DE2840681A1

DE2840681A1 - Oxydationsbestaendiges, poroeses, nicht abriebfestes verschlussteil fuer die verwendung bei hohen temperaturen

Info

Publication number: DE2840681A1
Application number: DE19782840681
Authority: DE
Inventors: Raymond Vincent Sara
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1978-09-19
Publication date: 1979-03-29
Also published as: BE870631A; JPS5454916A; JPS6223062B2; FR2403858A1; US4155755A; FR2403858B1; GB2006271A; CA1097102A; DE2840681C2; JPS61143532A; JPS6132379B2; GB2006271B

Description

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18. September 1978 Gzm/Ro

UNION CARBIDE CORPORATION«, 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, U. S. A.

Oxydationsbeständiges, poröses, nicht abriebfestes Verschlußteil für die Verwendung bei hohen Temperaturen

Die vorliegende Erfindung betrifft poröse, nicht abriebfeste (abradable), gesinterte Metallstrukturen, wie sie für nicht abriebfeste (abradable) Verschlüsse für Düsenflugzeugmaschinen verwendet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere Verbesserungen derartiger Strukturen, um sie oxydationsbeständiger zu machen und daher geeigneter für die Verwendung bei hohen T emp e ra tur en.

Poröse, nicht abx-iebfeste (abradable), gesinterte Metallstruktur.en derartiger Legierungen wie Nickel und Chrom wurden erfolgreich in Kompressorabteilungen von Turbinenmaschinen verwendet, wo Temperaturen von 65O⁰C bis 870⁰C bestehen. Bei höheren Betriebstemperaturen jedoch, wie sie in Gebieten hoher Temperatur von Düsenflugzeugmaschinen angetroffen werden, bestehen drastische Oxydationsbedingungen, welche eine Korrosion und Erosion dieser konventionallen, porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstrukturen verursachen, wobei diese abplatzen und zerfallen. Verschiedene Versuche wurden unternommen, um derartige Strukturen auch bei hohen Temperaturen zu verwenden, es wurden auch Glas verwendet oder keramische Stoffe, um zu füllen und die Metalloberflächen zu beschichten. Derartige Bemühungen erwiesen sich jedoch nicht

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vollständig zufriedenstellend, denn die Eigenschaft, nicht abriebfest zu sein, wurde vermindert, ohne daß die erforderliche Lebensdauer in einer Umgebung hoher Temperatur erreicht wurde.

Es ist bekannt, daß Nickelchromlegierungen und die meisten Superlegierungen dadurch oxydationsbeständiger gemacht werden können, daß sie mit Aluminium legiert werden. Technologische Probleme jedoch, die mit dem Sintern von vorlegierten, aluminiumhaltigen Legierungen zusammenhängen, verhinderten jedoch bisher die Herstellung von geeigneten aluminiumhaltigen, porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstrukturen. Ein Aspekt der Schwierigkeiten betrifft einen stabilen Al₀O, Oxydfilm, der sich auf der Oberfläche der aluminiumhaltigen Teilchen bildet, wodurch die Diffusion verhindert wird, die für den Sinterungsprozeß wesentlich ist. Es ist jedoch dieser Oxydfilm, der eine aluminiumhaltige Legierung oxydationsbeständiger macht, wenn das Aluminium einmal in die Metallstruktur eingeführt ist.

Es wurdainun praktische Verfahren gefunden, um Aluminium in poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstrukturen einzuführen, die aus einer auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierung hergestellt werden. Dazu wird eine aluminiumhaltige intermetallische Verbindung verwendet, die thermisch mit der Basislegierung zur Reaktion gebracht werden kann, um eine aluminiumhaltige Legierung zu erhalten. Indem genügend Alumini\im zugefügt wird, um eine Aluminiumlegierung zu bilden, die aus den Beta- und Gammaphasen in der gesamten porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstruktur besteht, ist es möglich, eine hohe Oxydationswiderstandsfähigkeit zu erhalten, da das

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diffundierte Aluminium "beim Kontakt mit der Luft einen oxydationsbeständigen Oberflächenfilm bildet, der vorwiegend aus Al₀O₇ besteht. Die Bildung und die Diffusionsverteilung des Aluminiums muß erreicht werden, ohne die Porösität oder die Nicht-Abriebfestigkeit der Basisstruktur zu zerstören.

Es ist wichtig, daß die Basislegierung und eine ausreichende Menge der intermetallischen Verbindung thermisch bei einer Temperatur miteinander in Reaktion gebracht werden, welche sicherstellt, daß die daraus resultierende aluminiuinhaltige Verbindung die Gamma- und Betaphasen enthält. Das Gammaphasenmaterial ist eine flächenzentrierte kubische nickel- oder kobaltreiche feste Lösung und die Betaphase ist eine raumzentrierte kubische feste Lösung, welche ungefähr gleiche Mengen Aluminium und Kobalt oder Nickel enthält.

