DE2801016A1 - Gegenstand aus einer superlegierung, der durch flammspritzen mit einem oxidations- und korrosionsbestaendigen ueberzug versehen ist sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Gegenstand aus einer superlegierung, der durch flammspritzen mit einem oxidations- und korrosionsbestaendigen ueberzug versehen ist sowie verfahren zu dessen herstellung

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Description

Gegenstand aus einer Superlegierung, der durch Flammspritzen mit einem oxidations- und korrosionsbeständigen Überzug versehen ist sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Gegenstand aus einer Superlegierung mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver. Der Gegenstand weist dadurch bei hoher Temperatur eine bessere Oxidations- und Korrosions-Beständigkeit auf. Der erfindungsgemäße Gegenstand umfaßt somit ein Substrat aus einer Superlegierung und einen Überzug darauf, der aus Chrom und mindestens einem der Elemente Eisen, Kobalt oder Nickel besteht. Der Überzug kann fakultativ noch andere Elemente enthalten, z.B. Aluminium, Kohlenstoff, Yttrium oder seltene Erdmetalle. Nach einer besonderen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Gegenstand auf dem durch
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Flammspritzen aufgebrachten Überzug noch einen durch Aluminisieren aufgebrachten Decküberzug auf. Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
Das Aufbringen von Metallpulvern durch Flammspritzen ist in der US-PS 3 322 515 beschrieben. Nach diesem Verfahren werden Plattierungspulver aus zwei Komponenten durch Flammspritzen aufgebracht, die exothermisch miteinander reagieren und vorzugsweise aus einem Kern aus der einen Komponente und mindestens einer Überzugsschicht aus der anderen Komponente be stehen. In der US-PS 3 957 454 ist das Plasmaspritzen von Superlegierungsgegenständen mit einem Überzug auf MCr-Grundlage beschrieben, worin M für Eisen, Kobalt oder Nickel oder deren Modifikationen in Kombination mit Aluminium oder dessen Legierungen steht, um den Gegenständen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Duktilität in der Hitze zu verleihen. Das Plasmaspritzen nach der US-PS 3 957 454 der Legierungspulver auf MCr-Grundlage erfolgt in einer inerten Atmosphäre aus Argon und Wasserstoff, um die Oxidation der erhitzten Teilchen während des Aufspritzens zu verringern. In dieser zuletzt genannjjen US-PS ist auch die Beibehaltung der Verformung inVTeilchen das Vermeiden des Schmelzens der Teilchen, um auf das Substrat ein erhitztes Pulver, nicht aber eine Schmelze auftreffen zu lassen und so die Deformation des aufgebrachten Teilchens beim Abkühlen durch Ableiten der Wärme in das Substrat beizubehalten, offenbart.
Obwohl somit im Stand der Technik das Plasmaflammspritzen gewisser Metallpulver beschrieben ist, sind bisher die Vorteile und/oder Eigenschaften nicht erkannt worden, die mit dem Aufspritzen mit hoher Energie gemahlener Pulver auf Gegenstände aus Superlegierung verbunden sind.
Die Erfindung ist somit in einem Gegenstand verkörpert,
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der ein Superlegierungssubstrat umfasst, das durch Flammspritzen mit einem Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver versehen ist. Eine andere Ausführungsform der Erfindung- umfasst einen durch Aluminisieren aufgebrachten Decküberzug auf dem durch Flammspritzen überzogenen Gegenstand, Weiter umfasst die Erfindung auch das Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes.
