DE3033074C2

DE3033074C2 -

Info

Publication number: DE3033074C2
Application number: DE3033074A
Authority: DE
Inventors: Alfonso L. Wynnewood Pa. Us Baldi
Original assignee: Alloy Surfaces Co Inc
Current assignee: Alloy Surfaces Co Inc
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1989-12-07
Also published as: SE8006214L; NL8005016A; GB2058844A; IL60993A0; GB2058844B; FR2465006A1; DE3033074A1; CA1154636A; IL60993A; NL191370B; FR2465006B1; NL191370C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Diffusionsbeschichtung der Innenfläche von Hohlräumen in einem metallischen Werkstück, wobei dieser Innenraum nur durch eine verengte Passage zugänglich ist.The present invention relates to the diffusion coating the inner surface of cavities in a metallic Workpiece, this interior only through a narrowed Passage is accessible.

Eine derartige Beschichtung ist beispielsweise erstrebenswert, um die Festigkeiten des Werkstücks gegen Korrosion zu erhöhen. Wie z. B. in den US-PS 41 32 816 und 41 48 275 beschrieben, benötigen Schaufeln und Flügel von Düsenmotoren mit inneren Kühlkanälen häufig die Diffusionsbeschichtung der Oberflächen dieser Kanäle, um ihre Resistenz gegen den Angriff durch die heißen Verbrennungsprodukte, denen sie ausgesetzt werden, zu erhöhen. In den genannten Patentschriften wird vorgeschlagen, die Beschichtung zu bewirken, indem man ein gasförmiges, speziell formuliertes Diffusionsbeschichtungsgemisch durch die zu beschichtenden Passagen preßt, während das Werkstück auf Diffusionsbeschichtungstemperatur erhitzt ist. Such a coating is desirable, for example, to increase the strength of the workpiece against corrosion. Such as As described in US-PS 41 32 816 and 41 48 275, need blades and blades of jet engines with inner Cooling channels often the diffusion coating of the surfaces these channels to their resistance to attack by the hot combustion products to which they are exposed to increase. The cited patents propose to effect the coating by adding a gaseous, specially formulated diffusion coating mixture by the to be coated passages while the workpiece on Diffusion coating temperature is heated.

Die DE-OS 25 00 632 betrifft ein Rohrverchromungsverfahren. Hierbei wird dem eigentlichen Beschichtungsmaterial ein inertes Verdünnungsmittel zugesetzt. Diese hieraus resultierende und mit Bindemittel versehene Aufschlämmung wird in das zu beschichtende Werkstück eingefüllt und anschließend mit heißer Luft getrocknet. Nach Beendigung der thermischen Diffusionsbehandlung muß die überschüssige Masse mechanisch entfernt werden.DE-OS 25 00 632 relates to a Rohrverchromungsverfahren. This is the actual coating material added inert diluent. This resulting and binder slurry filled in the workpiece to be coated and then dried with hot air. After completion of the thermal diffusion treatment must be the excess Mass be mechanically removed.

Die DE-OS 23 31 177 offenbart ein Diffusionsbeschichtungsverfahren, wobei der Beschichtungsmasse ebenfalls inerte Verdünnungsmittel, wie z. B. Magnesia, zugesetzt werden. Die überschüssige Masse wird hier ebenfalls nach Abschluß der Diffusionsbehandlung mechanisch oder chemisch entfernt.DE-OS 23 31 177 discloses a diffusion coating method, wherein the coating composition also inert Diluents, such as. As magnesia, are added. The excess mass is also here after completion of the Diffusion treatment mechanically or chemically removed.

Bei beiden vorgenannten Verfahren können Unregelmäßigkeiten aufgrund der durch Kapillareffekte verursachten ungleichmäßigen Beschichtungsstellen auftreten.Both of these methods can cause irregularities due to non-uniformity caused by capillary effects Coating sites occur.

Ziel vorliegender Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Diffusionsbeschichtung bei verengten Zugangspassagen. Dabei sollen die verengten Passagen sehr gleichmäßig, d. h. unter Vermeidung von Kapillareffekten, beschichtet werden, ohne daß verstärkte Zirkulation durch die Passagen erforderlich ist.The aim of the present invention is to provide a new process for diffusion coating in narrowed Access passages. The narrow passages should be very evenly, d. H. while avoiding capillary effects, be coated without increased circulation through the passages is required.

Erfindungsgemäß wird die Diffusionsbeschichtung der Innenfläche eines Hohlraums in einem metallischen Werkstück, die nur durch eine Passage von weniger als etwa 5 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm Breite zugänglich ist, leicht bewirkt, indem man auf die Innenfläche eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht von Teilchen welche im wesentlichen aus dem gesamten, in die Fläche zu diffundierenden Metall bestehen, dann die Beschichtungsmasse derart herausdrängt, daß die gewünschte Schicht zurückbleibt, und das so behandelte Werkstück dann einer Diffusionsbeschichtungstemperatur unterwirft, während die Höhlung durch die Passage einer Diffusionsbeschichtungsatmosphäre ausgesetzt wird. Hierbei werden keine Verdünnungsmittel, wie sie bisher erforderlich waren, eingesetzt.According to the invention, the diffusion coating of the inner surface a cavity in a metallic workpiece, the only by a passage of less than about 5 mm, preferably less than 2 mm wide, easily effected, by placing on the inner surface a substantially uniform layer of particles in the essentially from the whole, to be diffused into the area Metal exist, then the coating mass pushed out so that the desired layer remains, and the workpiece so treated then one Diffusion coating temperature subjects, while the Cavity through the passage of a diffusion coating atmosphere is suspended. No diluents, used as previously required.