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Figur i em ternäres Phasendiagramm des Nickelchrom-Aluminium-Legierungssystems bei il50°C.

Figur 2 ist eine graphische Darstellung des Oxydationswiderstandes einer Nickelehrom-Legierung, die mit verschiedenen Prozentsätzen einer Al.Cr intermetallischen Verbindung zur Reaktion gebracht wurde.

Figur 3 ist eine graphische Darstellung des Oxydationswiderstandes einer Nickelehrom-Legierung, die mit verschiedenen Prozentsätzen einer Al„Ti intermetallischen Verbindung zur Reaktion gebracht wurde.

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In Figur 1 ist das erwünschte Gamma- und Betaphasengebiet der Nickelchrom-Aluminium-Legierung als schraffierte Fläche eingezeichnet. Es wird die Linie gezeigt, welche die Vereinigung des bevorzugten Legierungsmetalls für die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur anzeigt, welche durch die thermische Reaktion von Al.Cr mit einer 80$ Nickel 20$ Chrombasislegierung gebildet wird; man sieht, daß die Linie das Gebiet der Beta- und Gammaphasen kreuzt.

Die graphische Darstellung der Figur 2 wurde dadurch erhalten, daß die Gewichtsänderung infolge Oxydation von Proben der porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstrukturlegierungen aufgetragen werden; diese werden gebildet durch die Reaktion verschiedener Mengen von Al.Cr mit einer 80% Nickel und 20$ Chrom enthaltenden Basislegierung. Die Betaphase wurde unter Verwendung des .Verfahrens des Beispiels 1 erhalten. Das Al.Cr intermetallische Pulver, das eine Teilchengröße von weniger als 30 Mikron hatte, wurde Isopropylalkohol zugefügt, und zwar im Verhältnis ein Gramm Pulver auf 10 cm Alkohol. Die Prüfproben der porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstruktur waren von einem porösen, nicht gewebten Plastikfabrikat bedeckt, sie wurden kurz in eine Aufschlemmung des intermetallischen Pulvers in Alkohol eingetaucht, die heftig gerührt wurde; sie wurden dann entfernt und bei 80⁰C getrocknet. Diese Folge der Verfahrensschritte wurde wiederholt, bis die erwünschte Menge der intermetallischen Verbindung in die gesinterte Metallbasisstruktur eingeführt war. Die Proben wurden dann auf Temperaturen von 1150⁰C, 1200⁰C und 1250⁰C vier Stunden lang in einer gereinigten Heliumatmosphäre erhitzt, um das intermetallische Pulver mit der gesinterten Metallbasislegierung thermisch zur Reaktion zu bringen und um die poröse, nicht

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abriebfeste, gesinterte Metallstrukturlegierung zu bilden.

Jede Testprobe wurde dann in Luft 120 Stunden lang erhitzt, und zwar bei einer Temperatur von 1038⁰C. Die Resultate sind als zwei Kurven in Figur 2 aufgetragen. Die niedrigere Kurve (a) bezieht sich auf Proben, die bei 125O⁰C umgesetzt wurden und liegt oberhalb der Solidustemperatur. Die Kurve (b/o), die mit Hilfe der Daten für Proben aufgestellt wurde, die thermisch bei 1150°C (b) und 1200⁰C (c) zur Reaktion gebracht wurden, liegt unterhalb der Solidustemperatur. Man erkennt, daß das beschränkte Schmelzen bei 1250⁰C den Oxydationswiderstand verbessert. Legierungskompositionen mit mehr als ungefähr 10 Gew.-fo Al.Cr sind vorwiegend zwei Phasen, nämlich Gamma und Beta und diese sind am meisten osydationsbeständig.

Die graphische Darstellung der Figur 3 wurde nach Verfahren erhalten, die denen ähnlich sind, die verwendet wurden, um die graphische Darstellung der Figur 2 aufzutragen. Die Basislegierung war ebenfalls 80% Nickel und 20% Chrom und die zugesetzte intermetallische Verbindung war Al-Ti. Das Al-Ti-Pulver wurde Isopropylalkohol im Verhältnis 1 Gramm auf 10 ciir zugesetzt und nach Eintauchen und Trocknen wurden die Proben bei 1100⁰C, 1150⁰C und 1200°C vier Stunden lang in gereinigtem Helium erhitzt. Die Kurve (a) wurde aus den Daten für die 1200°C-Proben abgeleitet und die Kurve (b/c) aus den HOO⁰C (b)- und den 1150⁰C (c)-Proben, und zwar nachdem alle in Luft bei 1038⁰C 120 Stunden lang erhitzt worden waren. Aus der mikroskopischen Prüfung ergibt sich, daß sich eine flüssige Phase bei den höchsten Temperaturen bildete. Eine Probe, die mit 13 Gew.-% Al-Ti durchdrungen war und anschließend auf

