DE2641797C2 - Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines mit Aluminium zu diffusionsbeschichtenden Werkstückes - Google Patents
Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines mit Aluminium zu diffusionsbeschichtenden WerkstückesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines mit Aluminium zu diffusionsbeschichtenden
Werkstückes mit Nickel- oder Kobaltaluminid zur Verhinderung der Ablagerung des
Überzugs auf dem abgedeckten Teil.
Verfahren zur Diffusionsbeschichtung von Werkstükken aus korrodierbaren Metallen mit Aluminium sind
aus den US-PSen 32 48 251 und 37 87 305 bekannt. Derartige Diffusionsbeschichtungen werden beispielsweise
als Packungsdiffusionen durchgeführt, indem man die Werkstücke in eine Packung aus Aluminiumpulver oder
Aluminiumplätlchen, die ein Verdünnungsmittel, wie Aluminiumoxid, und einen Initiator, wie wasserhaltiges
Aluminiumchlorid, enthält, schichtet und diese geschichtete Anordnung erhitzt. Derartige Packungen können
zusätzlich auch Chrom enthalten.
Das plättchenförmige Aluminium der Diffusionsbeschichtung
wird im allgemeinen in derart geringen Schichtdicken aufgebracht, daß die Ausmaße des zu
überziehenden Gegenstandes nicht bedeutend geändert werden. Selbst dann, wenn für die Genauigkeit der Dimen.iionen
eine sehr geringe Toleranz gegeben ist, wie bei den Wurzeln und Strebebögen von Schaufeln und
Blättern für Düsentriebwerke, können derartige Überzüge in Form von Überzügen mit einer Dicke von
2,54 μΐη oder dünner auf den gesamten Gegenstand aufgebracht
werden. Enge Toleranzen erfordern jedoch im allgemeinen zuerst eine Maskierung des Gegenstandes,
um eine Ablagerung eines Diffusionsüberzuges zu verhindern, da Diffusionsüberzüge im allgemeinen die Dimensionen
des überzogenen Materials um etwa 7,62 μίτι
vergrößern. Maskierungsverfahren für diesen Zweck sind in der US-PS 38 01 357 beschrieben.
Diese bekannten Maskierungsverfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Maskierungsschicht bei den
hohen Temperaturen der Diffusionsbeschichtung leicht aufreißt und bei der anschließenden Entfernung der
Werkstücke aus der Packung zerbröckelt, so daß abgebröckelte Stücke in der Packung zurückbleiben und
mühsam daraus entfernt werden müssen, wenn nicht die ganze Packung verworfen werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines
mii Aluminium zu diffusionsbeschichtenden Werkstükkes mit Nickel- oder Kobaltaluminid bereitzustellen, bei
dem die Ablagerung der Diffusionsbeschichtung durch eine Abdeckung oder Maskierung verhindert wird, die
bei den hohen Temperaturen der Diffusionsbeschichtung nicht aufreißt und bei der anschließenden Entfernung
der Werkstücke aus der Packung nicht zerbrökkelt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Abdeckungsgemisch als eine bindemittelhaltige
Schicht mit wenigstens etwa 50 mg Aluminid/ cm2 aufbringt, und daß man über diese Schicht einen
Decküberzug aus Nickelpulver in einem Bindemittel aufbringt, welches die Außenschicht im wesentlichen
während der ganzen Beschichtung intakt hält, wobei das Nickelpulver in einer Menge von zumindest etwa
40 mg/cm2 der Oberfläche der Außenschicht aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß können bestimmte Stellen von einer Aluminiumdiffusionsbeschichtung freigehalten werden,
indem man sie mit einer Deckschicht vom N13AI-Typ überzieht, welche einen thermoplastischen Kunststoff
enthält, über die eine einen thermoplastischen Kunststoff enthaltende Abdeckschicht aus Nickelpulver
aufgebracht wird. Beim Einbrennen dieser Abdeckkombination wird eine feste Schale gebildet, welche wirksam
abdeckt, ohne daß die diese umgebende Beschichtungspackung verunreinigt wird.
Als Bindemittel b?w. thermoplastischer Kunststoff in
dem Abdeckungsgemisch und den Decküberzug wird
vorzugsweise Polyäthylniei:-arrylDt verwendet.
