DE2805370A1

DE2805370A1 - Alitierschicht fuer innenbohrungen in turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE2805370A1
Application number: DE19782805370
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Chem Brennfleck; Erich Prof Dr Fitzer; Dietrich Dr Kehr; Heinz-Joachim Dipl Che Maeurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1979-08-23

Description

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezeichnung der Erfindung: "Alitierschicht für Innenbohrungen in Turbinenschaufeln" Es ist seit Jahren Stand der Technik und mehrfach in wissenschaftlichen Abhandlungen und Patenten beschrieben, daß Alitierschichten zwecks besserer Verankerung möglichst den Charakter einer Diffusionsschicht aufweisen sollen. Es sind viele Verfahren beschrieben, so z.B. die Packzementation oder aber die Slurry-Verfahren oder aber die Gasphasenabscheidung, welche alle bei höherer Temperatur ablaufen und notwendigerweise derartige Diffusionsschichten hervorbringen.
Auch für die Innenalitierung von Turbinenschaufeln, d.h. der Aufbringung von Schutzschichten in den Kühlkanalbohrungen, hat man aus diesem Grunde ähnliche Diffusionsverfahren angewendet indem man einfach Packzementationsgemische in die Bohrungen schüttet und nach der Diffusionsglühbehandlung den Uberschuß an Zementationsmittel wieder herauslöst.
Überraschenderweise ist nun gefunden worden,daß sich für die Innenalitierung in Kühlkanälen reine Aluminiumlegierungsschichten ohne dazwischenliegender Diffusionszone bei Inbetriebnahme viel besser bewähren. Wohl wird sich im Laufe der Oxidationsbehandlung im Gebrauch eine Diffusionsschicht zwischen der Außenschicht und dem Basismaterialausbilden, Das wesentliche ist jedoch, daß diese Diffusionsschicht unter Bedingungen ausgebildet wird, die in oxidierender Atmosphäre ablaufen, nämlich beim Gebrauch und nicht bei der Herstellung in Schutzgas oder chlorierender - oder Inert-Gasatmospäre. Eine Erklärung dieses Effektes kann noch nicht gegeben werden. Vermutlich hängt es damit zusammen, daß die hochaluminiumhaltige Schicht bei konkavgewölbter Oberfläche besonders gute Haftfestigkeit und einen besonders sicheren Oxidationsschutz gewährleistet.
Bei alle den früheren Alitierungsverfahren und Anwendungen handelt es sich meistens um plane oder konvexgekrümmte Oberflächen.
Dabei liegen die Verhältnisse unterschiedlich, weil wahrscheinlich der Diffusionsausgleich bei Gebrauch zwischen der hochaluminiumhaltigen Deckschicht und dem Basismaterial zu asymmetrischer Diffusion und damit Rissigkeit der konvexen Oberfläche führen kann.
Zusätzlich zu diesem Effekt der guten Haftfestigkeit und damit bleibender Schutzwirkung hochaluminiumhaltiger Schutzschichten wird im Anfangsstadium die hohe chemische Aluminiumaktivität und damit die bevorzugte chemische Schutzwirkung durch das Aluminium besser ausgenutzt als in üblichen, durch Diffusion verdünnten Alitierschichten. Es ist von anderen zunderbeständigen Legierungen bekannt, daß die primäre Ausbildung der Oxiddeckschicht von besonderer Wichtigkeit ist. Man spricht vom Formieren der Schutzschicht. Die Formierung der Schutzschicht wird im vorliegenden Fall mit der höchstaluminiumhaltigen Legierung erfolgen und nicht wie bei allen Alitier- und Zunderschutzverfahren mit bereits stark an Aluminiumgehalt verdünnter Deckschicht. Damit hängt offensichtlich die ausgezeichnete Langzeitzunderschutzwirkung und Haftfestigkeit der Al2 03 -haltigen Zunderschutzdeckschicht zusammen.
Die erfindungsgemäßen Deckschichten in Innenbohrungen können nun vorteilhafterweise über das Aluminiumsubchloridverfahren hergestellt werden.
Anwendungsbeispiel Die Innenbeschichtung der Turbinenschaufeln erfolgt in einer geschlossenen Quarzapparatur mit Gas zuleitungen und einer Ableitung zu einer Vakuumpumpe.
Die Apparatur besten im weselltlichell aus 2 Teilen: Im Verdampferteil wird AlCl3 auf Temperaturen zwischen 130 - 160°C erhitzt und damit über den Dampfdruck das gewünschte AlC13 ( Al-) -Angebot eingestellt. Das dampfförmige AlC13 wird durch einen H2-Strom in den eigentlichen Abscheidungsreaktor eingespeist.
Dieser Reaktorteil besteht aus einem von außen beheizten Rohrreaktor, der ein vorgegebenes Temperaturprofil aufweist. Die heißeste Stelle des Reaktors (1000°C) befindet sich in der Mitte des Rohres; hier erfolgt die Subhalogenidbildung, indem der AlC13-Dampf über ein Gefäß mit schmelzflüssigem Aluminium geleitet wird (AlCl3 + Al = Al(Cl) x = 1,2). Das gebildete Subchlorid wird im kälteren Ende des Reaktors zu der Turbinenschaufel geführt, die in einer speziellen Halterung befestigt ist, die es ermöglicht, den Gasstrom durch die Kühlkanäle zu leiten. Diese Kühlbohrungen haben einen Durchmesser von 0,8-2 mm und eine Länge von ca. 12 cm. Bei den in den Kühlkanälen herrschenden Temperaturen von 700-850°C disproportioniert das Subchlorid unter Bildung von Al und A1C13, wobei das abgeschiedene Al die Aluminiumschicht bildet. Zur Vermeidung eines Abscheidungsprofiles in den Kühlkanälen erfolgt die Disproportionierung am Anfang der Kanäle bei höheren Temperaturen (850°C) als am Ende (7000). Unter den angegebenen Bedingungen erhält man Bildungsgeschwindigkeiten der Aluminid-Phase von 50u/h. Bei Arbeiten unter vermindertem Druck (20 torr) läßt sich die Aluminidbildung auf 100 ,u/h steigern.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Alitierschicht in Innenbohrungen von Turbinenschaufeln dadurch gekennzeichnet, daß diese vor Inbetriebnahme aus einer Aluminidschicht besteht und keine Diffusionsschicht zwischen der Außenschicht und dem Basismaterial vorliegt.
2. Verfahren zur Herstellung einer derartigen Alitierschicht dadurch gekennzeichnet, daß die Gasphasenabscheidung über Subhalogenverbindungen erfolgt.
3. Verfahren nach 1. dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumsubchlorid zur Anwendung gelangt.
4. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung unterhalb 9000C vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 700-850°C erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Subhalogenverbindungen durch Reaktion der Trihalogenide mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen bei Temperaturen oberhalb 900°C gebildet werden.
6.- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Subhalogenidbildung innerhalb des Abscheidungsreaktors erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Subhalogenidzersetzung im Wasserstoffstrom in einem Temperaturgradienten erfolgt, welcher in Strömungsrichtung fallende Temperaturen aufweist.