikroStruktur einer Legierung, die 15% Chrom, 6% Aluminium, 3% Hafnium, Rest Nikkei, enthält, nach zyklischer Oxydation:
F i g. 4 eine typische MikroStruktur einer hafniumfreien Legierung ähnlich der in F i g. 3 nach zyklischer Oxydation; und
F i g. 5 das zyklische Oxydationsvermögen von Überzugslegierungen auf Kobalt-Basis gemäß der Erfindung mit verschiedenen Hafnium-Gehalten.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Überzüge, die Hafnium enthalten, gegenüber den Überzügen des Standes der Technik, die Yttrium enthalten, hängen mit der größeren Löslichkeit von Hafnium in Nickel- und Kobalt-Legierungen im Vergleich zu Yttrium zusammen. Der Vorgang, durch den Zusätze von Hafnium und Yttrium die Haftung der Aluminiumoxid-Schutzüberzüge verbessern, beruht vermutlich auf interner Oxydation. Sowohl Hafnium als auch Yttrium haben eine größere Affinität zu Sauerstoff als Aluminium, und vermutlich bildet der Sauerstoff, der in den Überzug diffundiert, intern Hafniumoxidteilchen, die von der Oberflächenoxidschicht in das Überzugsmaterial hinein reichen. Mikroskopische Überprüfung der oxydierten Teile scheint diese Theorie zu bestätigen. Diese Hafniumoxidteilchen verankern oder legen die Aluminiumoxidschicht vermutlich auf dem Überzugsmaterial fest und vermindern das Absplittern der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht während zyklischer Wärmebehandlungen. Überzüge der beschriebenen Art sind besonders in Verbindung mit Gasturbinentriebwerkteilen, wie z. B. Schaufeln und Blättern, aus Nickel- und Kobalt-Superlegierungcn brauchbar, die bei erhöhten Temperaturen arbeiten müssen.
Die Festlöslichkeit von Yttrium in Nickel- und Kobalt-Basislegierungen ist gering, 0,02 bis 0,05%, während die entsprechende Löslichkeit von Hafnium in solchen Legierungen viel größer ist und sogar ca. 3% betragen kann.
Das erfinderische Konzept, das den Zusatz kleiner, kontrollierter Mengen an Hafnium zu Überzügen zur Förderung der Haftung von Aluminiumoxid anwendet, kann auf verschiedene Überzugszusammensetzungen Anwendung finden. Insbesondere bevorzugt sind Überzüge auf Kobalt- und/oder Nickel-Basis. Die weiten Grenzwerte für die übrigen Bestandteile liegen bei 10 bis 45% Chrom, 6 bis 25% Aluminium und 0,5 bis 3% Hafnium.
Für die erfindungsgemäßen Überzüge gibt es viele Verwendungsmöglichkeiten, darunter fallen Gasturbinenteüe, Ofenteile und Anlagen und Geräte für die chemische Industrie. Der weite Bereich der erfindungsgemkßen Überzüge ist besonders geeignet zur Verwendung beim Schutz von Teilen aus Superlegierungen, die in Gasturbinentriebwerken eingesetzt werden, wie z. B. Schaufeln und Blätter. Superlegierungen sind solche Legierungen, üblicherweise auf Nickel- oder Kobalt-Basis, die bei höheren Temperaturen verhältnismäßig hohe Festigkeiten aufweisen. Ein besonders bevorzugter Bereich der Zusammensetzung gemäß der Erfindung liegt bei 10 bis 35% Chrom, 10 bis 20% Aluminium, 0,5 bis 3,0% Hafnium, Rest Nickel und/oder Kobalt Wird der überzug in Gasturbinen eingesetzt, liegt die bevorzugte Dicke bei 0,025 bis 0,254 mm. Bei den oben angegebenen Zusammensetzungen liegt das Hafnium in elementarer Form als feste Lösung vor. Die vorstehenden Zusammensetzungsgrenzen dienen der Veranschaulichung der Erfindung, und natürlich können kleine Mengen anderer Elemente in solchen Mengen, die die grundlegenden Eigenschaften und das Verhalten der Überzugsschicht nicht nachteilig beeinflussen, zugesetzt werden.
innerhalb der obigen Bereiche der Zusammensetzung können bestimmte bevorzugte Bereiche experimentell ermittelt werden. Wie zuvor beschrieben, bilden sich im Betrieb zwei wichtige Oxidtypen, eine kontinuierliche Oberflächenschutzschicht aus Aluminiumoxid und diskrete interne Hafniumoxidteilchen. Während Aluminiumoxid eine gute Diffusionssperrschicht darstellt scheinen bestimmte Elemente, wie z. B. Sauerstoff, rasch durch Hafniumoxid zu diffundieren. Folglich sollte die Zusammensetzung so gewählt sein, daß die Tiefe der Hafniumoxidteilchen gesteuert werden kann. Besondere Schutzüberzüge ergeben sich, wenn die Hafniumoxidteilchen in den Überzug bis zu einer Tiefe von etwa dem dreifachen Wert der Dicke der Aluminiumoxidschicht ragen.