Für den Körper bzw. das Substrat kann jede Superlegierung verwendet werden, einschließlich solcher, die z.B. in der ASTM Publikation Nr. 9S9E beschrieben sind. Besonders brauchbar sind Superlegierungen, die Kohlenstoff enthalten und bei denen zumindest teilweise Karbide die Festigkeit bedingen, z.B. durch Karbide in Korngrenzen, wie Monokarbid, das üblicherweise mit der Kurzbezeichnung HC versehen wird, oder Chromkarbide, die üblicherweise mit M2^Cg und M7C3 abgekürzt wiedergegeben werden, sowie Karbide aus hochschmelzenden Metallen, die in Plättchen- oder Faserform das Korninnere verstärken und die nach dem angewendeten Gießverfahren ausgerichtet oder nicht ausgerichtet vorliegen. Beispiele für die brauchbaren Superlegierungen sind Legierungen auf Nickelgrundlage, z.B. IN-738, MAR-M200, NX-188, Rene 80, Rene 95, TAZ-8B, TRW VI und WAZ-20; Legierungen auf Eisennickelbasis, z.B. Incoloy 802, S-590, Duraloy "HOM-3"; Legierungen auf Kobaltgrundlage, z.B. FSX-414, FSX-430, MAR-M509 und X-45 sowie Legierungen aus hoch schmelzenden Metallen, z.B. WC3O15, Cb132M, SU31 und TZC.
Zum Überziehen kann jedes mit hoher Energie gemahlene Pulver eingesetzt werden. Beispielhaft für hitze-, oxidations- und korrosionsbeständige und/oder dispersionsgehärtete Überzüge sind solche auf der Grundlage von Nickelchrom, Kobaltchrom, Eisenchrom, die fakultativ noch weitere Legierungselemente enthalten können, z.B. Molybdän, Wolfram, Niob und/oder Tantal, Aluminium, Titan, Zirkon, oder Nichtmetalle, zum Beispiel
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Kohlenstoff, Silicium, Bor usw. Eine derzeit zum Überziehen bevorzugte Zusammensetzung umfasst oxidations- und korrosionsbeständige Nickelchrom- oder Kobaltchromlegierungen, die fakultativ eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten können : Aluminium, Kohlenstoff, Yttrium oder irgendeines der seltenen Erdmetalle. Die Überzugszusammensetzungen können allgemein durch die folgenden Formeln beschrieben werden :
MCr, MCrAl, MCrAlY oder MCrAlCY,
worin M das Grundmetall ist, z.B. Eisen, Kobalt oder Nickel, Cr für Chrom steht, Al für Aluminium, C für Kohlenstoff und Y für Yttrium und die anderen seltenen Erdmetalle.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schließt Überzugszusammensetzungen ein, die eine harte Phase bzw. ein Dispersoid enthalten, z.B. eines der Oxide von Aluminium, Thorium oder Yttrium, welche den Überzug durch Dispersionshärten wirksam festigen, nachdem er durch Flammspritzen auf das Superlegierungssubstrat aufgebracht ist.
Die derzeit bevorzugten Überzugszusammensetzungen schließen die in der folgenden Tabelle auf Gewichtsprozentbasis angegebenen ein :
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TABELLE I
Überzugs-Zusammensetzung
Bestandteile 1 2 3 4 5 6* 7* 8* 9
1. Chrom 10-50 10-30 15-25 19-21 10-30 10-30 10-30 10-30 20-50
2. Aluminium 1-20 2-15 4-11 4-11 0-20 0-20 0-20 0-20 - 5-20
3. Tantal - 1-10 - - -
£ 4. Platin 0-10 ----- _ -__
£ 5. Hafnium 0-10 ----- _ -_-
6. Yttrium 0-1,5 0-1,5 0-1,5 0-1,5 0-1,5
ξ} 7. Kohlenstoff 0-0,5 0-0,2 0-0,15 0-0,15 - - -
ο 8. Thoriumdioxid ------ - 0,1-5,0
9. Aluminiumoxid - - - 0,1-5,0 -
10. Yttriumoxid - - 0,1-5,0 - -
11. Eisen/Kobalt
oder Nickel Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest
* dispersionsgehärtete, oxidationsbeständige Legierungen
Wichtig für den Einsatz der Überzugszusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ist das Mahlen der darin enthaltenen Komponenten mit hoher Energie. Es kann jedes Verfahren und jede Vorrichtung, die geeignet ist, ein mechanisch legiertes Metallpulver herzustellen, das aus einer Mehrzahl von Bestandteilen besteht, von denen mindestens ein Bestandteil ein Metall ist, das durch Druck deformierbar ist, benutzt werden. Von besonderer Nützlichkeit sind Abriebs- oder Vibrationsmühlen.