Die Teilchenschicht wird zweckmäßig appliziert in Form einer Schicht eine Dispersion der Teilchen in einem Bindemittel, das bei Diffusionsbeschichtungstemperaturen abgetrieben wird. Man kann eine wäßrige Dispersion von Aluminiumteilchen, wie in der US-PS 33 18 716 beschrieben, verwenden, vorzugsweise werden jedoch Dispersionsträger verwendet, in denen auch schwerere Metalle wie Chrom einigermaßen gleichmäßig dispergiert werden können. Eine 1- bis 10gew.-%ige Lösung eines Acrylharzes wie Ethylmethacrylat in Trichlorethan ergibt ein sehr geeignetes Dispersionsmedium, in dem Chrompulver, Aluminiumpulver oder Gemische dieser Pulver und andere Metalle wie Kobaltpulver mit Teilchengrößen bis zu etwa 150 µm leicht suspendiert werden können unter Bildung einer einigermaßen gleichmäßigen beweglichen Suspension, die sich während der etwa einen Minute, die benötigt wird, um die Suspension zu applizieren und als gleichmäßigen Überzug zu verteilen, nicht erheblich absetzt.The particle layer is suitably applied in the form of a Layer a dispersion of the particles in a binder, which is driven off at diffusion coating temperatures. An aqueous dispersion of aluminum particles, such as in US-PS 33 18 716, use, preferably However, dispersion carriers are used in which as well heavier metals such as chromium dispersed reasonably evenly can be. A 1 to 10 wt .-% solution of a Acrylic resin such as ethyl methacrylate in trichloroethane a very suitable dispersion medium in which chromium powder, Aluminum powder or mixtures of these powders and other metals such as cobalt powder with particle sizes up to about 150 microns can be easily suspended to form a reasonably uniform mobile suspension that spreads during It takes about a minute to get the suspension to apply and distribute as a uniform coating, does not settle significantly.

Acrylharze, die wirksame Binder ergeben, sind Methylmethacrylat und die verschiedenen polymeren Acryl- und Methacrylsäureester von Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, ferner Polyacrylsäure und Gemische oder Copolymere der Monomeren, aus denen diese gebildet werden. Weitere brauchbare Binder sind Colophonium, Polyethylen, Polystyrol, Methylcellulose und sogar Dimethylsilikonöle. Die Acrylharze werden durch die Diffusionswärme sehr sauber abgetrieben, einige Bindemittel können jedoch etwas Kohlenstoff zurücklassen, der in die Oberfläche des Werkstücks diffundiert. Acrylic resins which yield effective binders are methyl methacrylate and the various polymeric acrylic and methacrylic acid esters of alcohols having 1 to 8 carbon atoms, also polyacrylic acid and mixtures or copolymers of Monomers from which they are formed. Other useful Binders are rosin, polyethylene, polystyrene, Methylcellulose and even dimethylsilicone oils. The acrylic resins are driven off very cleanly by the heat of diffusion, However, some binders may have some carbon leave behind, which diffuses into the surface of the workpiece.

Ein Absetzen kann verlangsamt werden, indem man im Suspensionsträger eine langkettige Säure wie z. B. eine aliphatische C₁₂- bis C₅₀-Säure oder ein Copolymer aus Ethylen und Acrylsäure löst, vergleiche die US-PS 42 08 357.Settling can be slowed down by placing in suspension carrier a long-chain acid such. B. an aliphatic C₁₂ bis Dissolves C₅₀ acid or a copolymer of ethylene and acrylic acid, See US Pat. No. 4,208,357.

Bereits nur etwa 0,3 bis etwa 0,5 Gew.-% eines solchen Additivs sind sehr hilfreich. Auch niederschäumende nicht-ionische Oberflächenaktive wie Polyethoxyäther linearer Alkohole wie Cetylalkohol oder eines Alkylphenols können in Mengen von nur 0,1 bis 0,3 Gew.-% eingesetzt werden, um das Absetzen der suspendierten Teilchen zu verlangsamen.Already only about 0.3 to about 0.5 wt .-% of such an additive are very helpful. Also low foaming non-ionic surface active such as polyethoxy ethers of linear alcohols such as cetyl alcohol or an alkylphenol in amounts of only 0.1 to 0.3 wt .-% to stop the settling of the suspended To slow down particles.

Bei den sehr engen Passagen, die erfindungsgemäß vorliegen, verteilen sich die beweglichen Beschichtungsdispersionen nicht zu gleichmäßigen Schichten, sondern sie bilden aufgrund von Oberflächeneffekten übermäßige Dicken aus. Eine Passage von etwa 1 mm Durchmesser wird so im allgemeinen vollständig durch die bewegliche Dispersion ausgefüllt. Es ist daher erforderlich, überschüssige Dispersion auszudrängen, indem man Unterdruck an die Höhlungsöffnung anlegt, um Gas in raschem Strom abzusaugen, das die Dispersion bis auf eine zurückbleibende dünne und nahezu gleichmäßige Schicht mit sich führt. Unterdruck einer einfachen Wasserstrahlpumpe oder einer Saugpumpe für etwa ¹/₁₀ bar oder weniger ist angemessen.In the case of the very narrow passages which are present in accordance with the invention, the mobile coating dispersions do not disperse to even layers, but they form due to Surface effects excessive thicknesses. A passage of about 1 mm in diameter is thus generally completely through filled in the mobile dispersion. It is therefore necessary extrude excess dispersion by applying negative pressure applies the cavity opening to suck gas in rapid flow, the dispersion except for a remaining thin and almost uniform layer leads with it. Negative pressure of a simple water jet pump or a suction pump for about ¹ / ¹₀ bar or less is appropriate.

Besitzt die Passage, deren Überzug zu nivellieren ist, getrennte Ausgänge an gegenüberliegenden Enden, so erfolgt die gleichmäßige Verteilung leicht, indem man einen Druckluftstrom in eine der Austrittsöffnungen leitet. Ein durch Luftdruck von 1,96 bar angetriebener Strom ist ausreichend wirksam.Has the passage whose level is to be leveled separate Outputs at opposite ends, so is the uniform distribution easily by giving a compressed air flow leads into one of the outlet openings. One by air pressure powered by 1.96 bar is sufficiently effective.