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1200°C erhitzt worden war, wurde einem 500 Stunden dauernden Oxydationstest unterworfen. Ein Gewichtszunahme von weniger als 6% wurde für dieses poröse Material beobachtet, was den guten Oxydationswiderstand beweist.

Die Basislegierung für die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur kann Nickelchrom oder Kobaltchrom oder deren Mischung sein. Der Nickelgehalt kann von nahe 100 Gew.-$> bis herab zu ungefähr 50 Gew.-% reichen.

Die intermetallische Verbindung, die zugesetzt wird, um Aluminium in die Struktur hineinzubringen und um die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur-Legierung zu bilden, ist eine Verbindung von Aluminium mit Chrom, Titan, Kobalt oder Nickel, oder eine Mischung von zwei oder mehrerer derartige!· Verbindungen. Zu den geeigneten Verbindungen gehören Al₇Cr, Al..Cr₂, Al₂Cr, Al₃Cr, Al₉Cr₄, Al₈Cr₅, AlCr₂, Al₃Ti, AlTi, Al₉Co₂, Al₁₃Co₄, Al₅Co₂, AlCo, Al₃Ni, Al₃Ni₂ und AlNi. Die Menge der intermetallischen Verbindung, die zugesetzt wird, sollte wenigstens 7 Gew.-fo der BasLslegierung ausmachen. Die größtmögliche Menge der intermetallischen Verbindung, die wirksam verwendet werden kann, hängt von der besonderen Verbindung ab, aber im allgemeinen sind ungefähr lh Gew.-r$ recht wirkungsvoll. Bei dem bevorzugten Verfahren, einen vorhandenen porösen, nicht abriebfesten Verschluß zu behandeln, um eine intermetallische Verbindung hinzuzufügen, wird die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur kurz in eine Suspension des intermetallischen Pulvers in ein wasserfreies organisches Fluid eingetaucht. Die Teilchen des intermetallischen Pulvers müssen klein

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genug sein, um in die Poren der porösen, nicht abriebfesten gesinterten Metallstruktur einzudringen. Eine Pulvergröße unterhalb 50 Mikron sollte verwendet werden. Einzelne Teilchen so klein wie ein oder zwei Mikron können verwendet werden und kleinere Größen werden bevorzugt. Zu den geeigneten Flüssigkeiten gehören Isopropylalkohol, Benzol, Azeton, Methylalkohol, Äthylalkohol und dergleichen. Geeignet ist eine Sus-

pension von 0,25 bis 3 Gramm des Pulvers in 10 cm des Lösungsmittels und es wurde gefunden, daß ungefähr 1 Gramm pro iO cm" besonders wirksam ist. Falls erwünscht, kann ein poröses, nicht gewebtes Plastikfabrikat um die Struktur während des Eintauchens gehüllt werden, um die Gleichförmigkeit der Verteilung des Pulvers zu verbessern. Um die Gleichförmigkeit zu verbessern, kann auch die Struktur während des Trocknens langsam gedreht werden. Das Eintauchen und das Trocknen wird so oft wie benötigt wiederholt, um den in der Struktur erwünschten Prozentgehalt an intermetallischer Verbindung zu erreichen.

Dann ist das Erwärmen notwendig, um die intermetallische Verbindung mit der Basislegierung zu legieren und um die Strukturlegierung zu bilden. Eine Temperatur von ungefähr 1050 C ist erforderlich und eine Temperatur von ungefähr 1150 C wird bevorzugt. Die Zeit, die für die thermische Reaktion erforderlich ist, nimmt bei höheren Temperaturen ab, aber ein Minimum von wenigstens 15 Minuten ist erforderlich. Eine Zeit von wenigstens i bis 2 Stunden wird bevorzugt.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung der oxydationsbeständigen, porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstruktur besteht darin, daß lose Teilchen der Basismetall-Legierung von Chrom

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und Nickel oder Kobalt mit wesentlich kleineren Teilchen des intermetallischen Pulvers vermischt werden. Die Pulverteilchen der intermetallischen Verbindung haben vorzugsweise nicht mehr als i/30 der Größe, bezogen auf ein individuelles Teilchenvolumen der Teilchen der Basislegierung. Es ist wichtig, die Teilchen so weitgehend zu vermischen, daß die Teilchen der pulverförmigen intermetallischen Verbindung über die Oberfläche des größeren Pulvers der Basislegierung verteilt sind und in die Oberfläche eingebettet sind. Dies verhindert eine Trennung durch die Größe während der nachfolgenden Bildung der Mischung zu der erwünschten Gestalt vor dem Sintern.