"Mechanisches Legieren" ist das Verfahren, das zu einem Verbundmetallteilchen führt, in dem eine Mehrzahl von Bestandteilen oder Legierungselementen in Form von Pulvern, von denen mindestens eines unter Druck deformierbares Metall ist, beim Mahlen mit hoher Energie durch die Anwendung mechanischer Energie in Form einer vielmals wiederholt ausgeübten Druckkraft miteinander verbunden werden und wobei zumindest ein deformierbares Metall so kräftig bearbeitet und deformiert wird, daß dieses sich mit sich selbst und/oder den anderen Bestandteilen verbindet oder verschweißt, wobei die anderen Bestandteile Metalle und/oder Nichtmetalle sein können und durch das Verbinden bzw. Verschweißen innig miteinander verbunden und in identifizierbarer Weise durch die interne Struktur der erhaltenen Verbundmetallteilchen verbreitet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das mechanische Legieren das wiederholte Anwenden von Druckkräften in Gegen wart der reibenden Elemente ein, die kinetisch in einem hochaktivierten Zustand relativer Bewegung gehalten werden, und das Ganze setzt man für eine ausreichende Zeit fort, um die Bestandteile zu zerkleinern und miteinander zu verbinden oder zu verschweißen und durch die resultierende Metallmatrix des Pulverproduktes zu verteilen.
Vorzugsweise schließt das Mahlen mit hoher Energie ein Mahlen bei dem Energiezustand ein, der entsteht, wenn ausreichend
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mechanische Energie einer Überzugszusammensetzung unter Bedingungen zugeführt wird, bei denen ein wesentlicher Anteil der Masse der reibenden Elemente kinetisch in einem hochaktivierten Zustand relativer Bewegung gehalten wird. Für diesen Zweck kann jede mit hoher Energie arbeitende Mühle eingesetzt werden, einschließlich denen, die in den US-PS 3 591 362, 2 764 359 und in Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4. Auflage, Section 8, Seiten 26 ff, Kongressbibliothek Nr.6113168 beschrieben sind.
Die Einzigartigkeit der erfindungsgemäßen Produkte ist durch folgendes bedingt :
(a) ein mit hoher Energie gemahlenes Pulver wird durch Flammspritzen auf ein Superlegierungssubstrat aufgebracht, wobei das Pulver in einem submikroskopischen Maßstab nicht vollständig legiert zu sein braucht, das Pulver jedoch im wesentlichen alle Legierungsbestandteile des Überzuges enthält,
(b) das Flammspritzen des Pulvers führt zur Abgabe der exothermen Reaktionswärme, da sich die intermetallischen Legierungen während des Flammspritzens bilden,
(c) durch das Flammspritzen des Pulvers wird über die exotherme Wärme zumindest ein Teil des Arbeit freigesetzt, die während des Zerreibens der Pulver mechanisch durch Druckkräfte eingebracht wird, und
(d) das Flammspritzen des Pulvers sorgt für ein im wesentlichen homogenes Dispergieren einer harten Phase bzw. eines Dispersoids in dem Überzug, wenn das Überzugspulver Elemente enthält, die unter den Bedingungen des Mahlens bei hoher Energie Dispersionen bilden,
In Übereinstimmung mit der Art und dem Aufbau der zum Flammspritzen benutzten Vorrichtung kann jeder Größenbereich für die den Überzug bildenden Pulver eingesetzt werden. Die
