DE69109077T2

DE69109077T2 - Aluminisieren von Gegenständen, geschützt durch ein thermisch gesperrtes Überzugssystem.

Info

Publication number: DE69109077T2
Application number: DE69109077T
Authority: DE
Inventors: Antonio Frank Maricocchi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: EP0496935A1; CA2056458A1; DE69109077D1; EP0496935B1; JPH0739635B2; CA2056458C; JPH04337081A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Nickelbasis- und Kobaltbasis-Superlegierungen und insbesondere auf Überzüge, die auf derartige Superlegierungen aufgebracht werden, um sie vor Oxidations und Korrosionsbeschadigung zu schützen.
Flugzeug-Gasturbinen (Strahl)-Triebwerke arbeiten in der Weise, daß sie Luft in das Vorderende des Triebwerkes einsaugen, diese verdichten, die verdichtete Luft mit Brennstoff mischen und das Gemisch in einer Brennkammer zünden, um ein heißes Abgas zu bilden. Das Abgas strömt durch eine Turbine, die den Luftverdichter antreibt, und tritt an dem stromabwärtigen Ende des Triebwerkes aus, um Schub zu erzeugen, der das Triebwerk und das Flugzeug nach vorne antreibt. Diejenigen Abschnitte des Triebwerkes, die mit dem heißen Abgas in Kontakt sind, durchlaufen wiederholt zyklisch sowohl hohen Temperaturen als auch hohen Beanspruchungen während des Betriebes des Triebwerkes.
Es besteht ein fortgesetztes Bestreben, immer höhere Betriebstemperaturen in den Brennkammer-, Turbinen- und Ausgangsabschnitten des Triebwerkes zu erzielen, weil höhere Betriebstemperaturen zu einem erhöhten Wirkungsgrad des Triebwerkes führen. Gegenwärtig können Betriebstemperaturen 1093ºC (2000ºF) überschreiben. Eine Hauptlösung zur Erzielung der erhöhten Betriebstemperaturen ist die Einführung und Verbesserung von Nickelbasis- und Kobaldbasislegierungen gewesen, die in der Technik "Superlegierungen" genannt werden, die bei hohen Betriebstemperaturen Festigkeit aufweisen und einer progressiven Deformation, die Kriechen genannt wird, und zyklischer Deformation, die Ermüdung genannt wird, während einer verlängerten Lebensdauer widerstehen.
Die Superlegierungen weisen zwar exzellente mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen auf, sie unterliegen aber einer starken Verschlechterung durch Oxidation und Heißkorrosion während des Betriebs. Die heißen Abgase, die große Mengen an Salzen und auch Verbrennungsprodukten enthalten können, sind besonders schädigend für die Metallegierungen und können schnell korrodieren und das Metall wegerodieren. Viele Teile der heißen Abschnitte des Triebwerkes erfordern die Aufrechterhaltung von engen Toleranzen, um effektiv zu sein, und der Verlust an wesentlichen Metallmengen durch Korrosion und Erosion heißer Gase führt zur Verminderung der Triebwerksperformance.
Da Heißkorrosion und Erosion vorwiegend an Oberflächen auftreten, die dem heißen Verbrennungsgas ausgesetzt sind, sind eine Anzahl unterschiedlicher Typen von Oberflächenbehandlungen entwickelt worden, um der Oberflächenbeschädigung zu widerstehen. Bei einer Lösung wird ein Überzug auf die Oberfläche aufgebracht. Das Überzugsmaterial wird so gewählt, daß es gegenüber heißer Oxidation, Korrosion und Erosion beständig ist. Es muß auch so ausgewählt und aufgebracht werden, daß es einer Rißbildung und schichtweisen Ablösung ("Abblättern" genannt) während wiederholter thermischer Zyklen von Umgebungstemperatur auf Betriebstemperatur widersteht.