Andere Acrylharze, wie z. B. Poiyäthyläthacrylat, Polymethylacrylat, Polybutyla^rylat, Polyacrylsäure und andere thermoplastische Harze, wie ζ. Β. Carboxymethylcellulose, Cellulosenitrat, Äthylcellulose und sogar Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid können anstelle des Polyäthylniethacrylats eingesetzt werden, wobei die Ergebnisse jedoch nicht ganz so gut sind. Als Lösungsmittel für die Harze werden Lösungsmittel bevorzugt, die sich leicht verflüchtigen lassen, z. B. solche mit Siedepunkten unterhalb 100° C.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Andere Acrylharze, wie z. B. Poiyäthyläthacrylat, Polymethylacrylat, Polybutyla^rylat, Polyacrylsäure und andere thermoplastische Harze, wie ζ. Β. Carboxymethylcellulose, Cellulosenitrat, Äthylcellulose und sogar Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid können anstelle des Polyäthylniethacrylats eingesetzt werden, wobei die Ergebnisse jedoch nicht ganz so gut sind. Als Lösungsmittel für die Harze werden Lösungsmittel bevorzugt, die sich leicht verflüchtigen lassen, z. B. solche mit Siedepunkten unterhalb 100° C.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
(Diffusionsbeschichtung)
(Diffusionsbeschichtung)
A. In jedes von vier Muffelgefäßen aus reinem Kohlenstoffstahl, die eine Weite von 61 cm und eine Höhe
von 35,6 cm aufwiesen, wurde ein Packungspulver gegossen, das aus 20 Gewichtsprozent Aluminium und 80
Gew.-°/o Aluminiumoxid bestand, wobei beide Bestandteile eine Teilchengröße unterhalb 0,044 mm aufwiesen
und gleichmäßig miteinander vermischt waren. Nachdem die Retortenböden mit einer Pulverschicht von etwa
1,27 cm bedeckt waren, wurden Schaufeln für Kompressoren für Düsentriebwerke, die aus rostfreiem Stahl
bestanden, über die Pulverschicht gelegt, wobei zwisehen den Schaufeln ein Abstand von etwa 0,32 cm eingehalten
wurde. Diese Schicht aus Schaufeln wurde dann mit weiterem Pulver bedeckt, bis das Pulver bis
etwa 1,27 cm oberhalb der Schaufelspitzen reichte, und dann wurde eine weitere Schicht aus Schaufeln eingebracht
und die Schichtung wiederholt, bis die gesamte Schichtung in jeder Retorte 31,8 cm tief war. Daraufhin
wurde weiteres Packungspulver in jeder Retorte aufgebracht, um sicherzustellen, daß sich über den Spitzen
der obersten Schaufeln etwa 2,54 cm Pulver befanden.
Anschließend wurde über jede gefüllte Retorte eine sehr dünne Schicht aus kristallinem AlCh - 6 HjO gesprüht,
deren Menge 0,6 Gew.-°/o des gesamten Pulvers entsprach. Anschließend wurden die Retorten bis zu
ihren oberen Rändern mit weiterem Packungspulver gefüllt und anschließend eine über der anderen auf den
Boden eines mit Gas beheizten Glockenofens gestapelt Durch die Stapelung wurde keine der eingerasteten Retorten
versiegelt Der obere Teil des Ofens, der mit Gaseinlaß- und Gasauslaßrohren versehen war, wurde über
dem Stapel heruntergelassen und gegen den Boden des Ofens abgedichtet Anschließend wurde ein langsamer
Strom von Argongas durch das Innere des Ofens geleitet, um die darin befindliche Luft zu vertreiben. Nach
der Spülung mit Argon wurde der Argonstrom durch einen Wasserstoffstrom ersetzt, der mit einer soichen
Geschwindigkeit eingeleitet wurde, daß er beim Austritt
aus dem Auslaßrohr mit einer kleinen Flamme verbrennen konnte. Dazu war nur eine sehr geringe Fließgeschwindigkeit,
beispielsweise von etwa 283 bis 425 1/ Std., erforderlich.
Die Beheizung des Ofens wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa O,83°C/Minute, gemessen mit Thermoelementen
in jeder Retorte, die mit Meßinstrumenten außerhalb verbunden waren, begonnen. Nachdem die
Thermoelemente eine Temperatur von 149° C erreicht
hatten, konnte die Fließgeschwindigkeit des Wasserstoffs vermindert werden, so daß die Auslaßflamme sehr
winzig wurde. An diesem Punkt konnte der Zufluß von Wasserstoff weniger als 283 1/Std. betragen.