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Beziehung zwischen Vorrichtung zum Flammspritzen und Teilchengrößenverteilung für das Überzugspulver kann leicht durch Routineversuche vom Fachmann bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der oxidations- und/oder korrosionsbeständige Überzüge auf Superlegierungssubstrate aufgebracht werden, wie solche mit den oben angegebenen Formeln MCr, MCrAl, MCrAlY oder MCrAlCY, werden oxidations- und korrosionsbeständige Gegenstände aus Superlegierung mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug erhalten, die optimale Eigenschaften haben, wenn die Teilchen des Überzugspulvers eine maximale Größe von weniger als 44 um haben und vorzugsweise innerhalb eines durchschnittlichen Teilchengrößenbereiches von weniger als 30 /um liegen und insbesondere innerhalb eines durchschnittlichen Teilchengrößenbereiches von etwa 20 bis 30 yum. Sind in dem Überzug dispersionshärtende Dispersoidteilchen mit Größen im Submikronbereich enthalten, dann enthält das Überzugspulver vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 5 Volumenprozent der Dispersoidteilchen, z.B. AIpO,, ThO2, Y£°3 usw·» wobei diese Dispersoidteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 300 Angström (entsprechend 0,03 )ίπι) und einen Teilchengrößenbereich von 50 bis 1 000 Angström haben und die Dispersoidteilchen außerdem gleichmäßig in dem Überzugspulver verteilt sind. Solche Superlegierungen mit Überzügen aus bei hoher Energie gemahlenen Pulvern, die dispersionsgehärtet sind, sind bevorzugt, da davon ausgegangen wird, daß insbesondere bei Verwendung von Überzügen aus Legierungen der allgemeinen Formel MCrAlY die Einführung einer Dispersoidphase in den Überzug, wie YpO*, deutlich zum Aufrechterhalten der mechanischen Integrität des Überzuges durch die gesamte Dicke des Überzuges hindurch beiträgt, insbesondere bei hohen Temperaturen, wie sie üblicherweise beim Einsatz von Gasturbinen auftreten, d.h. Temperaturen im Bereich von etwa 800 bis etwa 1 200 - 1 3000C und sogar noch höher. Weiter wird davon ausgegangen, daß die Einbeziehung des Dispersoids in den oxidations- und korrosions-beständigen Überzug das Ansteigen des Widerstandes gegenüber der Übertragung von Belastung durch die Matrix des Überzuges unterstützt und dadurch zur Gebrauchs-
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dauer oder Festigkeit des Überzuges bei erhöhten Temperaturen beiträgt. Es wird angenommen, daß der Einsatz von bei hoher Energie gemahlener Pulver, in denen dispersionshärtende Oxide gleichmäßig in Submikronform verteilt sind für auf Superlegierungssubstrate durch Flammspritzen aufzubringende Pulver ein neues Konzept darstellt, da die Atomisierung von Legierungen, welche die gleichen Elemente enthalten, durch Anwendung von Pulveratomisierungstechniken, wie sie bisher üblicherweise angewandt wurden, nicht zur Bildung der Dispersoidteilchen in Submikronform führt, die gleichmäßig innerhalb der Überzugspulver verteilt sind.noch gleichmäßig durch den durch Flammspritzen auf Superlegierungssubstrate aufgebrachten überzug verteilt sind.
Das Anwenden des mit hoher Energie Mahlens auf die Zubereitung von mit Flammspritzen aufzubringenden Überzugszusammensetzungen liefert ein Verfahren, das vom Stand der Technik nicht erkannt worden ist und das ein wirtschaftliches wirksames Mittel zum Herstellen überzogener Superlegierungen ist, wobei die Überzüge aus einer im wesentlichen unbegrenzten Zahl von Legierungskombinationen und Legierungsbestandteilen in jeglicher Teilchengröße, Verteilung und Zusammensetzung bestehen können, wodurch man sich an jegliche Anforderung anpassen kann.