Eine Klasse von Schutzüberzügen, die als ein "thermisches Schutzüberzugssystem bzw. TBC" (von "thermal barrier coating)" in der Technik genannt wird, ist aus einer zwei oder mehr Schichten gebildet, wobei in den vielschichtigen Fällen die eine über der anderen angeordnet ist. In einem TDC System mit zwei Schichten ist die untere Schicht oder der Verbindungsüberzug benachbart zu dem zu schützenden Superlegierungs-Substrat eine MCrAlY Legierung. Die obere Schicht oder der Decküberzug ist eine Keramik, die typisch aus einem modifizierten Zirkonoxyd gebildet ist und die einer Erosionsbeschädigung widersteht und auch das Superlegierungs-Substrat isoliert.
Es sind eine Anzahl von Techniken bekannt, um das thermische Schutzüberzugssystem auf einen Gegenstand aufzubringen. Bei einer derartigen Lösung, die als ein Beispiel dargestellt wird, wird der Verbindungsüberzug durch einen Packungs- bzw. Einbettungszementierungsprozeß aufgebracht, bei dem die Oberfläche des Gegenstandes bei erhöhter Temperatur mit einer Mischung von inerten Partikeln, einer kleinen Menge einer Aluminium enthaltenden Legierung und einem Halogenid-Aktivatormaterial in Kontakt ist. Der Verbindugnsüberzug wird durch Interdiffusion des Aluminiums von der Aluminium enthaltenden Legierung und dem Nickel in dem Gegenstand gebildet, wonach die obere Oberfläche des Verbindungsüberzugs oxidiert ist. Plasma-Sprühverfahren werden ebenfalls gelegentlich verwendet, um den Verbindungsüberzug abzuscheiden. Die obere Überzugsschicht aus Keramik wird durch physikalische Dampfabscheidung oder eine andere Keramik-Abscheidungstechnik aufgebracht, wie beispielsweise Plasma-Sprühabscheidung.
Thermische Schutzüberzugssysteme arbeiten gut und erzielen eine gute Performance in einer Vielfalt von Anwendungen in heißen Abschnitten.
Ein Problem entsteht jedoch, weil es, wenn das thermische Schutzüberzugssystem einmal in seiner Lage auf der Oberfläche eines Gegenstandes ist, schwierig ist, andere Abschnitte der Oberfläche mit einem Aluminid bzw. einer Aluminiumlegierung zu überziehen. Eine derartige Situation tritt in verschiedenen Zusammenhängen auf. Wenn beispielsweise ein Gegenstand zunächst mit dem thermischen Schutzüberzug überzogen ist und eine Notwendigkeit entsteht, ein Loch in den Gegenstand zu bohren oder einen kleinen Bereich der Oberfläche maschinell zu beseitigen, ist das Ergebnis ein freiliegender Abschnitt, der keinen Überzugsschutz hat. Wenn in einem anderen Ausführungsbeispiel ein Gegenstand, der ein aufgebrachtes thermisches Schutzüberzugssystem hat, mit einem anderen Gegenstand verbunden wird, hat der Bereich nahe der Verbindung keinen Schutzüberzug. Schließlich kann in einer üblichen Situation der thermische Schutzüberzug während der Benutzung beschädigt werden, und eine Reparatur an einer relativ kleinen Fläche des Gegenstandes ist erforderlich.
Ein Überholungsverfahren für überzogene Gasturbinentriebwerkskomponenten ist in der US-A-3 544 348 beschrieben, wonach die Komponenten von dem Triebwerk bei oder vor dem Beginn einer signifikanten Überzugseindringung entfernt werden, wie es durch den Verlust von ein oder mehr Substratkomponenten deutlich wird, erneut überzogen in einem Einbettungszementierungsprozeß von hoher Aluminiumaktivität, ohne daß der alte Überzug abgezogen wird, und anschließend wärmebehandelt, um die Bildung von Aluminiden mit einem Aluminiumgehalt zu unterstützen, der kleiner als der entsprechende von Ni&sub2;Al&sub3; ist.