Die Erfindung wird durch die Bezugnahme auf die folgenden, der Veranschaulichung dienenden Beispiele besser verständlich.
Beispiel 1
Eine Legierung mit 13,5% Chrom, 12% Aluminium, Rest Nickel, wurde zusammen mit Proben einer identischen Legierung mit 0,5, 2,3 und 5% Hafnium hergestellt. Diese Legierungen wurden unter zyklischen Oxydationsbedingungen bei 12000C in Luft für verschiedene Zeitspannen getestet. Die Dauer der Zyklen betrug 2 Stunden mit dazwischen liegender Abkühlung auf Raumtemperaturen.
Bei dieser Art der Versuche wird das Oxydationsvcrhalten des Überzugs durch Messen der Gewichtsänderung der Probe ermittelt. Zwei Prozesse treten auf und verursachen die Gewichtsänderung: Die Bildung einer Oxidschicht führt zu einem Ansteigen, während das Abplatzen des Oxids zu einer Gewichtsabnahme führt. Die Vorgänge der Bildung und des Abplatzens sind konkurrierende Vorgänge in dem Sinne, daß die tatsächliche Gewichtsänderung die kombinierte Wirkung der beiden Prozesse wiedergibt. Die wünschenswerteste Situation isi die Bildung einer dünnen haftenden Oxidschicht, die dann mit einer zu ihrer Dicke umgekehrt proportionalen Rate zunimmt. So würde bei der Auswertung der Oxydationsdaten in Form von Kurven der Gewichtsänderung die gewünschte Kurve einen anfänglich gerin-
gen Anstieg zeigen, gefolgt von einem stetigen Teil mit nur geringer Gewichtszunahme (optische Auswertung der Proben sollte durchgeführt werden, um mögliche Absplitterung festzustellen). Die Ergebnisse sind in F i g. 1 wiedergegeben, die zeigt, daß zunehmende Hafnium-Gehalte die Haftung der Oxidschicht verbesserten und daß ein Gehalt von über 0,5% angewandt werden muß, um das Absplittern angemessen zu hemmen. Gehalte von 3% und darüber führen zu erhöhter Oxidbildung. Optische Auswertung zeigte, daß ein Absplittern bei Legierungen mit Hafnium-Gehalten von 0,5 bis 3% minimal eintrat.
Beispiel 2
15
Eine Reihe von Legierungen mit 16% Chrom. 6% Aluminium, Rest Nickel, wurde mit Hafnium-Gehalten von 0, 2, 3 und 5% hergestellt. Diese Proben wurden unter zyklischen Oxydationsbedingungen getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben, und die Ergebnisse sind in F i g. 2 wiedergegeben. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß für die spezielle verwendete Basislegierung der optimale Hafniumgehalt im Bereich von 2 bis 3% zu liegen scheint Für diese Legierungen erwies sich die Absplitterung a(s minimal. F i g. 3 zeigt die typischen Mikrostruktüren der Legierung dieses Beispiels mit 3% Hafnium nach zyklischer Oxydation bei 1200° C in Luft bei Atmosphärendruck über 32 Stunden. Die internen Hafniumoxidteilchen sind deutlich zu erkennen und ragen in das ' Substratmaterial mehrere μηι hinein. F i g. 4 zeigt zum Vergleich eine MikroStruktur einer Legierung mit 0% Hafnium. Wiederholte Rißbildung und Absplitterung und anschließende AI2O3-Bildung ist hier offensichtlich, aber diese Verschlechterung wurde noch nicht lange genug durchgeführt, um andere schneller wachsende Oxide als Aluminiumoxid zu bilden.
