DE3935957C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung des Hauptpatents bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung galvanisch abgeschiedener Heißgaskorrosionsschichten mit in einer Kobalt- und/oder Nickelmatrix eingebauten Metallegierungsparti­ keln, bei dem ein den Matrixwerkstoff enthaltender Elektrolyt mit einer Suspension aus chrom- und/oder aluminiumhaltigem Metallegie­ rungspulver versetzt ist.

Zur Verbesserung der Struktur und Oberflächenqualität der Heißgas­ korrosionsschichten mit einer Kobalt- und/oder Nickelmatrix war die Aufgabe des Hauptpatentes ein Dispersionsbeschichtungsverfahren anzu­ geben, bei dem unter geringem Verfahrensaufwand eine gleichmäßige, qualitativ hochwertige Heißgaskorrosionsschicht erzielbar ist, die eine Einbaurate von über 40 Vol.-% des Suspensionspulvers in der Me­ tallmatrix aufweist.

Es wurde im Hauptpatent vorgeschlagen, daß das Metallegierungspulver eine Chrom- oder Aluminiumbasislegierung ist und kugelige Form und eine passivierte Oberfläche aufweist und nach dem Abscheiden der Kobalt- und/oder Nickelschicht mit den eingelagerten Legierungsparti­ keln eine Wärmebehandlung zur Legierungsbildung erfolgt.

Bei diesem Verfahren treten nachteilig unerwartete Einbrüche in der Qualität in bezug auf Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und der Einbau­ rate des Metallegierungspulvers in der abgeschiedenen Metallmatrix auf. Es werden erhebliche Einbauratenunterschiede zwischen Oberseite und Unterseite, sowie zwischen Oberseite und Seitenteilen festge­ stellt.

Bei entsprechenden Vergleichsversuchen wurde überraschenderweise ge­ funden, daß vertikal im Elektrolytbad angeordnete Oberflächenbereiche eine geringe Einbaurate mit unter 10 Vol.-% an Metallegierungspulver aufweisen und daß dies sowohl im rotierenden als auch im Gasblasen durchströmten stehenden Elektrolytbad auftritt.

Bei horizontal angeordneten Bauteilen wurde auf der Bauteilunterseite ebenfalls eine Einbaurate kleiner 10 Vol.-% an Metallegierungspulver festgestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es, sowohl mikroskopische Agglomerationen von Metallegierungs­ partikeln in der abzuscheidenden Metallmatrix, als auch eine partielle Ausdünnung von Metallegierungspartikeln in der Schicht in einzelnen Oberflächenbereichen zu vermeiden und eine gleichmäßige Zusammenset­ zung der Schicht mit über 40 Vol.-%-Anteil der Metallegierungs­ partikel in der Schicht zu erzielen und eine Schichtdickenvariation auf dem Bauteil zu minimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die zu beschichtenden Bauteile mit ihren Beschichtungsflächen horizontal in einem Gasblasen durch­ mischten stehenden Elektrolytbad angeordnet sind und um eine hori­ zontale Achse gedreht werden.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß eine Vergleichmäßigung der Einbau­ rate und der Schichtdicke zwischen Bauteiloberseite und Bauteilunter­ seite erreicht wird.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, in einem Drehzahl­ bereich zwischen 2 Umdrehungen/Minute und 10 Umdrehungen/Minute die Abscheidung durchzuführen. Dieser Bereich hat den Vorteil, daß perio­ disch auftretende mikroskopische Einbauratenunterschiede zwischen Ober- und Unterseite vermieden werden, wie sie bei Drehzahlen unter 2 U/min auftreten und daß ein Abfall der Einbaurate unter die 40 Vol.-%-Grenze nicht auftritt solange die Drehzahl 10 U/min nicht über­ steigt.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß als Ma­ trixmaterial Kobalt und Nickel im stöchiometrischen Molverhältnis von 1 : 1 abgeschieden werden.

Vergleichsversuche zeigten unerwartete Vorteile für diese stöchiome­ trische Abscheidung gegenüber einer reinen Kobalt-Matrix-Abscheidung. Es konnte die Abscheidegeschwindigkeit mehr als verdoppelt werden, da überraschenderweise die kritische Stromdichte, bei der die Schichtqua­ lität bereits wieder abfällt, mehr als verdoppelt werden konnte. Bei reiner Kobalt-Matrix-Abscheidung würde bei der Verdoppelung der kri­ tischen Stromdichte eine verminderte Einbaurate an Metallegierungs­ pulver und eine rauhere Schichtoberfläche an exponierten Stellen des Bauteils wie beispielsweise Kanten, Spitzen, Rundungen oder Graten gegenüber anderen Oberflächenbereichen auftreten.