Die überschüssige Dispersion kann auch durch Zentrifugalkräfte herausgedrängt werden. Beim Zentrifugieren des zu stark beschichteten Werkstücks in einer Zentrifuge bei etwa 10- bis 20facher Schwerkraftwirkung während wenigen Sekunden erfolgt gute Nivellierung, wenn die Zentrifugalkraft z. B. longitudinal einer gefüllten Passage gerichtet ist. Bei komplizierten Formen kann es notwendig sein, das Werkstück stufenweise zu zentrifugieren, wobei in jeder Stufe die Lage verändert wird.The excess dispersion may also be due to centrifugal forces be pushed out. When centrifuging the over-coated Workpiece in a centrifuge at about 10 to 20-fold gravity action takes place during a few seconds good leveling when the centrifugal force z. Longitudinally directed to a filled passage. For complicated shapes it may be necessary to centrifuge the workpiece step by step, whereby in each stage the situation is changed.

Die Diffusionsbeschichtungsatmosphäre kann vorzugsweise einen Aktivator z. B. aus Halogeniden oder komplexer Natur aufweisen.The diffusion coating atmosphere may preferably an activator z. B. from halides or complex nature respectively.

Die erfindungsgemäß beschichtbaren Werkstücke können aus hochtemperaturfester Legierung bestehen. Beispielsweise können als Werkstücke Schaufeln eines Düsenmotors eingesetzt werden. Als diffundierende Metalle können Aluminium oder Chrom oder Gemische beider, vorzugsweise solche, die mehr als die doppelte Gewichtsmenge Aluminium zu Chrom enthalten, eingesetzt werden.The inventively coatable workpieces can be made consist of high temperature resistant alloy. For example can be used as workpieces blades of a jet engine become. As diffusing metals aluminum can or chromium or mixtures of both, preferably those which more than twice the weight of aluminum to chrome contained, are used.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele sowie der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the following examples and Figs. 1 and 2. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt einer Diffusionsbeschichtungsanlage zur Ausführung der Erfindung und Fig. 1 shows a cross section of a diffusion coating system for carrying out the invention and

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch eine modifizierte Anordnung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 is a similar section through a modified arrangement according to the invention.

example 1

In eine kurze Muffelkammer 10 gemäß Fig. 1 wird eine 12,5 mm dicke Schicht 12 eines aluminisierenden Diffusionspulvergemischs gegossen, dann wird ein perforiertes Spül-Rohr 14 auf das Gemisch gelegt, worauf eine weitere, 50 mm dicke Schicht 16 des Gemischs zur Bedeckung des perforierten Rohrs eingefüllt wird.In a short muffle chamber 10 of FIG. 1, a 12.5 mm thick layer 12 of an aluminizing diffusion powder mixture is poured, then a perforated flushing tube 14 is placed on the mixture, whereupon another, 50 mm thick layer 16 of the mixture to cover the filled with perforated tube.

Die Muffelkammer und das Rohr bestehen aus "Inconel 600", das Gemisch besitzt folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:The muffle chamber and the tube are made of "Inconel 600", the mixture has the following composition in weight percent:

Aluminiumpulver, etwa 40 µm Teilchengröße|15%Aluminum powder, about 40 μm particle size | 15% Tonerdepulver, etwa 200 bis 300 µm TeilchengrößeAlumina powder, about 200 to 300 microns particle size 85%85% NH₄Cl-PulverNH₄Cl powder ¾%, bezogen auf Al+Al₂O₃¾%, based on Al + Al₂O₃

Das Rohr 14 verläuft in Längsrichtung der Kammer hin und her, wobei die Abstände zwischen den einzelnen Rohrlängen etwa 38 mm betragen, die Perforierungen sind 1,6 mm groß. Es ist verbunden mit einer unperforierten Zuleitung 18, die aus der Muffelkammer hinausführt zu einer Argonquelle. Die Wandöffnung, durch die die Leitung 18 geführt ist, kann verschlossen werden durch Schweißung oder mit verdichtetem Pulver oder Fasern, damit ein Überdruck in Inneren der Muffel entstehen kann. Geeignet sind sehr feine Tonerde oder Keramikfasern.The tube 14 extends back and forth in the longitudinal direction of the chamber, wherein the distances between the individual tube lengths are about 38 mm, the perforations are 1.6 mm in size. It is connected to an imperforate feed line 18 , which leads out of the muffle chamber to an argon source. The wall opening, through which the conduit 18 is guided, can be closed by welding or with compressed powder or fibers, so that an overpressure can occur in the interior of the muffle. Suitable are very fine alumina or ceramic fibers.

An kräftigen Nickeldrähten 22, die am oberen Rand der Seitenwände der Kammer befestigt sind, sind mehrere Blöcke 20 aufgehängt aus Nickellegierung mit 7% Aluminium, 14,5% Molybdän und 7% Wolfram, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht. Jeder Block ist etwa 25 mm hoch und besitzt eine zylindrische Bohrung im Zentrum, die etwa 584 µm Durchmesser hat und durch die Gesamthöhe des Blocks verläuft.On strong nickel wires 22 fixed to the upper edge of the side walls of the chamber, a plurality of blocks 20 are suspended from nickel alloy with 7% aluminum, 14.5% molybdenum and 7% tungsten, the remainder consisting essentially of nickel. Each block is about 25 mm high and has a cylindrical bore in the center, which is about 584 microns in diameter and runs through the total height of the block.

Ferner befindet sich in der Muffel ein Thermoelement 30 in einer Kleinkammer 32, die an eine Innenwand angeschweißt ist und sich durch ein Loch in der Wand nach außen erstreckt.Also located in the muffle is a thermocouple 30 in a small chamber 32 which is welded to an inner wall and extends outwardly through a hole in the wall.

Ehe die Blöcke 20 in die Muffel gebracht werden, werden zunächst die Passagen 24 mit einer Dispersion aus 30 g Aluminiumpulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße in 40 ml einer 5gew.-%igen Lösung von Polyethylacrylat-Harz in Trichlorethan gefüllt. Dann wird sofort eine Saugvorrichtung an einem Ende der Öffnung 24 angebracht, um überschüssige Dispersion abzusaugen. Die so behandelten Blöcke werden wenige Minuten stehengelassen, damit sich die zurückgebliebene Überzugsmasse verfestigt.Before the blocks 20 are placed in the muffle, passages 24 are first filled with a dispersion of 30 g of 0.044 mm (44 μm) particle size aluminum powder in 40 ml of a 5% by weight solution of polyethylacrylate resin in trichloroethane. Then, a suction device is immediately attached to one end of the opening 24 to suck off excess dispersion. The blocks treated in this way are allowed to stand for a few minutes, so that the remaining coating mass solidifies.