Beispiele von Verfahren und Vorrichtungen, die zum Flammspritzen im Rahmen der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind z.B. im "Flame Spray Handbook11, Band II und III, von H.S.Ingham und A.P. Shepard, veröffentlicht von der Metco Inc., Westbury, Long Island, New York (1965); "Applied Mineralogy" (Technische Mineralogie) "Are Plasma Technology in Materials Science" von D.A. Gerdeman und N.L. Hecht, Springer-Verlag, 8. International Thermal Spraying Conference, Miami Beach, Florida, 27. September bis 1. Oktober 1976, und den US-PS 3 436 248 und 3 010 009 beschrieben. Die Erfindung kann bei jeder zum Flammspritzen brauchbaren Temperatur ausgeführt werden. Üblicherweise wird
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eine thermische Spritzkanone mit einer Sauerstoffacetylenflamme bei Temperaturen bis zu etwa 2 760°C und eine Plasmaspritzkanone bei Temperaturen von etwa 6 660 bis zu etwa 11 0900C betrieben. Das Plasmaspritzverfahren ist besonders brauchbar zum Aufbringen dichter Überzüge, weil dabei Teilchengeschwindigkeiten von etwa 150 bis etwa 915 m/Sek. und vorzugsweise Teilchengeschwindigkeiten von etwa 610 bis etwa 915 m/Sek. erzielt werden können. Die Zubereitung der Substratoberfläche kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter den Bedingungen jeglicher Art von Atmosphäre erfolgen, z.B. oxidierenden, inerten oder reduzierenden Bedingungen, atmosphärischem, unteratmosphärischem oder überatmosphärischem Druck usw.. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren unter einem Vakuum von etwa einem Zehntel Atmosphäre oder weniger ausgeführt.
Nach dem Aufbringen des Überzuges auf das Superlegierungssubstrat durch Flammspritzen kann das überzogene Substrat mit einem Decküberzug durch Aluminieren versehen werden, wobei man die dafür bekannten Verfahren benutzen kann, einschließlich des Diffusionsüberziehens, das üblicherweise als Aluminieren be zeichnet wird, wobei Aluminium in den Überzug diffundiert und, wenn es erwünscht ist, auch in das Substrat. Gleichzeitig diffundieren im allgemeinen einige Elemente des Substrates in den Überzug. Für das Aluminieren kann man das als Packungszementieren, physikalische^edampfen, chemisches Bedampfen bekannte und andere Verfahren benutzen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen :
Figur I ein Schliffbild in 600-facher Vergrößerung eines durch Reibungsmahlen erhaltenen Pulverteilchens aus Kobalt-32 Chrom-3 Aluminium. Bei diesem Pulverteilchen handelt es sich um eine durch Kaltbearbeiten mechanisch legierte Überzugszusammensetzung
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vor dem Aufbringen durch Flammspritzen auf ein Superlegierungssubstrat aus IN-738, das die folgende Zusammensetzung in Ge wichtsprozent aufweist: 0,17 C; 0,20 Mn; 0,30 Si; 16,0 Cr; 8,5 Co; 1,75 Mo; 2,6 W; 0,9 Nb; 3,4 Ti; 3,4 Al; 0,01 B; 0,10 Zr; 0,50 Fe; 1,75 Ta; Rest Ni.