Beispiel 3
Eine Reihe von Legierungen mit 18% Chrom, 11% Aluminium, Rest Kobalt wurde mit Gehalten von 0,5,1, 2 und 4% Hafnium hergestellt. Diese Proben wurden unter zyklischen Oxydationsbedingungen, wie in Beispiel 1 beschrieben, getestet, und die Ergebnisse sind in F i g. 5 wiedergegeben. Dieser F i g. 5 ist zu entnehmen, daß optimale Hafniumgehalte für diese spezielle Legierungszusammensetzung im Bereich von 0,5 bis etwa 2% Hafnium liegen. Metallographische Prüfung bestätigte, daß diese Legierungen nur geringfügige Absplitterung erfuhren. F i g. 5 zeigt die beträchtliche Verbesserung der Oxidhaftung, die sich aus der Zugabe eines nur kleinen Prozentsatzes an Hafnium ergeben kann. Eine Legierung mit einem Gehalt von 0,5% Hafnium hatte eine Gewichtszunahme von 0,7 mg/cm2 nach 32 Stunden, während eine Legierung ohne Hafnium einen Gewichtsverlust von etwa 22 mg/cm2 hatte.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
eo
65

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Überzug für einen bei hohen Temperaturen verwendbaren Gegenstand aus einer Nickel- oder Kobaltsuperlegierung, wobei der Überzug Aluminium, Hafnium, Nickel und/oder Kobalt und 10 bis 45% Chrom enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er 6 bis 25% Aluminium, 0,5 bis 3% Hafnium in elementarer Form als feste Lösung, Rest Nickel und/ oder Kobalt, enthält und bei erhöhten Temperaturen extern eine kontinuierliche Aluminiumoxidschicht und intern diskontinuierlich verteiltes Hafniumoxid zur Verankerung der Aluminiumoxidschicht bildet
2. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das sich bildende Hafniumoxid bis etwa zum Dreifachen der Dicke der Aluminiumoxidjchicht in den Überzug erstreckt
3. Überzug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 10 bis 20% Aluminium enthält
4. Verwendung des Überzuges nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einer Dicke von 0,025 bis 0,254 mm.
DE2628068A 1975-06-23 1976-06-23 Aluminiumoxid bildende, Hafnium enthaltende Überzüge für Hochtemperaturzwecke und ihre Verwendung Expired DE2628068C2 (de)

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SE (1) SE440237B (de)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4125388A (en) * 1976-12-20 1978-11-14 Corning Glass Works Method of making optical waveguides
US4101713A (en) * 1977-01-14 1978-07-18 General Electric Company Flame spray oxidation and corrosion resistant superalloys
USRE30995E (en) * 1977-06-09 1982-07-13 General Electric Company High integrity CoCrAl(Y) coated nickel-base superalloys
US4101715A (en) * 1977-06-09 1978-07-18 General Electric Company High integrity CoCrAl(Y) coated nickel-base superalloys
US4165223A (en) * 1978-03-06 1979-08-21 Corning Glass Works Method of making dry optical waveguides
EP0025263B1 (de) * 1979-07-25 1983-09-21 The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Nickel- und/oder Kobalt-Legierungen für Komponenten eines Gasturbinenantriebs
US4326011A (en) * 1980-02-11 1982-04-20 United Technologies Corporation Hot corrosion resistant coatings
GB2082631A (en) * 1980-02-28 1982-03-10 Firth Brown Ltd Ferritic iron-aluminium-chromium alloys
US4431711A (en) 1980-03-25 1984-02-14 Ex-Cell-O Corporation Vacuum metallizing a dielectric substrate with indium and products thereof
US4407871A (en) * 1980-03-25 1983-10-04 Ex-Cell-O Corporation Vacuum metallized dielectric substrates and method of making same
DE3029488A1 (de) * 1980-08-02 1982-03-04 GHT Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH, 5060 Bergisch Gladbach Verfahren zur erzeugung einer schutzschicht auf metallischen werkstuecken
US4419416A (en) * 1981-08-05 1983-12-06 United Technologies Corporation Overlay coatings for superalloys
US4386112A (en) * 1981-11-02 1983-05-31 United Technologies Corporation Co-spray abrasive coating
DE3145236C2 (de) * 1981-11-13 1984-11-22 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen oxydischen Schutzschichten
US4483720A (en) * 1981-11-27 1984-11-20 S R I International Process for applying thermal barrier coatings to metals
US4677034A (en) * 1982-06-11 1987-06-30 General Electric Company Coated superalloy gas turbine components
US4743514A (en) * 1983-06-29 1988-05-10 Allied-Signal Inc. Oxidation resistant protective coating system for gas turbine components, and process for preparation of coated components