Reaktionssintern bei Temperaturen von wenigstens i050°C in

/ein einer inerten Atmosphäre wie Argon oder'Vakuum wird verwendet, um die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstrukturlegierung zu bilden. Eine etwas höhere Temperatur wie 1200⁰C wird bevorzugt. Die vorliegenden Beispiele erläutern die Erfindung, schränken sie aber nicht ein.

BEISPIEL I

Das Ausgangsmaterial war die poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur einer Basislegierung bestehend aus 80 Gew.-% Nickel und 20 Gew.-% Chrom; die Abmessungen betrugen 8,9 cm χ i,9 cm χ 0,3 cm. Diese Struktur wurde hergestellt entsprechend dem in dem US-Patent h 049 428 beschriebenen Verfahren. Die Struktur wurde in ein poröses, nicht gewebtes Plastikfabrikat eingehüllt, um die Gleichförmigkeit der Pulververteilung zu verbessern; der eingehüllte Block wurde dann eine Minute lang in eine gerührte Aufsohlemmungssuspension eingetaucht, die aus

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180 Gramm Al.Cr-Pulver der Größe von weniger als 30 Mikron in 1800 cnr Isopropylalkohol bestand. Die Struktur wurde entfernt und dadurch getrocknet, daß sie 15 Minuten lang hei drei Umdrehungen pro Minute in einem Ofen getrocknet wurde, der hei einer Temperatur von 70⁰C gehalten wurde. Die Gewichtszunahme an Al.Cr-Pulver als ein Resultat des Eintauchens betrug 1 Gew.-%. Die Verfahrensschritte des Eintauchens und des Trocknens wurden dann wiederholt, wobei jedesmal zusätzlich 1 Gew.-% aufgenommen wurde. Die Verfahrenssehritte wurden wiederholt, bis die Struktur insgesamt Ik Gew.-% aufgenommen hatte, was der ungefähren Sättigungsgrenze für diesen Legierungstyp entspricht.

Die Struktur, die zusätzlich 14 Gew.-$ Al.Cr enthielt, wurde dann k Stunden lang bei einer Temperatur von 1200⁰C in gereinigtem Helium erhitzt. Die anschließende Prüfung der MikroStruktur zeigte, daß die Diffusion des Al^Cr in die Teilchen der Basislegierungsstruktur vollständig war und daß eine Zweiphasenstruktur (Gamma und Beta) gebildet wurde. Die Betaphase herrschte am Rand der meisten Teilchen vor. Aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen ergab sich, daß die Elemente in den zwei Phasen homogen verteilt waren. Es ergab sich auch, daß die Aluminiumkonzentration in der Betaphase größer war als in der Gammaphase, während die Chromkonzentration größer war in der Gammaphasej die Nickelkonzentration war in beiden Phasen im wesentlichen dieselbe.

Eine Kontrollprobe der Nickel- und Chrombasis-Legierungsstruktur wurde bei einer konstanten Temperatur von 1038⁰C 120 Stunden lang in Luft erhitzt; man fand, daß eine Gewichtszunahme von 32$ erfolgte. Diese Gewichtszunahme der Kontrollprobe der Basislegierung zeigt die vollständige Umwandlung des Nickels und des Chroms in ihre entsprechenden Oxyde NiO und Cr₂O-. Eine Probe des Struktur-

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legierungsmaterials gemäß diesem Beispiel mit 14 Gew.-# aufgenommenem Al^Cr wurde in derselben Weise wie die Kontrollprobe erhitzt und man fand, daß die Gewichtszunahme nur 5>1$ betrug. Dies zeigt, daß der Zusatz an Aluminium die Oxydationsgeeehwindigkeit der Basis Nickelchrom-Legierung signifikant verringerte, da die Gewichtszunahme beim Erhitzen unter diesen Bedingungen ein Verfahren ist, um das Ausmaß der Oxydation derartiger Materialien zu bestimmen.