Figur Ha ein Schliffbild in 250-facher Vergrößerung eines Gegenstandes aus dem IN-738-Superlegierungssubstrat, das in einer inerten Argonatmosphäre mit einem Pulver bei einer Geschwindigkeit von etwa 610 m/Sek. durch Flammspritzen mit einem Co-32Cr-3Al-Überzug versehen wurde, wobei man das durch Reibungsmahlen erhaltene Pulver der Figur I mit einem Teilchengrößenbereich von 5 bis 44 um benutzte. Die Figur zeigt den Überzug vor dem Testen der Hitzekorrosionsbeständigkeit,
Figur Hb ein Schliffbild in 250-facher Vergrößerung des Überzuges der Figur Ha nach einem mit Hilfe einer Brenneranlage ausgeführten Hitzekorrosionstest für I651 Stunden bei einer Temperatur von etwa 925°C, mit dem die hochkorrosiven Bedingungen in Marinegasturbinen simuliert wurden,
Figur IHa ein Gohliffbild in 250-facher Vergrößerung eines Gegenstandes aus einem IN-738 Superlegierungssubstrat, das in einer inerten Argonatmosphäre durch Flammspritzen mit einer Teilchengeschwindigkeit von etwa 150 m/Sek. mit einem Überzug aus Kobalt-29-Chrom-6Aluminium-1Yttrium versehen wurde, wobei die Überzugszusammensetzung durch Abriebsmahlen erhalten wurde und
Figur IHb ein Schliffbild in 25o-facher Vergrößerung des Über zuges der Figur IHa, nachdem man ihn für 1000 Stunden dem Hitzekorrosionstest unter Verwendung der Brenneranordnung bei einer Temperatur von etwa 925 C ausgesetzt hatte.
Beispiel I
Aus den folgenden pulverförmigen Ausgangsmaterialien wurden Legierungspulver hergestellt, die 65 Gewichtsprozent Kobalt,
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32 Gewichtsprozent Chrom und 3 Gewichtsprozent Aluminium enthielten und die Morphologie der Figur I hatten :
CoAl 77,2 Gramm (Teilchengröße kleiner als 74 /um) Cr 264,4 Gramm (Teilchengröße kleiner als 74 /um)
Kobalt 484,7 Gramm (Durchschnittsteilchengröße kleiner
als 1,4 /um).
Die vorstehend aufgeführten Pulver, die mit Ausnahme der natürlich auf der Oberfläche des Pulvers vorhandenen Oxidschicht nicht oxidiert waren, wurden vermischt und mit einer Abriebsmühle der intermittierend wirkenden Art Typ R, Größe 1S der Union Process Inc., Akron, Ohio, mit ungefähr 150 Umdrehungen pro Minute 20 Stunden in einer Argonatmosphäre vermählen. Die aus Nickel bestehenden Abriebskugeln waren nach dem Mahlen stark mit Pulver überzogen. Das durch Abriebsmahlen entstandene Pulver wurde unter Verwendung einer erhobenen perforierten Bodenplatte durch zwei weitere Stunden von Abriebsmahlen von den Kugeln entfernt.
Das Pulver wurde gesiebt und ergab einen großen Anteil von 64,2?6 von Teilchen mit einer Größe von weniger als 44/um. Der geringere Teil von Pulver mit einer Teilchengröße von mehr als 44 ^im wurde zu Teilchen von weniger als 44 ^im durch einfaches kugelmahlen, d.h. nicht durch Abriebsmahlen, verkleinert. Das durch Abriebsmahlen erhaltene Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 44 ym wurde unter Verwendung von zwei verschiedenen Flammspritzvorrichtungen zum Überziehen von nageiförmigen Probekörpern aus Rene 80 und IN-738 Superlegierung benutzt :
1. Metcokanone Typ 3MB, die ein mit hoher Intensität in Luftatmosphäre betriebenes Bogengerät ist, und
2. eine Plasmadynkanone mit 80 KW Modell SG-1083A, die ein wirbelstabilisiertes Bogengerät ist, das in einer Argonatmosphäre betrieben wird.
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Die mit beiden Geräten erhaltenen Flammspritzüberzüge waren sehr dicht, wie sich durch metallographische Untersuchung ergab. Die in Luftatmosphäre aufgebrachten Überzüge enthielten einen großen Anteil von Oxiden, während die in Argonatmosphäre aufgebrachten Überzüge nahezu oxidfrei waren.