Bei fortgesetzter Aufheizung stiegen die Temperaturen, die durch die Thermoelemente angezeigt wurden,
gleichförmig weiter an, und es erschienen chemische Dämpfe in den brennenden Auslaßgasen. Zu dem Zeitpunkt,
an dem die durch die Wärmeelemente angezeigten Temperaturen etwa 232° C erreicht hatten, hatte der
Ausstoß chemischer Dämpfe nachgelassen. Der Gasfluß wurde fortgesetzt, bis die Temperaturen etwa 469° C
erreicht hatten. Diese Temperatur der Ofenheizung wurde sodann aufrechterhalten.
Nach 16 Stunden bei 469°C wurde die Ofenheizung abgestellt, und man ließ den Ofen abkühlen, bis die
durch die Thermoelemente angezeigten Temperaturen 1490C erreicht hatten. Dann wurde die Ofenatmosphäre
durchgespült, indem man Argon oder Stickstoff einführte. Anschließend wurde der Rauchschacht des Ofens
von den Retorten abgenommen, so daß die Retorten weiter an der Luft abkühlen konnten. Anschließend
wurde der Inhalt der Retorten ausgegossen, gewaschen, getrocknet und schließlich leicht mit feinen Glasteilchen
abgestrahlt, die mit Hilfe eines Luftstromes von 0,135 bis 0,170 N/mm2 abgestrahlt wurden. Auf diese Weise
wurde pro cm2 der eisenhaltigen Oberfläche eine Aluminiumaufnahme von 4,0 mg erreicht.
Im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wurden erhalten, wenn im Beispiel 1 der dort verwendete Initiator
aus wasserhaltigem Chlorid durch wasserfreies Aluminiumchlorid, -bromid oder -jodid oder wasserhaltiges
Aluminiumbromid oder -jodid ersetzt wurde, wobei der Aluminiumgehalt der Packung von 100% bis herunter
zu 2% reichte.
Bei Aluminium-Diffusionsverfahren, die unterhalb 482° C bewirkt werden, sollte der Aluminiumgehalt in
der Packung mindestens 4% betragen.
Anstelle der Verwendung von Aluminium von relativ reiner Zusammensetzung kann das Aluminium auch aus
einer Legierung bestehen, die bedeutende Mengen nützlicher Bestandteile, wie z. B. Silicium, enthält Ein
Gehalt von 12% Silicium verbessert beispielsweise die Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur von eisenhaltigen
Metallen, die im Diffusionsverfahren mit einer dtrartigen Legierung überzogen werden.
Beispiel 2
(Maskierung)
(Maskierung)
Ein Satz von nichtüberzogenen Schaufeln einer Superlegierung auf Nickelbasis (IN-100), die für Düsentriebwerke
bestimmt waren, wurde gereinigt, und die Wurzeln dieser Schaufeln wurden in eine gerührte Aufschlämmung
von 100 g eines pulverisierten Maskierungsgemisches in einer Lösung von 3 g Polyäthylmethacrylat-Harz
in 100 g Chloroform eingetaucht Das Maskierungsgemisch bestand aus N13AI mit einem
Chromgehalt von 2%, wobei dieser gesamte Bestandteil mit einem gleichen Gewichtsanteil Aluminiumoxid verdünnt
war. Die eingetauchten Schaufeln wurden dann aus der Suspension entfernt und 5 Minuten an der Luft
getrocknet Die erhaltenen Schaufeln enthielten nun über ihren Wurzeln eine Schicht des Maskierungspulvers
und Harzes, die 300 bis 800 mg/cm2 Oberfläche betrug.