Die Außenseite der Blöcke wird dann bestrichen mit einer Schicht von 10 mg/cm² einer Abdeckaufschlämmung aus Ni₃Al-Pulver gemäß US-PS 38 01 357, dann wird der Überzug trocknen gelassen.The outside of the blocks is then painted with a Layer of 10 mg / cm² of a covering slurry of Ni₃Al powder according to US-PS 38 01 357, then the coating is allowed to dry.

Nach der Behandlung wird die Muffelkammer 10 mit einem Deckel 36 abgedeckt, der ebenfalls mit Asbestfasern halbdicht abgedichtet werden kann. Die geschlossene Kammer wird in eine Außenmuffel gestellt, die dann unter einen Ofen gemäß US-PS 38 01 357 gelangt, auf 1038°C erhitzt und 9 Std. bei dieser Temperatur gehalten wird, während Argon mit solcher Geschwindigkeit dem perforierten Rohr zugeführt wird, daß man etwa 1 Std. benötigt, um ein Argonvolumen entsprechend dem Kammervolumen einzuführen. After treatment, the muffle chamber 10 is covered with a lid 36 , which can also be sealed semi-tight with asbestos fibers. The closed chamber is placed in an outer muffle, which then passes under a furnace according to US-PS 38 01 357, heated to 1038 ° C and held for 9 hrs. At this temperature, while argon is fed at such a rate to the perforated tube, that It takes about 1 hour to introduce an argon volume corresponding to the chamber volume.

Dann wird der Ofen abgeschaltet, von der äußeren Muffel weggehoben und die Muffeln werden abkühlen gelassen. Die Muffelkammer 10 wird nach ausreichender Abkühlung geöffnet, die Blöcke 20 werden entnommen und die Abdeckschicht wird entfernt. Sie zeigen ein sehr gleichmäßig allitiertes Gehäuse von etwa 51 µm Dicke über die gesamte Innenfläche der Passage 24. Diese benötigt keine Reinigung außer dem Hindurchblasen von Luft, um Asche zu beseitigen, und dem Ausspülen von restlichem Halogenid mit Wasser.Then the oven is switched off, lifted away from the outer muffle and the muffles are allowed to cool. The muffle chamber 10 is opened after sufficient cooling, the blocks 20 are removed and the cover layer is removed. They show a very uniformly allitiertes housing of about 51 microns thick over the entire inner surface of the passage 24th This does not require cleaning other than blowing air to remove ash and rinsing residual halide with water.

Man erzielt gleiche Ergebnisse, wenn man die Blöcke 1,6 oder 51 mm vom oberen Ende der Schicht 16 entfernt hält, oder wenn man sie so in der Muffelkammer 10 anordnet, daß die Passasgen horizontal verlaufen. Bei dieser Anordnung können die Blöcke einfach auf die Schicht 16 gelegt werden, so daß man keine spezielle Aufhängung benötigt.The same results are achieved by keeping the blocks 1.6 or 51 mm away from the upper end of the layer 16 , or by placing them in the muffle chamber 10 so that the passages run horizontally. With this arrangement, the blocks can simply be laid on the layer 16 so that no special suspension is needed.

Es ist nicht notwendig, die den Aktivator enthaltende Atmosphäre gemäß der Vorschrift der US-PS 41 48 275 durch die enge Passage 24 zu treiben, noch muß man komplizierte Aktivatoren mit spezieller Eindringung der in der US-PS 41 32 816 verwendeten Art einsetzen. Jedoch sind solche komplexen Aktivatoren oder Aktivatoren aus Fluoriden im allgemeinen auch im erfindungsgemäßen Verfahren wirksam.It is not necessary to drive the atmosphere containing the activator according to the specification of US-PS 41 48 275 through the narrow passage 24 , nor must one use complicated activators with special penetration of the type used in US-PS 41 32 816. However, such complex activators or activators of fluorides are generally also effective in the process of the present invention.

In diesem Beispiel wird eine Reihe von Düsenmotorschaufeln mit inneren Kühlkanälen bearbeitet. Die Kanalwände werden stark chromallitiert, während die Flügelkörperoberflächen schwach chromallitiert werden und die Wurzeln wenig oder keinen Außenüberzug erhalten. Ein solcher Flügel 120 wird in Fig. 2 schematisch wiedergegeben. Er besitzt eine Anzahl Passasgen 124, die sich über die gesamte Länge des Flügelkörpers 120 von der Spitze 123 bis zur gegenüberliegenden Fläche des Befestigungsflansches 125 erstrecken. An den äußersten Enden haben die Passagen einen Querschnitt von etwa 25 bis 51 µm, die Innenbereiche besitzen einen etwas größeren Querschnitt.In this example, a series of nozzle engine blades are machined with internal cooling channels. The channel walls become heavily chromallised, while the wing body surfaces are poorly chromallised and the roots receive little or no external coating. Such a wing 120 is shown schematically in Fig. 2. It has a number of passages 124 which extend over the entire length of the wing body 120 from the tip 123 to the opposite surface of the mounting flange 125 . At the extreme ends of the passages have a cross section of about 25 to 51 microns, the inner areas have a slightly larger cross-section.