Wenn die übliche Einbettungszementierungslösung zum Aufbringen des Verbindungsüberzuges auf einem Gegenstand verwendet wird, der bereits ein thermisches Schutzüberzugssystem in einer Lage über einem anderen Abschnitt der Oberfläche hat, so wird beobachtet, daß das bestehende TBC Material reißt, so daß eine kurze oder gar keine Lebensdauer in dem thermischen Schutzüberzug verbleibt. Wenn dieser Abschnitt repariert wird, dann fallen andere Bereiche des TBC Überzugs in ähnlicher Weise aus.
Es besteht ein Bedarf für eine Lösung zum Aufbringen einer Aluminid-Überzugsschicht auf einen Gegenstand, der ein bestehendes TBC System über einem gewissen anderen Abschnitt der Oberfläche des Gegenstandes hat. Die Lösung muß mit existierenden Fertigungs- und/oder Reparaturtechniken kompatibel sein und muß einen akzeptablen Nickel- oder Kobaldaluminidüberzug auf der Oberfläche des Gegenstandes erzeugen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und sorgt für weitere damit im Zusammenhang stehende Vorteile.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Aufbringen eines Aluminidüberzuges auf einen ungeschützten Abschnitt von der Oberfläche eines Gegenstandes, der bereits einen keramischen Schutzüberzug hat, wie beispielsweise einen thermischen Schutzüberzug, der über einem gewissen anderen geschützten Abschnitt vorhanden ist. Der Aluminidüberzug wird ohne Beschädigung des Keramiküberzuges aufgebracht, der sich bereits auf dem geschützten Abschnitt der Oberfläche befindet. Das Verfahren ist voll kompatibel mit bestehenden Herstellungs- und/oder Reparaturverfahren.
Gemäß der Erfindung enthält ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aluminid-Überzuges auf der Oberfläche von einem Gegenstand: Bereitstellen eines Gegenstandes mit einem Verbindungsüberzug, der über wenigstens einem Teil der Oberfläche des Gegenstandes liegt, und einem keramischen thermischen Schutzüberzug, der über dem Verbindungsüberzug liegt; und Aufbringen einer Schutzschicht auf wenigstens dem nicht überzogenen Abschnitt der Oberfläche des Gegenstandes durch Kontaktieren bei erhöhter Temperatur mit einem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial, um so den nicht überzogenen Abschnitt zu aluminisieren, wobei das Aluminid- Überzugs-Quellenmaterial eine Mischung von 15 bis 45 Gewichtsprozent einer metallischen Aluminiumquelle und den Rest keramische Teilchen aufweist, wobei das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial keinen Halogenidaktivator darin enthält.
Bei der Ausführung der Lösung gemäß der Erfindung wird der Gegenstand, der bereits einen thermischen Schutzüberzug in seiner Lage über dem überzogenen Abschnitt der Oberfläche hat, mit dem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial, wenigstens in dem nicht überzogenen Abschnitt, der überzogen werden soll, bei einer ausreichend hohen Temperatur in Kontakt gebracht, damit eine Interdiffusion zwischen-freiem Aluminium aus dem Quellenmaterial und der zu schützenden Oberfläche auftritt. Das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial ist ein Gemisch von keramischen Partikeln, vorzugsweise Aluminiumoxyd, und einer metallischen Quelle von Aluminium. Die metallische Aluminiumquelle ist in dem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial in einer Menge von 18 bis 45 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches vorhanden. Es ist kein Halogenidaktivator vorhanden.