BEISPIEL II

Das Ausgangsmaterial war eine poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur einer Basislegierung bestehend aus 80 Gew.-# Nickel und 20 Gew.-# Chrom; die Abmessungen betrugen 8,2 cm χ i,8 cm χ 0,4 cm. Dieses Material wurde entsprechend dem in der US-Patentschrift 4 049 428 beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Struktur wurde in ein poröses, nicht gewebtes Plastikfabrikat eingehüllt, um die Gleichförmigkeit der Pulververteilung zu verbessern; die eingehüllte Struktur wurde dann i Minute lang in eine gerührte Aufschlemmungssuspension getaucht, die aus Al-Ti-Pulver (Größe kleiner als 30 Mikron) in 1000 cm Isopropylalkohol bestand. Die Struktur wurde entfernt und dadurch getrocknet, daß sie bei 3 Umdrehungen pro Minute 15 Minuten lang vor einem offenen Ofen rotiert wurde, der bei einer Temperatur von 400⁰C gehalten wurde. Die Gewichtszunahme der Struktur als eine Folge des Eintauchens betrug ungefähr 2%. Die Verfahrensschritte des Eintauchens und des Trocknens wurden dann zusätzlich 6 mal wiederholt, bis eine Gesamtmenge an Al-Tl entsprechend 12,9 Gew.-# der Struktur In die Nickelchrombasis-Legierungsstruktur eingeführt worden war.

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Das aufliegende Al_Ti-Pulver wurde dann thermisch in die Teilchen der Ausgangsnickelchrom-Basislegierung diffundiert, und zwar durch Erhitzen hei einer Temperatur von 1200⁰C in einer gereinigten Heliumatmosphäre für 3,5 Stunden. Zwei Phasen (Gamma und Beta) wurden in der Struktur durch mikroskopische Überprüfung festgestellt. Bei der Verarbeitungstemperatür entwickelte sich etwas Flüssigkeit. Die Untersuchung mit Hilfe der Elektronenmikrosonde zeigte, daß die Verteilung der Elemente gleichförmig war, aber der Nickel- und Chromgehalt war in der Gammaphase höher als in der Betaphase. Aluminium- und Titankonzentrationen waren höher in der Betaphase als in der Gammaphase.

Eine Kontrollprobe der als Ausgangsmaterial dienenden Nickelchrombasis-Legierung wurde bei einer konstanten Temperatur von 1038⁰C 120 Stunden lang in Luft erhitzt; eine Gewichtszunahme von 32$ wurde festgestellt. Diese Gewichtszunahme der Kontrollprobe zeigt eine vollständige Umwandlung des Nickels und des Chroms in ihre entsprechenden Oxyde NiO und QyJS-* . Das Strukturlegierungsmaterial, das als Beispiel dient, wurde in Luft bei konstanter Temperatur von 1038⁰C iOO Stunden lang erhitzt} die Gewichtszunähme betrug 2,6$. Nachdem zusätzlich 400 Stunden lang erhitzt worden war, erhöhte sich die Gewichtszunahme auf insgesamt 5»7$. Dies zeigt, daß der Zusatz von Aluminium die Oxydationsgeschwindigkeit der Nickelchrombasislegierung signifikant verringert, zumal da die Gewichtszunahme beim Erhitzen unter diesen Bedingungen ein Verfahren ist, um das Ausmaß der Oxydation derartiger Materialien zu bestimmen. Der dünne Oxydfilm auf den Metallteilchen der Strukturlegierung, der wirksam die Oxydationsgeschwindigkeit verringerte, besteht vor-

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wiegend aus AIgO-, wobei Cr₂O,. und TiO₂ in geringeren Mengen anwesend sind. Die Analyse zeigt, daß weniger als die Hälfte des Aluminiumgehalts nach Ablauf der 500 Stunden in das Oxyd umgewandelt worden war.

BEISPIEL III

Zu einem losen Pulver der Nickelchrombasis-Legierung wurden 15 Gew.-% Al-Cr-Pulver gegeben; die Mischung wurde vor Durchführung der Reaktionssinterung gut vermischt. Die Nickelchrombasis-Legierung bestand aus Teilchen der Maschengröße 150/250 mesh und die Al-Cr-Teilchen hatten eine Maschengröße von weniger als 400 mesh. Eine Büchse mit dem Pulver und eine Kette kleiner Länge wurden wenigstens 2h Stunden lang vermischt, und zwar unter Rollen. Die kleinen harten intermetallischen Al-Cr-Teilchen wurden in die weichere Oberfläche der Basislegierungsteilchen eingebettet und zwar als Resultat dieser Art des Mischens. Eine Trennung infolge verschiedener Teilchengrößen wurde durch diese Art des Vermischens wirksam verhindert. Die Mischung wurde in die Einbuchtung eines Bilderrahmens gegossen (Abmessungen 3,75 cm χ 7,5 cm χ 0,25 cm). Überschüssiges Pulver auf der freigelegten Oberfläche wurde mit einem einzigen Schlag einer flachen Metallscheibe entfernt. Drei verschiedene Proben wurden dem Vorgang der Reaktionssinterung unterworfen, und zwar bei einer Temperatur von 1225°C in purem Argon, und zwar 1, 2 und k Stunden, um die Strukturlegierung aus Nickel, Chrom und Aluminium herzustellen.