Die Flügel aus B-1900-Legierung werden gereinigt durch mildes Strahlen mit feinem Aluminiumgrieß, gefolgt von einer Entfettung. Dann wird in die Kühlpassagen mit Hilfe einer medizinischen Tropfvorrichtung eine Suspension von 40 g Aluminiumpulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße und 5 g Chrompulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße in 50 ml einer 7gew.-%igen Lösung von Methylmethacrylatharz und einer 0,5gew.-%igen Lösung von Stearinsäure in Trichlorethan eingefüllt. Dann wird sofort das Vakuum einer Wassertrahlpumpe an jedes Ende jeder Passage für wenige Sekunden angelegt, dann werden die Flügel stehengelassen, damit die restliche Suspension in den Hohlräumen trocknen kann. Überschüssige Suspension an der Außenfläche der Flügel wird mit Hilfe eines Tuchs beseitigt, das mit wenig Trichlorethan befeuchtet ist, und eine Gruppe so vorbereiteter Flügel wird in die vorgängig bereitgestellte Muffelkammer 110 eingeführt. Diese Kammer entspricht der Kammer 10, besteht jedoch aus nicht-rostendem Stahl Nr. 304; ferner sind Träger 135 an den Stirnwänden angeschweißt, die Stäbe 137 tragen, welche die Kammerlänge überspannen. Die Flügel werden zwischen diese Vorrichtungen gesetzt so, daß sich die Flügelkörper 121 nach unten erstrecken und die Flansche 125 von den Stäben getragen werden. Die Stäbe können aus unlegiertem Stahl bestehen, der vorgängig stark aluminiert wurde, und können z. B. einen allitierten Mantel von mindestens etwa 25 µm aufweisen mit einem maximalen Aluminiumgehalt von mindestens etwa 35% im Mantel. The wings of B-1900 alloy are cleaned by mild blasting with fine aluminum grit, followed by degreasing. Then, in the cooling passages by means of a medical dripper, a suspension of 40 g of 0.044 mm (44 μm) particle size aluminum powder and 5 g of chromium powder of 0.044 mm (44 μm) particle size in 50 ml of a 7 wt .-% solution of methyl methacrylate resin and a 0.5 wt .-% solution of stearic acid in trichloroethane filled. Then immediately the vacuum of a water jet pump is applied to each end of each passage for a few seconds, then the wings are allowed to stand so that the remaining suspension in the cavities can dry. Excess suspension on the outer surface of the wings is removed by means of a cloth moistened with a little trichloroethane, and a group of wings thus prepared are introduced into the previously provided muffle chamber 110 . This chamber corresponds to the chamber 10 , but is made of stainless steel No. 304; Furthermore, supports 135 are welded to the end walls, carrying rods 137 which span the chamber length. The wings are placed between these devices so that the wing bodies 121 extend downwardly and the flanges 125 are carried by the rods. The rods may consist of unalloyed steel, which has been strongly aluminized before, and may, for. B. have a allitierten coat of at least about 25 microns with a maximum aluminum content of at least about 35% in the jacket.

Außer der Ausstattung mit den allitierten Stäben ist die Kammer 110 ausgestattet mit den Schichten 112 und 116 mit gleicher Zusammensetzung wie die Schichten 12 und 16. Nach dem Einsetzen der Flügel wird die Kammer in eine Außenmuffel gestellt und auf 1066°C erhitzt, während durch das perforierte Rohr 114 ein langsamer Wasserstoffstrom in solcher Menge zugeführt wird, daß man etwa ½ Std. benötigt, um die dem Kammervolumen entsprechende Wasserstoffmenge einzuleiten. Vor Beginn der Erhitzung wird der Wasserstoffstrom vorübergehend beschleunigt, um vorhergegangene Atmosphäre in der Kammer wirksamer durch Wasserstoff zu ersetzen.Apart from the equipment with the allitierten rods, the chamber 110 is equipped with the layers 112 and 116 with the same composition as the layers 12 and 16 . After insertion of the wings, the chamber is placed in an outer muffle and heated to 1066 ° C, while through the perforated tube 114, a slow flow of hydrogen is supplied in such an amount that it takes about ½ hr. To initiate the chamber volume corresponding volume of hydrogen. Before the start of heating, the hydrogen flow is temporarily accelerated to more effectively replace the previous atmosphere in the chamber with hydrogen.

Die Temperatur von 1066°C wird 8½ Std. aufrechterhalten, dann wird die Kammer abgekühlt. Nach hinreichender Abkühlung wird die Wasserstoffatmosphäre durch Argon ersetzt und die Kammer wird geöffnet. Die Innenflächen der Passagen in den Flügeln zeigen einen extrem gleichmäßigen allitierten Mantel von etwa 51 bis 58,5 µm Dicke. Die Flügelkörperoberflächen besitzen einen allitierten Mantel, der etwa halb so dick ist, die Flügelwurzel 126 zeigt einen nur 10 µm dicken Überzug.The temperature of 1066 ° C is maintained for 8½ hrs, then the chamber is cooled. After sufficient cooling, the hydrogen atmosphere is replaced by argon and the chamber is opened. The inner surfaces of the passages in the wings show an extremely uniform allitized jacket of about 51 to 58.5 microns in thickness. The wing body surfaces have an allitized shell which is about half as thick, the wing root 126 shows only a 10 micron thick coating.

Am Flansch 125 ist die untere Fläche etwa in gleichem Ausmaß wie die Körperoberfläche allitiert, die obere Fläche ist etwa in gleichem Ausmaß wie die Wurzel allitiert. Die allitierte untere Fläche zeigt keinen Rückgang des Aluminiumgehalts dort, wo sie auf den Stäben 137 ruhte. Im Gegensatz scheint es, daß die stark allitierten Staboberflächen beitragen zur Allitierung der oberen Teile des Flügelkörpers und des Flansches, und damit den größeren Abstand dieser Flächen vom Pulver 116 ausgleichen. At the flange 125 , the lower surface is allitiert about the same extent as the body surface, the upper surface is allitiert about the same extent as the root. The allitized bottom surface shows no decrease in the aluminum content where it rested on the rods 137 . In contrast, it appears that the strongly allitized rod surfaces contribute to the allitiation of the upper parts of the wing body and the flange, and thus compensate for the greater distance of these surfaces from the powder 116 .