Die vorliegende Lösung unterscheidet sich von der etablierten Packungs- bzw. Einbettungszementierungspraxis zum Aufbringen eines Nickelaluminidüberzuges auf eine vollständig unüberzogene Oberfläche in zwei wichtigen Aspekten. Erstens ist in der vorliegenden Lösung die metallische Aluminiumquelle in einer Menge von 18 - 45 % der Gesamtheit vorhanden, und vorzugsweise von 20 - 40 %, während in der konventionellen Lösung zum Abscheiden eines Überzuges durch Einbettungszementierung auf einem Nickelsubstrat die metallische Aluminiumquelle in einer Menge von nur 1 - 5 % der Gesamtheit vorhanden ist. Zweitens ist in der vorliegenden Lösung kein Halogenid vorhanden, um als ein Aktivator für den Prozeß zu wirken, während in einer Größenordnung von 0,1 % von einem Halogenid, wie beispielsweise Ammoniumfluorid, in der konventionellen Lösung vorhanden ist. Es wurde gefunden, daß, wenn die konventionelle Lösung verwendet wird, um einen Nickel-Aluminidüberzug auf die Oberfläche von einem Gegenstand aufzubringen, der bereits ein TBC System in seiner Lage hat, das Verfahren nicht erfolgreich ist, weil ein Teil des bestehenden TBC Systems abblättert während sich der neue Überzug fortschreitend bildet. Die vorliegende Lösung ist dagegen vollständig erfolgreich beim Aufbringen eines Nickelaluminidüberzuges auf einen Gegenstand, der bereits ein TBC System in seiner Lage hat.
Andere Merkmale and vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele deutlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden, die als Beispiel die Prinzipien der Erfindung darstellen.
Figur 1 ist eine Seitenansicht von einem Gegenstand mit einem thermischen Schutzüberzugssystems in seiner Lage über einem Abschnitt seiner Oberfläche;
Figur 2 ist eine Seitenansicht des gleichen Bereiches, der in Figur 1 gezeigt ist, während einer Einbettungszementierung des nicht überzogenen Abschnitts;
Figur 3 ist eine Seitenansicht des gleichen Bereiches, der in Figur 2 gezeigt ist, nachdem das Verfahren abgeschlossen ist;
Figur 4 ist eine Vergrößerung des neu überzogenen Bereiches in Figur 3; und
Figur 5 ist eine Seitenansicht von einem Bereich ähnlich demjenigen gemäß Figur 1, außer daß die Einbettungszementierung durch ein konventionelles Verfahren erfolgt ist.
Gemäß der Erfindung enthält ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aluminid-Überzuges auf der Oberfläche von einem Gegenstand, Bereitstellen eines Gegenstandes mit einem thermischen Schutzüberzugssystem, das über wenigstens einem Teil der Oberfläche des Gegenstandes liegt; Aussetzen des Gegenstandes gegenüber Bedingungen derart, daß nach dem Aussetzungsschritt ein nicht überzogener Teil der Oberfläche des Gegenstandes kein thermisches Schutzüberzugssystem darauf hat; und Überziehen von wenigstens dem nicht überzogenen Teil der Oberfläche des Gegenstandes mit einem Aluminium enthaltenden Überzug, indem der nicht überzogene Teil mit einem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial bei erhöhter Temperatur in Kontakt gebracht wird, so daß der nicht überzogene Teil der Oberfläche durch Diffusion aluminisiert wird, ohne daß der thermische Schutzüberzug auf dem Rest des Gegenstandes beschädigt wird.
Der Bedarf zur Verwendung der Lösung gemäß der Erfindung entsteht gewöhnlich, wenn ein Gegenstand 20, der durch ein thermisches Schutzüberzugssystem geschützt ist, einem gewissen Zustand oder einer Verarbeitung ausgesetzt wird, der einen Teil des thermischen Schutzüberzugssystems entfernt. Die neu freigelegte Oberfläche muß dann erneut geschützt werden oder sie kann als die Ausgangsstelle für einen vorzeitigen Fehler während des Betriebes dienen. Die bestehende Struktur des Gegenstandes 20 wird in Verbindung mit Figur 1 beschrieben als eine Hilfe beim Verständnis des Anwendungsgebietes der vorliegenden Erfindung.