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Diese Proben schrumpften um 2 Ms 3$, je nach der Richtung. Die Schüttdichte betrug ungefähr 3 g pro cnr, das einer Porösität von 57$ entspricht. Die durchschnittliche Zugfestigkeit jeder Probe betrug 62i, 1429 und 2167 Pfund pro Quadratzoll für die drei Proben, die eine, zwei und vier Stunden lang gesintert worden waren. Es wurde auch ein Test bezüglich der Nicht-Abriebfestigkeit durchgeführt; dieser bestand darin, daß ein rotierender Metallflügel gegeä die Probe gepreßt wurde, um den rotierenden Turbinenflügel einer Düsenmaschine zu simulieren. Die beiden Proben mit den niedrigsten Zugfestigkeiten wurden als gut-und die Probe mit der hohen Zugfestigkeit wurde als durchschnittlich bezüglich der Nicht-Abriebfestigkeit beurteilt. Die zuletzt genannte Probe unterschied sich von den zwei ersten dadurch, daß sich ein leichtes Schmieren auf der Oberfläche entwickelte, nachdem sie mit einer rotierenden Messerkante in Wechselwirkung getreten war.

Eine Probe, die wie oben beschrieben hergestellt wurde und i5 Gew.-$ Al„Cr-Pulver enthielt, wurde der Nickelchrombasis-Legierung (pulverförmig) zugesetzt; Proben mit 8,25 und i2,0 und 18,0 Gew.-$ Al₇Cr wurden der Reaktionssinterung unterworfen, und zwar in einer Atmosphäre aus reinem Argon für eine Stunde bei einer Temperatur von ±225°C, um die Strukturlegierungen zu bilden. Alle vier Proben der Strukturlegierung wurden in Luft bei einer Temperatur von iO38°C 120 Stunden lang erhitzt, wobei die Gewichtszunahme 18,7$ betrug für die Probe mit 8,25$ Al-Cr; die Gewichtszunahme betrug 7,8$ für die Probe mit 12,0$ Al₇Cr und 5,8$ für die Probe mit 18,0$ Al-Cr. Eine Kontrollprobe

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aus dem Pulver der Nickelchrombasis-Legierung wurde auf ähnliehe Weise erhitzt und gesintert, wobei eine Gewichtszunahme von 32$ eintrat. Die Strukturl egi erung mit 15 Gew.-fe Al„Cr, welche die niedrigste Oxydationsgeschwindigkeit hatte, war ein gutes, nicht abriebfestes Material, wie durch dieses Beispiel gezeigt wird.

Poröse, nicht abriebfeste gesinterte Metallstrukturen, die sich als nicht abriebfeste Verschlüsse eignen, werden gegen Oxydation widerstandsfähig gemacht, so daß sie sich für die Verwendung bei hohen Temperaturen eignen; die Oxydationswiderstandsfähigkeit wird dadurch erzielt, daß in die poröse Struktur eine internetallische Verbindung des Aluminums mit einem der Elemente Chrom, Titan, Kobalt und Nickel eingeführt wird; diese Verbindung wird dann mit den porösen Metallstrukturen thermisch zur Reaktion gebracht, um eine Aluminiumlegierung in der Struktur zu bilden.

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Claims

Patentansprüche

1. Eine poröse, nicht abriebfeste (abradable), oxydationsbeständige, gesinterte Metallstruktur, die sich für die Verwendung bei Temperaturen bis zu i050°C eignet, ohne daß sie ihre Zugfestigkeitsporösität oder Nicht-Abriebfestigkeit (abradability) verliert, gekennzeichnet durch Teilchen einer Basislegierung von Chrom mit Nickel oder Kobalt, die mit wenigstens einer intermetallischen Verbindung von Aluminium und einem Element thermisch zur Reaktion gebracht worden ist, das ausgewählt worden ist aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Titan, Kobalt und Nickel, wodurch eine Struktur-.legierung aus Aluminium und Chrom gebildet ist, und zwar weiterhin mit wenigstens einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Titan, wobei die Strukturlegierung im wesentlichen aus Beta und Gammaphasen besteht.

2. Eine Metallstruktur entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr wenigstens 7 Gew.-^ der intermetallischen Verbindung zugesetzt worden sind.