Die unterschiedlichen Abstände der einzelnen Passagenteile vom Pulver 116 scheinen keinen signifikanten Einfluß zu haben insofern, als das in die Passagenflächen zu diffundierende Metall sich schon an diesen Flächen befindet. Die Diffusion erfolgt relativ rasch, wenn eine Diffusionsatmosphäre diese Flächen nach einer Passage von 10 bis 15 cm oder mehr erreicht. Eine solche Atmosphäre muß nur aus einem verdampften Diffusionsaktivator wie einem Halogen oder einer Halogenverbindung bestehen, jedoch wird die Wirkung einer derartigen Atmosphäre verbessert, wenn sie auch ein Halogenid des zu diffundierenden Metalls enthält. Eine solche verbesserte Atmosphäre ist die übliche Atmosphäre, die während der Diffusionsbeschichtung entsteht, und die Pulver 12, 16, 112 und 116 sind herkömmliche Pulver zur Diffusionsbeschichtung.The different distances of the individual passage parts from the powder 116 do not seem to have any significant influence insofar as the metal to be diffused into the passages surfaces is already on these surfaces. Diffusion occurs relatively quickly when a diffusion atmosphere reaches these surfaces after passage of 10 to 15 cm or more. Such an atmosphere need only consist of a vaporized diffusion activator such as a halogen or a halogen compound, but the effect of such an atmosphere is improved if it also contains a halide of the metal to be diffused. Such an improved atmosphere is the usual atmosphere created during diffusion coating and powders 12, 16, 112 and 116 are conventional diffusion coating powders.

Das Chrom, das zusammen mit dem Aluminium in der Dispersion vorliegt, die auf die Innenräume appliziert wird, diffundiert in die Passagenflächen zusammen mit dem Aluminium und verbessert die Korrosionsbeständigkeit dieser Flächen. Der Chromanteil kann erhöht werden und das Aluminium kann vollständig weggelassen werden, so daß man anstelle einer allitierten oder chromallitierten Oberfläche eine chromierte Fläche erhält. Die Chrom- und Aluminiumteilchen können gegebenenfalls vorlegiert sein, oder man kann Gemische der beiden Metalle verwenden.The chromium, along with the aluminum in the dispersion present, which is applied to the interior diffuses in the passage surfaces together with the aluminum and improved the corrosion resistance of these surfaces. The chrome share can be raised and the aluminum can completely be omitted, so that instead of a allitierten or chromallitierten surface receives a chromed surface. The chromium and aluminum particles may optionally be pre-alloyed, or you can mix the two metals use.

Bei der Diffusionsbeschichtung von Superlegierungen auf Nickelbasis mit Aluminium ist vorzugsweise der Aluminiumgehalt der Aluminium/Chromdispersionen mehr als doppelt so groß wie der Chromgehalt. In the diffusion coating of superalloys Nickel base with aluminum is preferably the aluminum content the aluminum / chromium dispersions more than twice as big as the chrome content.

Die Metallteilchen in den Metalldispersionen sollten nicht mehr als etwa 76 und vorzugsweise nicht mehr als 51 µm groß sein, damit die Kanalwände, in die sie diffundiert werden, sehr glatt bleiben.The metal particles in the metal dispersions should not more than about 76 and preferably not more than 51 microns in size so that the channel walls into which they are diffused stay very smooth.

Die Wärmezufuhr sollte mindestens so lange aufrechterhalten werden, bis sämtliche Teilchen des Dispersionsmetalls in die Hohlraumflächen diffundiert sind. Dadurch bleiben die Flächen rein und sind ohne weitere Behandlung dienstbereit. Besteht das zu beschichtende Werkstück aus einer Superlegierung auf Nickelbasis und ist das einzudiffundierende Metall Aluminium, Chrom oder ein Gemisch der beiden, so benötigt man mindesatens etwa 2 Std. pro 2,5 µm dispergiertem Metall bei einer Diffusion bei 982°C, wobei die Zeiten etwas kürzer sein können, wenn nur Aluminium als diffundierendes Metall vorliegt. Zusätzlich oder anstelle von Aluminium und/oder Chrom können Silicium, Kobalt, Eisen und andere Metalle zur Herstellung von Diffusionsbeschichtungen verwendet werden. Einige Metallkombinationen beschichten jedoch bekanntlich sehr schlecht oder gar nicht.The heat should last at least as long until all particles of the dispersion metal in the cavity surfaces are diffused. This leaves the Surfaces clean and ready for service without further treatment. If the workpiece to be coated consists of a superalloy nickel-based and is the diffused Metal aluminum, chrome or a mixture of the two, so It takes at least 2 hours per 2.5 microns dispersed Metal diffuses at 982 ° C with times slightly may be shorter if only aluminum is used as the diffusing one Metal is present. In addition to or instead of aluminum and / or Chromium can be silicon, cobalt, iron and other metals for Production of diffusion coatings can be used. However, some metal combinations coat known very bad or not at all.

Werkstücke aus Superlegierung auf Kobaltbasis benötigen etwa die doppelte Diffusionszeit, verglichen mit Superlegierungen auf Nickelbasis, hingegen brauchen Eisenlegierungen wie "RA 330" und "Incoloy 800" weniger Zeit als die Superlegierungen auf Nickelbasis. Ein Flügel aus Superlegierung "MAR M 509" auf Kobaltbasis mit Kühlkanälen zeigt nach Behandlung gemäß Beispiel 2, jedoch unter 20stündiger Erhitzung auf 1093°C, ausgezeichnete Ergebnisse. Cobalt-based superalloy workpieces require about twice the diffusion time compared to superalloys nickel-based, however, need iron alloys such as "RA 330" and "Incoloy 800" less time than the superalloys nickel-based. A wing made of superalloy "MAR M 509" on cobalt basis with cooling channels shows after treatment according to Example 2, but with 20 hours heating at 1093 ° C, excellent results.