In der folgenden Tabelle II sind unter der Überschrift "Brenneranlagen-Testergebnisse"die Kontroll- und Testbedingungen zusammengefasst, die beim Flammspritzen und Hitzekorrosionstesten von Co-32 Cr-3 Al-Überzügen auf Rene 80- und IN738-Superlegierungssubstraten gemessen wurden.
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Ver- Überzugssuchs- zusammen-Nr. setzung
TABELLE II Brenneranlagen-Testergebnisse
Substrat Spritz- Spritz- Über- Bren-
geschwin- atmos. zugs- nertem-7 dicke peratur
abriebsge
mahlen		 Rene 80 153 Bogen-
plasma		 Luft 0 ,188
mm		 9250C
Co-32Cr-3Al,
abriebsge
mahlen		 IN-738 306 Bogen-
plasma		 Argon 0 ,225
mm		 925°C
Co-32Cr-3Al IN-738 612 Bogen-
plasma		 Argon 0 ,2 mm 9250C
Kontrollprobe, nicht überzogen
IN-738
Kontroll- IN-738 probe, nicht überzogen
9250C
9250C
Test- Wirkungen der dauer Hitzekorrosion* (h)
1651
1651
1651
2507
153
Es verblieben 0,125 mm Überzug. Anzeichen einer leichten Substratdurchdringung
es verblieben o,2 Überzug. Anzeichen eines intergranularen Angriffes
es verblieben 0,2mm Überzug, sehr viel geringerer intergra· nul.Angriff als in Versuch Nr.
der Stift mit einem 0 von 4,25 mm war nahezu völligjkorrodiert
Eindringung bis zu einer Tiefe von 0,075 - 0,125 mm.
* Die Wirkungen der Hitzekorrosion wurden bestimmt, indem man den durch Flammspritzen auf-
febrachten Überzug einem Dieselbrennstoff aussetzte, der 1 Gewichtsprozent Schwefel und 67ppm Seesalz bei der o.gen. Brennertemperatur enthielt und wobei die Probekörper 3-5mal pro Woche durch Abkühlen auf Zimmertemperatur einem thermischen Zyklus unterworfen wurden.
Beispiel II
Aus den folgenden pulverförmigen Materialien wurden Legierungspulver hergestellt, die 64 Gew.% Kobalt, 29 Gew.^o Chrom, 6 Gew.% Aluminium und 1 Gew.% Yttrium enthielten :
CoAl 399,7 g (Teilchengröße kleiner als 74 pm) Cr 243,6 g (Teilchengröße kleiner als 74 /um) Co 16O,5 g (Teilchengröße kleiner als 74 /Um) CrY 36,2 g (Teilchengröße kleiner als 74 ,w$„
Die Pulver wurden vermischt und, wie in Beispiel I beschrieben, abriebsgemahlen. Das dabei erhaltene Pulver wurde gesiebt, und man erhielt zu 53 % Teilchen mit einer Größe von kleiner als 37 p-m· Das restliche Pulver mit Teilchen von größer als 37 /U wurde zu Teilchen von weniger als 37 jwi durch einfaches Kugelmahlen verkleinert. Das durch Abriebsmahlen erhaltene Pulver wurde durch Flammspritzen mittels einer Metco 3MP-Kanone in einer Argon/Wasserstoff-Gasatmosphäre auf einen Stift avß IN-738 Superlegierung aufgebracht.
In der folgenden Tabelle III sind unter der Überschrift "Brenneranlagen-Testergebnisse" die Kontroll- und Testbedingungen zusammengefasst, die beim Flammspritzen und Hitzekorrosionstest bei einem Gegenstand aus IN-738 Superlegierungssubstrat mit einem Co-29 Cr-6 Al-1 Y-Überzug angewandt wurden.
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TABELLE III
Brenneranlagen-Testergebnisse
Ver- Überzugssuchs- zusammen-Nr. setzung
Substrat
Spritzgeschwin-
Spritz- Überatmos.