3. Eine Metallsturktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr ungefähr Ik Gew.-^ der intermetallischen Verbindung zugesetzt worden sind.

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4. Eine Metallstruktur nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Basislegierung aus Nickel und Chrom "besteht.

5. Eine Metallstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Verbindung auögewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Al-Cr, Al^Cr₂, Al-Cr, Al-Cr, Al-Cr^, Al₈Cr₅, AlCr₂, Al₃Ti, AlTi, Al₉Co₂, Al₁₃CO₄, Al₅Co₂, AlCo, Al₃Ni, Al Ni₂ und AlNi.

6. Eine poröse, nicht abriebfeste, oxydationsbeständige, gesinterte Metallstruktur, die sich für die Verwendung bei Temperaturen bis zu 105O⁰C eignet, ohne daß sie ihre Eigenschaften der Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit verliert, gekennzeichnet durch Teilchen einer Basislegierung bestehend aus 80 Gew,-$ Nickel und ungefähr 20 Gew.-^ Chrom, die mit der intermetallischen Verbindung Al.Cr thermisch zur Reaktion gebracht wurden, wodurch eine Strukturlegierung aus Aluminium, Chrom und Nickel gebildet worden ist, die im wesentlichen vollständig aus Beta- und Gammaphasen besteht.

7. Eine poröse, nicht abriebfeste, oxydationsbeständige, gesinterte Metallstruktur, die sich für die Verwendung bei Temperaturen bis zu 1050⁰C eignet, ohne daß sie ihre Eigenschaften der Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit verliert, gekennzeichnet durch Teilchen einer Basislegierung aus ungefähr 80 Gew.-% Nickel und ungefähr 20% Chrom, die mit der intermetallischen Verbindung Al-Cr thermisch umgesetzt wurde'n, wodurch eine Strukturlegierung aus Aluminium, Chrom und Nickel gebildet worden ist/im wesentlichen vollständig aus Beta- und Gammaphasen besteht.

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8, Eine poröse, nicht abriebfeste, oxydationsbeständige, gesinterte Metallstruktur, die sich für die Verwendung bei Temperaturen bis zu i050°C eignet, ohne daß sie ihre Eigenschaften der Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit verliert, gekennzeichnet durch Teilchen einer Basislegierung aus ungefähr 80 Gew.-% Nickel und ungefähr 20$ Chrom, die mit der intermetallischen Verbindung Al^Cr^ thermisch umgesetzt worden sind, wodurch eine Strukturlegierung aus Aluminium, Chrom und Nickel gebildet worden ist, die im wesentlichen vollständig aus Beta- und Gammaphasen besteht.

9. Eine poröse, nicht abriebfeste, oxydationsbeständige, gesinterte Metallstruktur, die sich für die Verwendung bei Temperaturen bis i050°C eignet, ohne daß sie ihre Eigenschaften der Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit verliert, gekennzeichnet durch Teilchen einer Basislegierung aus ungefähr 80 Gew.-% Nickel und ungefähr 20 Gew.-% Chrom, die mit der intermetallischen Verbindung Al-Ti thermisch umgesetzt worden sind, wodurch eine Strukturlegierung aus Aluminium, Chrom, Titan und Nickel gebildet worden ist, die im wesentlichen vollständig aus Beta- und Gammaphasen besteht.

iO. Verfahren, um eine poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur bestehend aus einer Basislegierung aus Chrom mit Nickel oder Kobalt genügend oxydationsbeständig zu machen, damit sie bei Temperaturen bis zu 105O⁰C verwendet werden kann, ohne daß sie ihre Eigenschaften der Zugfestigkeit, Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit verliert, dadurch gekennzeichnet, daß in die poröse, ge-

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sinterte Metallstruktur wenigstens eine pulverförmige intermetallische Verbindung aus Aluminium und einem Element eingeführt wird, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Titan, Kobalt und Nickel, die Teilchen der pulverförmigen intermetallischen Verbindung sind im wesentlichen kleiner als die durchschnittliche Porengröße der porösen gesinterten Metallstruktur, die intermetallische Verbindung wird mit der Basis legierung thermisch umgesetzt, um eine Strukturlegierung aus Aluminium und Chrom mit wenigstens einem Metall zu bilden, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Titan, wobei die Strukturlegierung· im wesentlichen vollständig aus Beta-• und Gammaphasen besteht.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der intermetallischen Verbindung, die in die poröse, gesinterte Metallstruktur eingeführt wird, wenigstens 7 Gew.-% der porösen, gesinterten Metallstruktur vor dem Einführen enthält.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basislegierung aus Nickel und Chrom besteht.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Al₇Cr, Al^₁Cr₂, Al.Cr, Al-Cr, Al₉Cr₄, Al₈Cr₅, AlCr₂, Al₃Ti, AlTi, Al₉Co₂, Al₁₃Co₄, Al₅Co₂, AlCo, AlJNi, Al Ni₂ und AlNi.