Example 3

Düsenmotorflügel für die erste heiße Stufe aus Nickellegierung IN 100 mit Kühlkanälen von etwa 762 µm Durchmesser werden nach der Vorschrift von Beispiel 2 behandelt, jedoch mit folgenden Abweichungen:Jet engine blades for the first hot stage of nickel alloy IN 100 with cooling channels of about 762 μm diameter are treated according to the procedure of Example 2, but with the following differences:

(a) The powder at the bottom of the muffle is a chromium-containing Powder mixture of 20% ultrafine chromium powder (particle size less than 20 μm), 80% alumina from less than 0.044 mm (44 μm) particle size and 1% ammonium bromide, based on the total weight of chromium and Clay.
(b) The coating composition is a dispersion of 15 g ultrafine chromium in 20 ml of the binder solution according to Example 1.
(c) The wings are horizontal about 2.5 cm above the Powder held on the muffle floor.
(d) the lid of the inner muffle chamber is laid loosely, without a seal was tried.
(e) The bars 137 are made of chromed Inconel 600.
(f) Diffusion coating occurred at 1093 ° C during 15 hours, the hydrogen influx into the inner muffle chamber will be canceled as soon as this temperature is reached is and an argon stream is initiated as soon as the temperature has reached 149 ° C during cooling.
(g) In the outer muffle becomes a slow flow of hydrogen maintained during heating, however aborted when argon enters the inner muffle.

Sowohl die Außenflächen der Flügel wie die Flächen der Kühlkanäle sind sehr wirksam und gleichmäßig chromatiert. Das Pulver auf dem Boden der Muffel muß nicht die gleichen Metallbestandteile enthalten wie das in die Passagen eingeführte Pulver. Verwendet man Chrom als einziges Metall im in die Passagen eingeführten Pulver und Aluminium als einziges Metall in dem auf dem Muffelboden befindlichen Pulver, so werden die Passagen chromatiert, während die Außenseite des Werkstücks allitiert wird. Wenig Aluminium kann in chromierten Mantel der Passagen auftreten, insbesondere bei längerer Diffusionsbehandlung. Aluminium und Chrom können auch umgekehrt vorgesehen werden.Both the outer surfaces of the wings and the surfaces of the wings Cooling channels are very effective and uniformly chromated. The powder on the bottom of the muffle does not have to be the same Metal components contain as introduced into the passages Powder. Chromium is used as the only metal in the Passages introduced powder and aluminum as the only metal in the powder on the muffle floor, so be The passages are chromated while the outside of the workpiece is allitiert. Little aluminum can in chromed coat passages occur, especially with prolonged diffusion treatment. Aluminum and chrome can also be reversed become.

Werden in dem auf dem Boden der Muffel befindlichen Pulver alle Metallteilchen weggelassen, so scheint sich die Bildung der Diffuionsschicht auf den Hohlraumflächen zu verlangsamen, jedoch wird weiterhin eine gute Allitierung, Chromierung oder Chromallitierung erzielt.Are in the powder located on the bottom of the muffle omitting all metal particles, the formation seems to be to slow down the diffusion layer on the cavity surfaces, however, a good allitization, chromation will continue or Chromallitierung achieved.

Wichtig ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird unter Zuleitung eines Spül-Gases, das durch das perforierte Rohr 14 oder 114 strömt. Wenig Spülen hilft bereits, um Dämpfe zu entfernen, die bei der Zersetzung des Bindemittels entstehen, das man zum Festhalten der Metallschicht verwendet; sobald jedoch die Muffelkammer beim Aufheizen etwa 316°C erreicht hat, kann das Spülen unterbrochen werden. Ist die Muffelkammer von einer weiteren Muffel mit eng kontrollierter Atmosphäre umgeben, z. B. wenn ein Wasserstoff- oder Argonstrom oder ein Strom eines anderen Inertgases nur durch die äußere Muffelkammer geführt wird, so muß das Spülen der inneren Muffelkammer nicht wieder aufgenommen werden, ausgenommen dann, wenn die Atmosphäre der äußeren Muffel aus Wasserstoff oder einem anderen brennbaren Gas besteht. In diesem Fall ist es zweckmäßig, ein Inertgas durch innere und äußere Muffel zu führen, um brennbare Gase vor dem Öffnen der Muffeln zu beseitigen.It is important that the inventive method is carried out under supply of a purge gas flowing through the perforated pipe 14 or 114 . A little rinsing already helps to remove vapors resulting from the decomposition of the binder used to hold the metal layer; however, as soon as the muffle chamber has reached about 316 ° C during heating, the rinsing can be interrupted. If the muffle chamber surrounded by another muffle with tightly controlled atmosphere, z. Example, when a hydrogen or argon stream or a stream of other inert gas is passed only through the outer muffle chamber, the flushing of the inner muffle chamber must not be resumed, except when the atmosphere of the outer muffle of hydrogen or other combustible gas consists. In this case, it is expedient to pass an inert gas through inner and outer muffle in order to eliminate combustible gases before opening the muffles.

Während der Verweilzeit bei Diffuionsbeschichtungstemperatur sollte das Spülen der inneren Muffel nicht so rasch vor sich gehen, daß zu viel Aktivator aus dieser Atmosphäre ausgespült wird. Das im Pulver auf dem Muffelboden befindliche Aktivator wird gesamthaft in Dampf überführt, sobald das Pulver auf etwa 371°C erhitzt ist, und nach dieser Verdampfung sollte das Spülen nicht schneller zugeführt werden, als zum Ausgleich des Volumens im inneren Muffelraum erforderlich, beim Zustrom während einer Zeit entsprechend etwa ½₀ der Diffusionsbeschichtungszeit. Die Spülwirkung ist nicht vollständig, besonders bei einem leichten Gas wie Wasserstoff, so daß bei einer derartigen Maximalströmung immer noch gewisse Aktivatormengen am Ende der Erhitzungszeit vorhanden sind. Als Aktivator kann jedes Halogen oder jede Halogenverbindung, die bei der Diffusionsbeschichtungstemperatur verdampft wird, verwendet werden. Erfolgt die Diffusion bei relativ niedrigen Temperaturen wie z. B. 870°C oder weniger, so stellt Aluminiumchlorid einen sehr empfehlenswerten Aktivator dar, insbesondere wenn Aluminium in ein Werkstück einzudiffundieren ist. Andere Aktivatoren sind in der US-PS 37 64 371 aufgeführt.During the residence time at diffusion coating temperature The rinsing of the inner muffle should not be so fast in front of you go that too much activator rinsed out of this atmosphere becomes. The activator in powder on the muffle bottom is completely converted into steam as soon as the powder is on about 371 ° C is heated, and after this evaporation should be the rinsing are not fed faster than to compensate of the volume required in the inner muffle space when Influx during a time corresponding to about ½₀ of the diffusion coating time. The rinsing effect is not complete, especially with a light gas such as hydrogen, so that at Such a maximum flow still some amount of activator are present at the end of the heating time. As an activator can any halogen or halogen compound that vaporized at the diffusion coating temperature is used become. If the diffusion occurs at relatively low Temperatures such. B. 870 ° C or less, so aluminum chloride a highly recommended activator, in particular when aluminum is to be diffused into a workpiece. Other Activators are listed in US-PS 37 64 371.

