DE3145236A1 - "verfahren zur herstellung von verformungsbestaendigen, oxidischen schutzschichten" - Google Patents

"verfahren zur herstellung von verformungsbestaendigen, oxidischen schutzschichten"

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DE3145236A1 DE19813145236 DE3145236A DE3145236A1 DE 3145236 A1 DE3145236 A1 DE 3145236A1 DE 19813145236 DE19813145236 DE 19813145236 DE 3145236 A DE3145236 A DE 3145236A DE 3145236 A1 DE3145236 A1 DE 3145236A1
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Description

■:- " 3H5.236
gü/sd
M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft \
München, 9. November 1981
Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen, oxidisehen Schutzschichten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen, oxidischen Schutzschichten auf Werkstücken.
Viele metallische Werkstoffe bilden in oxidierender Atmosphäre an ihren Oberflächen oxidische Deckschichten aus, die eine beachtliche Schutzwirkung gegenüber Oxidation und Korrosion besitzen können.
Auch ihre Wirkung als Wärme- und Diffusions- bzw. Permeationssperrschichten ist von Bedeutung.
Bekannte Beispiele für die Bildung sehr dichter, gutdeckender Schichten sind Aluminium sowie austenitische Stähle, deren ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf solchen Mechanismen beruhen.
Oxidische Deckschichten sind jedoch in der Regel spröde, so daß sie keine größeren plastischen Verformungen ertragen können. Andererseits vermögen sie je nach strukturellem Aufbau und Schichdicke durchaus beachtliche, elastische Spannungen aufzunehmen. Ihre theoretische Reinfestigkeit ist infolge starker Bindung hoch und die Belastbarkeit einer
7.2095
-A-
Schicht kommt diesem Wert um so naher, je ärmer sie an Fehlstellen ist. Mechanisch oder thermisch induzierte plastische Formänderungen des Grundinateri als können also von der Schicht nur insoweit rißfrei verkraftet werden, als sie unter Berücksichtigung des Schicht-E-Moduls einer linearelastischen Spannung unterhalb der praktischen Reißfestigkeit entsprechen. Darüber hinausgehende Gesamtverformungen lösen Rißbildungen in der Schicht aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem oxidische Schutzschichten hergestellt werden können, die hohen Verformungen und Temperaturänderungen ausgesetzt werden können, ohne daß es dabei
zu einer Rißbildung der Schutzschicht kommt. 15
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst auf der Werkstückoberfläche eine Oxidschicht erzeugt wird, die anschließend einem Rißbildungsprozeß unterworfen wird, und daß nach einer Zwischen-Wärmebehandlung ein Nachoxidationsprozeß durchgeführt wird und dadurch die Risse ausgeheilt werden.
Bei diesem Verfahren füllt das neuentstehende Oxid im N'achoxidati onsprozeß die Zwischenräume bzw. die Risse aus ·" und setzt die ursprünglich entstandenen und durch die Risse aufgetrennten Schichtanteile unter Druckspannung. Hiermit wird erreicht, daß der nutzbare-elastische-Verforniungsbereich der Schutzschicht erheblich ausgedehnt wird und daß dadurch die Schicht eine größere Gesamtver-
formung rißfrei ertragen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich bei oxidischen Deckschichten die stoffbedingte Sprödigkeit unterlaufen und damit lassen sich derartige Schutzschicht -
systeme technisch nutzbar machen.
7.2095
PP.11.1091
3H5236
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner generell im Zusammenhang mit jeder Oxidationsmethode anwendbar. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Oxidationsprozeß vorgezogen, der unter Anwendung eines niedrigen Oxidationspotentials durchgeführt wird.
Unter diesen Bedingungen werden sehr dichte Schichten erzeugt, so daß in Verbindung mit dem Rißbildungs- und Nachoxidationsprozeß eine hochwertige Schicht erzeugt wird, die außer einer hohen thermischen und mechanischen Beständigkeit zu haben, einenausgezeichnetenDiffusions- und Perrneationsschutz bewirken.
Die Rißbildung kann vorzugsweise durch rasche Tomperaturänderungen hervorgerufen werden, wie sie bei An- und Abfahrvorgängen in Komponenten thermischer Anlagen auftreten. Während der Abfahrvorgänge entstehen sehr viele Risse mit einem charakteristischen Abstand, der von den über die Grenzfläche Schicht/Grundwerkstoff in die Schicht eingeleiteten Schubspannungen (abhängig von der Haftfestigkeit), der Reißspannung der Schicht und den Spannungs-Dehnungs-Beziehungen der miteinander in Kontakt stehenden Komponenten des Verbundkörpers abhängt.
Die Rißbildung der oxidischen Schutzschicht kann auch durch Druckänderungen auf mechanischem Wege eingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach der Rißbildungsphase, eine Zwischenglühung in nichtoxidierender Atmosphäre durchgeführt.
Hierdurch kann die unterhalb der Oxidschicht eingetretene Verarmung derjenigen Legierungskomponento, die oxidiert bzw. bevorzugt oxidiert worden ist, wieder ausgeglichen werden.
7.2095
09-11.19Rl
-G-
Das hat den Vorteil, daß bei dem folgenden Oxidationsschritt das gleiche Oxid mit gleichen Gitterparameterη und gleichen Wachstumsformen wie da's der ursprünglichen Oxidschicht gebildet wird. Damit wird vermieden, daß mit verschiedenen Oxidationsschritten die Rißanfälligkeit sogar erhöht wird, was bei einer inhomogenen Oxidschicht oer Fall sein würde.
Mit Chrom- oder Aluminiumoxid bildenden Legierungen wird bevorzugt eine Wasserstoffatmosphäre für die ■Zwischenglühung verwendet.
Die Verwendung einer Wasserstoffatmosphäre bei Vorliegen von Schichten aus schwerreduzierbaren Oxiden wie Cr„0 oder Al2 0O bringt den Vorteil mit sich, daß die bei der Oxidation technischer Legierungen bis zu einem gewissen Grade immer mitgebildeten leichter reduzierbaren Oxide, wie die Eisenoxide und NiO, weitgehend ausgeschaltet werden können.
Es wird ferner vorgeschlagen, daß der Rißbildungsprozeß und der Nachoxidationsprozeß im Wechsel mindestens einmal wiederholt wird.
Hierdurch wird der Rißabstand verkleinert und damit die Flastizität der Gesaintschi efrt entsprechend vergrößert.
Π e i s ρ i e 1
Es wurden die Rohrschlangen eines Wärmetauschers aus dem Werkstoff X 10 NiCrAlTi 32 20 (DIN Werkstoff-Nr. 1.4876) wie folgt behandelt.
1. Die Rohrschlangen wurden in einem etwa 4-stündigen Voroxidationsprozeß bei 950°C unter Normaldruck in einer ca. 20 mbar Wasserdampf enthaltenden Argon-Atmosphäre
7.2095
09.11.1"Rl
- ■'■■" ■-=- - 3U5236
] unterworfen. Hiermit wurde eine 2 bis 3 zcrn dicke
Oxidschicht erzeugt, die im wesentlichen aus Chromoxid bestand.
2. Die Rohre wurden dann auf 100 bis 200'C abgekühlt und anschließend rasch auf ca. 950°C erhitzt, wobei eine gleichzeitige Rißbildung erfolgte. Gleichzeitig wurde dem Argon bis zur völligen Substitution Wasserstoff zugemischt.
3. Nach ca. 2 Stunden wurden der Atmosphäre wieder 20 mbar Wasserdampf zugesetzt und damit eine 4-stündige Nachoxidation unter gleichen Bedingungen, wie die der Voroxidation, durchgeführt. Der Wasserstoff kann dabei teilweise oder vollständig wieder durch Argon ersetzt werden.
4. Die Verfahrensschritte 2 und 3 wurden danach ein Mal wiederholt.
Hierdurch wurde eine temperaturwechselfeste und gasdichte Oxidschicht erzeugt. Der Rißabstand lag im yU.^ -Bereich.
Durch weitere Wiederholungen der Verfahrenschritte 2 und 3 kann die Rißfestigkeit der Oxidschicht aufgrund weiterer Abnahme der Rißabstände weiter gesteigert werden.
7.2095
09.11.1981