ZUgS-
dicke
Brenner- Test- Wirkungen der tempera- dauer Hitzekorrosion* tür (h)
1. Co-29Cr-6Al-1Y IN-738
153 Argon/2 0,175 -
0,2 mm
925°C
Kontrollprobe IN-738 nicht überzogen
Kontrollprobe IN-738 nicht überzogen
9250C
925°C
im wesentlichen unbeeinflußt Überzugoberflä che weniger als 0,0025 mm korrodiert
Stift mit einem 0 von 4,25 mm nahezu vollstän- ^ dig korrodiert |
Eindringung bis -^ zu einer Tiefe von etwa 0,075 bis 0,125 mm.
* Die Wirkungen der Hitzekorrosion wurden wie in Beispiel I bestimmt, indem man den durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug einem Dieselbrennstoff aussetzte, der 1 Gew.% Schwefel und 467 ppm Seesalz bei der Brennertemperatur enthielt und man die Testkörper 3 bis 5mal pro Woche durch Abkühlen auf Zimmertemperatur einem thermischen Zyklus unterwarf.
Nach dem Abriebsmahlverfahren der Beispiele I und II wurden auch noch die folgenden Legierungspulver hergestellt :
Co-32Cr-3Al
Co-29Cr-6Al
Co-29Cr-6Al-0,1C
Co-39Cr-6Al-0,1C
Ni-20Cr-5Al-0,1Y-0,1C
Ni-20Cr-1OAl-O,1Y-O,1C
Ni-35Cr-1Al
Diese Pulver hatten allgemein die Morphologie der in Figur I gezeigten Legierung, und sie konnten analog den in den Beispielen I und II beschriebenen Legierungszusammensetzungen durch Flammspritzen auf Superlegierungen aufgebracht werden und ergaben oxidations- und korrosionsbeständige Überzüge.
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Claims (1)

  1. 280101S
    Patentansprüche
    1. Gegenstand aus einem Superlegierungskörper mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver.
    2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Superlegierung eine auf Nickel- oder Kobaltgrundla ge ist.
    3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver Dispersoid-Teilchen oder in der Hitze schmelzbare Legierungsbestandteile enthält.
    4. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver im wesentlichen aus Chrom und mindestens einem Element aus Eisen, Kobalt oder Nickel besteht.
    5. Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Aluminium enthält.
    6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver ein dispersionshärtendes Dispersoid im Submikronbereich enthält.
    7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Dispersoid in einer Menge von 0,5 bis 5 Volumenprozent vorhanden ist.
    809829/0790
    8. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß zumindest ein Pulverbestandteil einen Schmelzpunkt von mehr als 4250C hat.
    9. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersoid A1?O,, ThO? oder Y^O, ist.
    10. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem einen Aluminium-Decküberzug aufweist.
    11. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Überzugspulver Co-32Cr-3Al enthält und die Superlegierung IN-738 ist.
    12. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver Co-29Cr-6Al-1Y enthält und die Superlegierung IN-738 ist.
    13. Verfahren zum Verbessern der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit eines Superlegierungskörpers bei hoher Temperatur,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man den Superlegierungskörper mit einem ersten Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver durch Flammspritzen versieht.
    14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
    daß man den überzogenen Superlegierungskörper noch mit einem Decküberzug durch Aluminisieren versieht.
    809829/0790
    15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Superlegierung eine solche auf Nickel- oder Kobaltbasis ist.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver im wesentlichen aus Chrom und mindestens einem Element aus Eisen, Kobalt oder Nickel besteht.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Aluminium enthält.
    Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Pulver ein dispersionsverstärkendes Dispersoid im Submikronbereich enthält.
    19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Dispersoid in einer Menge von 0,5 bis 5 Volumenprozent vorhanden ist.
    «09829/0790
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