Das Lösungsmittel Trichlorethan der Beispiele 1 und 2 kann durch andere Lösungsmittel wie Methylethylketon, Chloroform, Toluol, Isopropylalkohol oder dergleichen ersetzt werden. Trichlorethan ist jedoch ein besonders sicheres Material, da es nicht brennbar ist und die Gesundheitsrisiken niedrig sind. Bei wasserlöslichen Bindern kann auch Wasser als Lösungsmittel verwendet werden, jedoch ist es im allgemeinen nicht zweckmäßig, feinteilige Metallteilchen längere Zeit mit Wasser in Berührung zu halten.The solvent trichloroethane of Examples 1 and 2 can by other solvents such as methyl ethyl ketone, chloroform, Toluene, isopropyl alcohol or the like. Trichloroethane, however, is a particularly safe material because it is not flammable and the health risks are low are. Water-soluble binders can also use water as a solvent but it is generally not expedient, finely divided metal particles for a long time with water to keep in touch.

Die Stäbe 137 gemäß Fig. 2 haben vorzugsweise eine stark chromierte Oberfläche, wenn der Hohlraum des Werkstücks chromiert werden soll. Ebenso sind bei der Diffusionsbeschichtung von Werkstücken mit Zink, Kobalt oder anderen Metallen diese Stäbe oder andere, das Werkstück berührende Flächen vorzugsweise entsprechend vorbeschichtet.The bars 137 of Fig. 2 preferably have a heavily chromed surface when the cavity of the workpiece is to be chromed. Likewise, in the diffusion coating of workpieces with zinc, cobalt or other metals, these rods or other surfaces contacting the workpiece are preferably precoated accordingly.

Die Pulver 12 und 16 müssen sich nicht auf dem Kammerboden befinden, sondern sie können auch in Körben unterhalb oder sogar oberhalb der Werkstücke gehalten werden. Die durch diese Pulver erzeugten Dämpfe besitzen eine Reichweite von bis zu 30 cm, und wenn die Innenmuffel während der Verweilzeit bei Diffusionstemperatur nicht gespült wird, so entstehen sogar noch weiter vom nächstgelegenen Pulver gute Diffusionsbeschichtungen. Ein leicht verdampfendes Metallhalogenid wie Aluminiumchlorid kann auch als Dampf, den das Spül-Gas mitführt, in die innere Muffel eingeführt werden, wobei dann nur in den feinen Passagen Pulver vorhanden ist.The powders 12 and 16 need not be on the bottom of the chamber, but may be held in baskets below or even above the workpieces. The vapors generated by these powders have a range of up to 30 cm, and if the inner muffle is not rinsed during the dwell time at diffusion temperature, good diffusion coatings will be produced even further from the nearest powder. A readily evaporating metal halide such as aluminum chloride may also be introduced into the inner muffle as vapor carried by the purge gas, with powder present only in the fine passages.

Einige Substrate wie z. B. altershärtende nicht-rostende Stähle nehmen keine gleichmäßigen Diffusionsschichten an, insbesondere wenn die Diffusion bei niedrigen Temperaturen ausgeführt wird. Bei Temperaturen von 650°C oder weniger erhalten solche Beschichtungen eine recht rauhe Oberfläche. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung wird verbessert durch Vorplattieren mit Nickel oder Kobalt in einer Dicke von nicht mehr als etwa 2,5 µm.Some substrates such. B. age-hardening stainless steels do not accept uniform diffusion layers, in particular when the diffusion is carried out at low temperatures. At temperatures of 650 ° C or less get such coatings a pretty rough surface. The uniformity the coating is improved by pre-plating with Nickel or cobalt in a thickness of not more than about 2.5 μm.

Die Zusammensetzung von Stahl AM 355 und anderer typischer altershärtender Stähle, die erfindungsgemäß verwendet werden können, wird in ASTM Publikation Nr. DC 9d, Oktober 1967 wiedergegeben.The composition of steel AM 355 and other typical age-hardening steels, which are used according to the invention can be found in ASTM publication No. DC 9d, October 1967.

Claims

A process for diffusion coating the inner surface of cavities in a metallic workpiece accessible only through a passage of less than 5 mm in width, characterized in that a substantially uniform layer of particles consisting essentially of the whole in the Surface to be diffused metal, applied to the inner surface, by first applying a layer of a mobile dispersion of the metal particles in a solution of an organic binder in a liquid solvent and then pushes out coating compound so that the desired layer remains, and on the thus treated workpiece a diffusion coating temperature is allowed to act while the cavity is exposed through the passage to a diffusion coating atmosphere.

2. The method according to claim 1, characterized in that a passage less than 2 mm wide is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that as binder, an acrylic resin is used.

4. The method according to claim 1, characterized in that a diffusion coating atmosphere formed by a Activator in contact with the diffusion metal at Diffusion coating temperature arises, used becomes.

5. The method according to claim 1, characterized in that a workpiece made of a high temperature resistant alloy is used.

6. The method according to claim 5, characterized in that as diffusing metal aluminum or chrome or Mixtures of the two, more than twice the weight Aluminum to chromium, by weight, included, be used.

7. The method according to claim 5, characterized in that as a workpiece, a blade of a jet engine whose Cavity consists of a cooling passage inside the blade, is used.

8. The method according to claim 1, characterized in that the pushing out takes place by passing a gas stream directed against the movable coating mass such that thickened parts of the coating through the passage be transported out.

9. The method according to claim 1, characterized in that the pushing out takes place by passing the passage Negative pressure applies to the thickened parts of the coating suck.