Eine bevorzugte Ausführung des Abscheideverfahrens sieht für eine stöchiometrische Kobalt-Nickel-Matrix eine Stromdichte von 500 bis 800 A/m² vor, was vorteilhaft eine hohe Abscheidungsrate zwischen 100 µm/h und 150 µm/h bewirkt. Dabei wird vorteilhaft eine Schichtdic­ kenvariation von kleiner 10% erreicht und die Einbaurate von Metallegierungspulver auf 45 Vol.-% erhöht.

Im folgenden wird ein Anwendungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

In einem Elektrolytbad der Zusammensetzung:

- 320 g/l NiSo₄ · 6H₂O
- 30 g/l CoSO₄ · 6H₂O
- 50 g/l NiCl₂ · 6H₂O
- 35 g/l H₃BO₃
- 20 g/l CrAlY (Metallegierungspulver, Korngröße < 10 µm)

wird eine Turbinenschaufel mit ihrer Längsachse horizontal eingetaucht und um ihre Längsachse mit 10 U/min gedreht. Dabei wird eine geregelte Gleichstromdichte von 800 A/m² auf das Bauteil aufgeschaltet. Inner­ halb von 60 Minuten scheidet sich eine Schicht aus 50 Mol.-% Kobalt und 50 Mol.-% Nickel mit Einlagerungen von CrAlY-Partikeln der Zusam­ mensetzung 71 Mol.-% Cr, 27 Mol.-% Al, und 2 Mol.-% Y in einer gleich­ mäßigen Schichtdicke auf der Ober- und Unterseite der Schaufel von 140 ± 10 µm bei einem gleichbleibenden Einbauanteil von 45 Vol.-% CrAlY-Partikeln ab.

Zur Verbesserung der Schichtqualität können Netzmittel, Grundglänzer oder andere Glanzmittelzusätze dem Abscheidungsbad zugesetzt werden. Im obigen Beispiel wurde 0,4 g/l o-Benzolsäuresulfimin, 0,2 g/l Butin-(2)-diol (1,4) und 3 ml/l Natriumlaurylsulfat zusätzlich im Abscheidebad gelöst.

In einer anschließenden Wärmebehandlung bei 1050°C für 15 Stunden diffundieren die Matrixelemente Kobalt und Nickel ineinander und in die Oberflächen der CrAlY-Partikel, sowie in die Oberfläche des Grund­ werkstoffes des Bauteils, der sich in diesem Beispiel aus folgenden Legierungsbestandteilen zusammensetzt:

0,15% Kohlenstoff
10,0% Chrom
15,0% Kobalt
3,0% Molybdän
4,7% Titan
5,5% Aluminium
0,05% Zirkonium
0,015% Bor
1,0% Vanadium
Rest Nickel

Mit den obenangegebenen Parametern wurden auch Turbinenschaufeln mit nachfolgender Zusammensetzung erfolgreich beschichtet:

9,0% Chrom
5,0% Kobalt
9,5% Wolfram
2,9% Tantal
0,7% Niob
5,5% Aluminium
1,8% Titan
0,03% Kohlenstoff
Rest% Nickel

Claims (4)

1. Verfahren zur Erzeugung galvanisch abgeschiedener Heißgaskorro­ sionsschichten mit in einer Kobalt- und/oder Nickelmatrix einge­ bauten Metallegierungspartikeln, bei dem ein den Matrixwerkstoff enthaltender Elektrolyt mit einer Suspension aus chrom- und/oder aluminiumhaltigem Legierungspulver versetzt ist, wobei das Metall­ legierungspulver eine Chrom- oder Aluminiumbasislegierung ist und eine kugelige Form und eine passivierte Oberfläche aufweist und nach dem Abscheiden der Kobalt- und/oder Nickelschicht mit den eingelagerten Legierungspartikeln eine Wärmebehandlung zur Legie­ rungsbildung erfolgt nach DE-PS 38 15 976, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtenden Bauteile mit ihren Be­ schichtungsflächen in einem Gasblasen durchmischten stehenden Elektrolytbad angeordnet sind und um eine horizontale Achse ge­ dreht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bau­ teile mit einer Drehzahl im Bereich von 2 bis 10 U/min gedreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialwerkstoff aus Kobalt und Nickel in einem stöchiometrischen Molverhältnis von 1 : 1 abgeschieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile mit einer Stromdichte zwischen 500 und 800 A/m² beauf­ schlagt werden.