Die Schaufeln mit dem getrockneten Oberzug über den Wurzeln wurden sodann wenige Sekunden in eine
50 Gew.-%ige Dispersion von pulverisiertem Nickel in der gleichen Harzlösung eingetaucht Nachdem die
Schaufeln herausgenommen worden waren, wurden sie erneut an der Luft getrocknet, und beide Überzüge wogen
nunmehr etwa 500 bis 1200 mg/cm2 Oberfläche. Nunmehr wurden diese Schaufeln in eine vorerhitzte
Aluminierungspackung für eine Diffusionsverfahren geschichtet, die die folgende Zusammensetzung aufwies:
In diese Packung war weiteres NH4CI eingemischt worden, um die Konzentration auf den gewünschten
Wert zu bringen. Die beschichtete Anordnung wurde in einem Muffelgefäß gemäß Beispiel 1 auf 10380C erhitzt
und 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Nach Abkühlen und Öffnen des Muffelgefäßes ließ sich die
Veraluminierungspackung so weit absaugen, daß die Schaufeln anschließend einzeln aus der Packung herausgezogen
werden konnten. Die Schaufeln wiesen nun eine harte Schale der ursprünglich aufgebrachten Maskierungsschichten
auf, die an Ort und Stelle gesintert war und nicht leicht zerbröckelte. Es war einfach, aus
der Packung alle Schaufeln zusammen mit dem gesamten Maskierungsgemisch zu entfernen, so daß der Rest
der Packung ohne weitere Trennvorgänge erneut verwendet werden konnte.
Die harte Schale des Maskierungsgemisches konnte mit Hilfe eines leichten Hammerschlages abgebrochen
werden, so daß auf diese Weise ohne Beschädigung oder sogar Gefährdung der Schaufeln sauber maskierte
Schaufeln erhalten wurden. Die kombinierten Maskierungsüberzüge, die zusammen nur etwa 300 bis
2000 mg/cm2 Oberfläche wogen, waren für diesen Zweck befriedigend. In der ersten Maskierungsschicht
kann anstelle des N13AI auch eines der anderen maskierenden
Aluminid-Gemische der US-PS 38 01 357 ver-
| μιη) | Gewichtsteile | |
| Al (Teilchengröße < 44 | ΙΟμίτι) | 10 |
| Cr (Teilchengröße etwa | 40 | |
| Al2O3 | 50 | |
| NH4C! | 0,3 | |
wendet werden, um die harte Schale gemäß vorliegender
Erfindung zu erhalten.
Wenn andererseits wie in der US-PS 38 01 357 beschrieben Traganthgummi oder Bentonit und lediglich
eine Maskierungsschicht verwendet werden, so bewirken die hohen Temperaturen im allgemeinen, daß eine
derartige Schicht aufreißt, so daß eir.'- gute Maskierung nur dann erhalten wird, wenn der Maskierungsüberzug
etwa 5 oder mehr g/cm2 wiegt Darüber hinaus zerfallen derartige aufgerissene Überzüge auch leicht bei der
Entfernung der Werkstücke aus der Packung, und abgebröckelte Stücke der Maskierungsschicht haspeln sich
in der zurückbleibenden Packung auf. Derartige Stücke müssen mühsam aus der Packung abgetrennt werden,
oder die gesamte Packung muß weggeworfen werden.
20
30
as
40
50
55
CO
65
Claims (3)
1. Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines mit Alun mium zu diffusionsbeschichtenden
Werkstückes mit Nickel- oder Kobaltaluminid zur Verhinderung der Ablagerung des Überzugs
auf dem abgedeckten Teil, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Abdeckungsgemisch als eine bindemittelhaltige Schicht mit wenigstens etwa
50 mg Aluminid/cm2 aufbringt, und daß man über
diese Schicht einen Decküberzug aus Nickelpulver in einem Bindemittel aufbringt, welches die Außenschicht
im wesentlichen während der ganzen Beschichtung intakt hält, wobei das Nickelpulver in einer
Menge von zumindest etwa 40 mg/cm2 der Oberfläche der Außenschicht aufgebracht wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Poly(äthylmethacrylat)
verwendet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dift'usionsbeschichtete Werkstück
durch eine Packungsdiffusion beschichtet wird.
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|---|---|---|---|
| US05/614,834 US4141760A (en) | 1972-11-06 | 1975-09-19 | Stainless steel coated with aluminum |
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|---|---|---|---|
| DE2641797A Expired DE2641797C2 (de) | 1975-09-19 | 1976-09-17 | Verfahren zum Abdecken eines Teils der Oberfläche eines mit Aluminium zu diffusionsbeschichtenden Werkstückes |
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| GB1586501A (en) * | 1976-06-11 | 1981-03-18 | Alloy Surfaces Co Inc | Metal coating |
| GB2210387B (en) * | 1987-09-30 | 1992-03-11 | Rolls Royce Plc | Chemical vapour deposition |
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