DE3540255A1

DE3540255A1 - Verfahren zur herstellung einer dispersionsgehaerteten metall-legierung

Info

Publication number: DE3540255A1
Application number: DE19853540255
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Huether; Wolfgang Dr Ing Betz; Gerhard Andrees
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1985-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1987-07-23
Also published as: JPS62120412A; US4728359A; EP0223196A2; EP0223196A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen, ins besondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metalli sche Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension ein gebaut werden.

Es ist bekannt, daß durch eine gleichmäßige und feine Ver teilung von harten, insbesondere oxidischen Teilchen in metallischen Legierungen deren Widerstand gegen Verformungen insbesondere bei Nutzung von Bauteilen unter höheren Betriebstemperaturen, erheblich ge steigert werden kann. Ein Übersichtsaufsatz ist zum Stand der Technik in "Materials Engineering" 1982, Februar-Heft, Seite 34-39 erschienen.

Das wesentliche Problem bei der Herstellung solcher Legierungen liegt in der Erzeugung einer geeigneten Verteilung der harten Partikel in der metallischen Matrix. Die Abstände zwischen den Partikeln müssen hinreichend klein und gleichmäßig sein und der Volumen anteil der harten Partikel muß begrenzt werden.

Man geht daher zum Einbringen der harten Partikel in die Metallmatrix auch wie folgt vor:

Durch mechanisches Legieren, d. h. Einmahlen der Oxidpartikel in eine Legierung, ständiges Verschweißen und Zerbrechen von Metall- und Oxidkörnern in einer Hochenergiemühle, Kugelmühle, Attritor o. ä. wird ein Pulver hergestellt, das die Oxidpartikel in der ge wünschten Feinheit und Verteilung enthalten soll. Das Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und gestattet keine ausreichende Homogenität und Reproduzierbarkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her stellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen anzu geben, das in einfacher Weise zu homogeneren Pulvern und der gewünschten Partikelverteilung in der Matrix und somit zu hochtemperaturfesten Bauteilen führt.

Die Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 beschrieben. Weitere Merkmale der Erfindung können der Beschreibung und Darstellung eines Ausführungsbeispiels entnommen werden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein metallisches Pulver mit Oxideinlagerungen erzielt wird, das reproduzierbare Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Homogenität der Partikelverteilung und damit der Dispersionshärtung aufweist. Das so erhaltene Metallpulver kann nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren zu kompakten Formkörpern verarbeitet werden.

Ausführungsbeispiel

Eine Lösung chemischer Verbindungen von Metallen wie z. B. Nickel-Basis-Legierungen, insbesondere eine Le gierung, die Nickel-Chrom im Verhältnis 80 : 20 ent hält, und Zusätze, wie Aluminium, Titan, Kobalt, wird in HCl gelöst und eine Lösung mit 75 Vol.% Y₂O₃ oder ThO₂ von einer Korngröße kleiner 0,1 µm gemischt.

Damit in der chemischen Lösung keine Agglomeration der Oxidpartikel auftritt, werden diese durch Absorption gleichnamig geladener Moleküle, also elektrisch aufge ladener Partikel gleicher Polarität, getrennt und in der Lösung in Schwebe gehalten. Dazu erfolgt eine Zu gabe von Deglomerationsmitteln, wie z. B. tri-Natrium orthophoshat oder Aluminiumnitrat.

Der so entstandene Schlicker wird dann im Rieselturm verdüst und entweder direkt in den Reaktionsraum über führt oder erst getrocknet und in einem weiteren Reaktionsgefäß in Metallpulver mit Oxideinlagerungen um gewandelt.

Das so erhaltene Metallpulver kann danach mit bekannten pulvermetallurgischen Verfahren zu kompakten Körpern gewünschter Form verarbeitet werden, z. B. durch Spritz gießen, Spritzpressen, Strangpressen, Extrudieren, Sintern, Kaltisostatpressen, Heißisostatpressen. Die Wahl des Verdichtungsverfahrens richtet sich dabei vor allem nach dem Einsatzzweck des Endprodukts, insbesondere eines hochtemperaturfesten Bauteils, z. B. ist ent scheidend die Form und Größe des Endprodukts und welche mechanischen oder sonstigen Festigkeiten gewünscht sind, aber auch welche Dichte und Oberflächengüte erforderlich ist.

Abwandlungen der beschriebenen und dargestellten Ver fahrensschritte können selbstverständlich vorgenommen werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu ver lassen, wenn man gleiche Pulver- oder Bauteileigenschaf ten erzielt und das Verfahren der Partikel-Abstoßung in kolloidaler Lösung hierbei angewandt wird.

Die Erfindung ist auch nicht auf die im Beispiel ange gebene Metall-Legierung beschränkt, sondern selbstver ständlich sind auch andere Werkstoffe, insbesondere andere Nickelbasis-Legierungen oder Superlegierungen geeignet, die Metallmatrix zu bilden. Auch andere Zu sätze,als oben erwähnt, können angewandt werden. Chemi sche Lösungsmittel für die metallischen Werkstoffe, die Verdüsungsvorrichtungen und -Parameter, sowie die Rückumwandlung (Reduktion) in Metalle, die dann in Pulverform vorliegen, sind an sich bekannt.

Die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Legierung ist vor allem im Motoren- und Turbinenbau vorgesehen, z. B. für Fluggasturbinenschaufeln.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen, insbesondere für hochtemperatur feste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination

a) die metallischen Bestandteile zunächst als Salz lösung vorliegen,
b) der Lösung die Partikel der zweiten, mit den metallischen Bestandteilen und deren Salzlösung nicht reaktiven Phase zugemischt werden,
c) ein Deglomerationsmittel zugegeben wird,
d) die Lösung verdüst wird und
e) nach Entfernen des Lösungs-Mittels eine Reduktion zu Metall erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoffe Metallsalze oder Gemische von Salzen der Metalle einer Ni-Legierung verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß als Partikel der zweiten Phase Y₂O₃ oder ThO₂ verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in einer Größe von etwa 0,01 µm bis etwa 0,1 µm und in einer Menge bis zu 75 Vol.% bezogen auf den Grundwerkstoff verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als Deglomerationsmittel Aluminiumphosphat oder tri-Natriumphosphat verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Salzlösung eine Ni-Cr-Legierung 80/20 in HCl gelöst, verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lösung eine Ni-Basis-Legierung, die Cr, Co, Al, Ti enthält, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das in einem Rieselturm verdüst oder versprüht und in den Reaktionsraum zur Reduktion in Metallpulver überführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das in einem Rieselturm verdüst oder versprüht, dann getrocknet und danach in einem Reaktionsgefäß zu Metallpulver reduziert wird.