Claims (1)

  1. 3H5236
    gü/sd
    M.Λ.Μ. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesel1 schaft
    München, 9. November 1981
    Patentansprüche 10
    .1; Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen, oxidischen Schutzschichten auf Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst
    , r- auf der Werkstückoberfläche eine Oxidschicht Ib
    erzeugt wird, die anschließend einem Rißbildungsprozeß unterworfen wird, und daß nach einer Zwischen-Wärmebehandlung ein Nachoxidationsprozeß durchgeführt wird und dadurch die Risse ausgeheilt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsprozeß unter Anwendung eines niedrigen Oxidationspotentials durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rißbildung der oxidischen Schutzschicht durch rasche Temperaturänderungen hervorgerufen wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Rißbildung der oxidischen Schutzschicht durch Druckänderungen hervorgerufonwird.
    7.2095
    3U5236
    -Z-
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
    sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Rißbildungsphase eine Zwischenglühung in nichtoxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Chrom- oder Aluminiumoxid bildenden Legierungen die Zwisehenglühung unter einer Wasserstoff atmosphäre durchgeführt wird.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rißbildungsprozeß und der anschließende Nachoxidationsprozeß
    mindestens einmal wiederholt wird. 15
    7.2095 09.11.1981
DE3145236A 1981-11-13 1981-11-13 Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen oxydischen Schutzschichten Expired DE3145236C2 (de)

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