US5000782A (en) * 1986-11-03 1991-03-19 United Technologies Corporation Powder mixture for making yttrium enriched aluminide coatings
US4835011A (en) * 1986-11-03 1989-05-30 United Technologies Corporation Yttrium enriched aluminide coatings
US4774149A (en) * 1987-03-17 1988-09-27 General Electric Company Oxidation-and hot corrosion-resistant nickel-base alloy coatings and claddings for industrial and marine gas turbine hot section components and resulting composite articles
US4904542A (en) * 1988-10-11 1990-02-27 Midwest Research Technologies, Inc. Multi-layer wear resistant coatings
USRE34173E (en) * 1988-10-11 1993-02-02 Midwest Research Technologies, Inc. Multi-layer wear resistant coatings
US4880614A (en) * 1988-11-03 1989-11-14 Allied-Signal Inc. Ceramic thermal barrier coating with alumina interlayer
AT393115B (de) * 1989-02-02 1991-08-26 Vaillant Gmbh Abgasfuehrung eines waermeaustauschers
US5455119A (en) * 1993-11-08 1995-10-03 Praxair S.T. Technology, Inc. Coating composition having good corrosion and oxidation resistance
EP0688886B1 (de) 1994-06-24 1999-03-31 Praxair S.T. Technology, Inc. Verfahren zur Herstellung von Karbidteilchen feinverteilt in einem Überzug auf Basis von M Cr Al Y
CN1068387C (zh) * 1994-06-24 2001-07-11 普拉塞尔·S·T·技术有限公司 一种分散有氧化物的金属铬铝钇基涂层的生产方法
US5916518A (en) 1997-04-08 1999-06-29 Allison Engine Company Cobalt-base composition
DE19821182A1 (de) * 1998-05-12 1999-11-18 Abb Research Ltd Verfahren zum Schutz von Bauelementen aus Metall
US6306458B1 (en) 1999-12-29 2001-10-23 General Electric Company Process for recycling vapor phase aluminiding donor alloy
US6326057B1 (en) 1999-12-29 2001-12-04 General Electric Company Vapor phase diffusion aluminide process
US6332931B1 (en) * 1999-12-29 2001-12-25 General Electric Company Method of forming a diffusion aluminide-hafnide coating
CA2433613A1 (en) * 2002-08-13 2004-02-13 Russel J. Ruprecht, Jr. Spray method for mcralx coating
GB2394959A (en) * 2002-11-04 2004-05-12 Doncasters Ltd Hafnium particle dispersion hardened nickel-chromium-iron alloys
US7641985B2 (en) * 2004-06-21 2010-01-05 Siemens Energy, Inc. Boron free joint for superalloy component
EP2432912B1 (de) 2009-05-18 2018-08-15 Sifco Industries, Inc. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG & xA;EINER MIT REAKTIVEN ELEMENTEN - MODIFIZIERTEN ALUMINID BESCHICHTUNG DURCH DIFFUSIONSVERFAHREN IN DER DAMPFPHASE
CN102292465B (zh) * 2009-05-20 2014-04-09 豪梅特公司 Pt-Al-Hf/Zr涂层及方法
EP3071732B1 (de) 2013-11-19 2019-11-13 United Technologies Corporation Artikel mit beschichtung mit veränderlicher zusammensetzung
CN112121552A (zh) * 2019-06-24 2020-12-25 康宁股份有限公司 空气过滤组件

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE698304A (de) * 1966-05-10 1967-11-10
FR1528548A (fr) * 1966-06-24 1968-06-07 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Revêtements résistant à l'oxydation pour alliages à base de tantale
US3535146A (en) * 1967-05-02 1970-10-20 Aircraft Plating Inc Diffusion coating
US3446615A (en) * 1967-05-11 1969-05-27 Iit Res Inst Hafnium base alloys
US3547681A (en) * 1968-04-18 1970-12-15 Sylvania Electric Prod Metallic composites
US3528861A (en) * 1968-05-23 1970-09-15 United Aircraft Corp Method for coating the superalloys
CA918966A (en) * 1968-06-05 1973-01-16 W. Goward George High temperature, oxidation-resistant coating alloy
US3914507A (en) * 1970-03-20 1975-10-21 Sherritt Gordon Mines Ltd Method of preparing metal alloy coated composite powders
US3754903A (en) * 1970-09-15 1973-08-28 United Aircraft Corp High temperature oxidation resistant coating alloy
US3676085A (en) * 1971-02-18 1972-07-11 United Aircraft Corp Cobalt base coating for the superalloys
US3961098A (en) * 1973-04-23 1976-06-01 General Electric Company Coated article and method and material of coating
US3928026A (en) * 1974-05-13 1975-12-23 United Technologies Corp High temperature nicocraly coatings
US3918139A (en) * 1974-07-10 1975-11-11 United Technologies Corp MCrAlY type coating alloy
US3951642A (en) * 1974-11-07 1976-04-20 General Electric Company Metallic coating powder containing Al and Hf
US3976436A (en) * 1975-02-13 1976-08-24 General Electric Company Metal of improved environmental resistance

Also Published As

Publication number Publication date
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US4086391A (en) 1978-04-25
US3993454A (en) 1976-11-23
IL49869A0 (en) 1976-08-31
SE440237B (sv) 1985-07-22

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