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Ein Verfahren, um eine poröse, nicht abriebfeste, gesinterte Metallstruktur, die aus einer Basislegierung aus Chrom mit Nickel oder Kobalt besteht, genügend oxydationsbestäniig zu machen, damit sie bei Temperaturen bis zu 1050⁰C verwendet werden kann, und zwar ohne wesentlichen Verlust der Zugfestigkeit, Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse, gesinterte Metallstruktur kurz in eine Suspension einer intermetallischen Verbindung des Aluminiums mit einem Element in einer wasserfreien organischen Flüssigkeit eingetaucht wird, wobei das Element ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Titan, Kobalt und Nickel, die Teilchen der pulverförmigen intermetallischen Verbindung sind im wesentlichen kleiner als die durchschnittliche' Porengröße der porösen, gesixiterten Metallstruktur, die poröse, gesinterte Metallstruktur wird nach dem Entfernen aus der Aufschlemmung getrocknet, die Verfahrensschritte des Eintauchens und Trocknens werden so oft wiederholt, bis der erwünschte Gewichtsprozentsatz an intermetallischer. Verbindung der porösen, gesinterten Metallstruktur zugefügt worden ist, die poröse, gesinterte Metallstruktur wird bei einer genügend hohen Temperatur erhitzt, und zwar ausreichend lange, damit eine Strukturlegierung des Aluminiums und Chroms mit wenistens einem der Metalle Nickel, Kobalt und Titan gebildet wird, die Strukturlegierung besteht im wesentlichen insgesamt aus Beta- und Gammaphasen.

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15o Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Basislegierung aus Nickel und Chrom besteht.

16. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe "bestehend aus Al₇Cr, Al₁₁Cr₂, Al^Cr, Al₃Cr, Al_gCr_v Al₈Cr₅, AlCr₂, Al₃Ti, AlTi, Al₉Co₂, Al₁₃Co₄, Al₅Co₂, AlCo₅ Al₃Ni, Al₃Ni₂ und AlNi.

17. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse, gesinterte Metallstruktur bei einer Temperatur von wenigstens 1050 C erhitzt wird.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse_s gesinterte Metallstruktur bei einer Temperatur von ungefähr 115O⁰C erhitzt wird.

19. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse, gesinterte Metal !struktur wenigstens 15 Minuten lang erhitzt wird.

20. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse, gesinterte Metallstruktur ungefähr zwei Stunden lang erhitzt wird.

21. Ein Verfahren zur Herstellung einer porösen, nicht abriebfesten, gesinterten Metallstruktur aus einer Strukturlegierung aus Aluminium und Chrom mit Nickel oder Kobalt und mit einer ausreichenden Oxydationsbeständigkeit, damit sie bei Temperaturen bis zu ungefähr 1050 C verwendet werden

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kann, und zwar ohne wesentlichen Verlust der Zugfestigkeit, Porösität oder Nicht-Abriebfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen einer Nickelchrom- oder Nickelkobaltbasis-Legierung mit den wesentlich kleineren Teilchen wenigstens
einer intermetallischen Verbindung vermischt werden, die
intermetallische Verbindung besteht aus Aluminium und einem Element, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus
Chrom, Titan, Kobalt und Nickel, die Mischung wird innig zu einer homogenen Masse vermischt, in der eine Trennung nach
der Teilchengröße vermieden wird, die homogene Mischung wird zu der erwünschten Gestalt geformt, die intermetallische Verbindung wird mit der Basislegierung thermisch zur Reaktion
gebracht, um eine Strukturlegierung aus Aluminium und Chrom mit wenigstens einem Metall aus der Gruppe Nickel, Kobalt und Titan herzustellen, die Strukturlegierung besteht im wesentlichen ganz aus Beta- und Gammaphasen.

22. Ein Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der intermetallischen Verbindung in der Mischung
wenigstens 7 Gew.-% der Menge der Basislegierung beträgt.

23. Ein Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Basislegierung aus Nickel und Chrom besteht.

2k. Ein Verfahren nach Anspruch 2i, dadurch gekennzeichnet, daß

die intermetallische Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Al„Cr, Al₁₁Cr₃, Al^Cr, Al₃Cr, AIgCr₁₄, AIgCr₅, AlCr₂, Al₅Ti, AlTi, Al₉Co₂, Al₁₅Co^, Al₅Co₂, AlCo, Al₃Ni,
Al₃Ni₂ und AlNi.

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