Der Gegenstand 20 enthält zunächst ein Substrat 22 mit einer überzogenen Oberfläche 24. Der Gegenstand 20 kann eine Nickelbasis- oder eine Kobaltbasis-Superlegierung sein, die einen wesentlichen Nickelgehalt hat. Ein Beispiel einer Nickelbasis-Superlegierung, mit der die vorliegende Erfindung verwendet worden ist, ist Hastelloy X, die eine Zusammensetzung in Gewichtsprozent von 0,05 bis 0,10 % Kohlenstoff, 1,0 % maximal Mangan, 1,0 % maximal Silicium, 0,04 % maximal Phosphor, 0,03 % maximal Schwefel, 20,5 bis 23,0 % Chrom, 0,5 bis 2,5 % Kobalt, 8,0 bis 10,0 % Molybdän, 0,20 bis 1,0 % Wolfram, 17,0 bis 20,0 % Eisen, 0,008 % maximal Bor, Rest Nickel, hat. Die überzogene Oberfläche 24 hat einen darüberliegenden Verbindungsüberzug 26. Der Verbindungsüberzug 26 ist vorzugsweise eine MCrAlY Legierung oder eine intermetallische Nickel-Aluminidverbindung der Form NiAl, aber sie kann mit Modifizierern, wie beispielsweise Platin oder Rodium, legiert sein, die dafür bekannt sind, die Umgebungsbeständigkeit zu unterstützen. Eine obere Oberfläche 28 des Verbindungsüberzuges 26 ist normalerweise oxidiert, um eine dünne Aluminiumoxydschicht zu bilden, die in Figur 1 nicht als eine getrennte Schicht gezeigt ist. Es ist verständlich, daß ein diffusionaler Gradient zwischen dem Verbindungsüberzug 26 und dem Substrat 22 bestehen kann, obwohl eine scharfe Linie zwischen den zwei zu Darstellungszwecken gezeigt ist.
Über dem Verbindungsüberzug 26 liegt ein Decküberzug 30. Der Decküberzug 30 ist vorzugsweise Zirkonoxyd mit von sechs bis 20 Gewichtsprozent Yttriumoxid darin. Der Decküberzug kann auch mit anderen legierenden Elementen modifiziert sein und kann abgeschieden sein, um eine bestimmte Kornstruktur zu haben. Die Abscheidung des Decküberzuges 30 erfolgt normalerweise durch physikalische Dampfabscheidung oder ein anderes Verfahren, das Keramiken abscheiden kann, wie beispielsweise Plasma-Sprühen. Der Verbindungsüberzug 26 und der Decküberzug 30 bilden zusammen das thermische Schutzüberzugssystem 32.
Der Gegenstand 20 mit dem thermischen Schutzüberzugssystem 32 auf seiner Oberfläche 24 kann irgendeiner von verschiedenen Typen von Zuständen ausgesetzt werden, bei denen das thermische Schutzüberzugssystem 32 unterbrochen wird. In der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Loch 34 in den Gegenstand 20 gebohrt worden. Dieses Loch kann einen flachen Boden haben, wie es dargestellt ist, oder es kann mit unter der Oberfläche liegenden Kühlkanälen in einer typischen Turbinenschaufelanwendung verbunden sein. Das Loch hat Seiten 36, die nach dem Bohren nicht überzogen sind und deshalb ungeschützt sind gegenüber einer Umweltbeschädigung, wie beispielsweise Oxidation und Heißkorrosion in der Strömung von heißen Verbrennungsgasen.
Nicht überzogene Regionen in dem zuvor überzogenen Gegenstand 20 können auf vielen anderen Wegen ausgebildet werden. Einer ist die absichtliche maschinelle Bearbeitung der Oberfläche des Gegenstandes. Ein anderer ist ein Verbindungsprozeß, wobei der verbundene Bereich keinen keramischen Überzug oder TBC hat. Ein anderer ist eine Betriebsbeschädigung, wie beispielsweise eine Beschädigung durch Aufprall von Fremdmaterialien, beispielsweise eine Steinbeule, die entsteht, wenn ein kleiner Stein während des Betriebs in das Triebwerk eingesaugt wird. Es sind viele andere Situationen vorstellbar, die das thermische Schutzüberzugssystem 32 unterbrechen können. Die vorliegende Erfindung wird in Relation zu dem gebohrten Loch gemäß Figur 1 erörtert, aber ihre Prinzipien sind in gleicher Weise auf die anderen Situationen anwendbar.
Um de Seiten 36 des Loches zu überziehen, wird zunächst ein Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial hergestellt. Das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial ist vorzugsweise eine Mischung von zwei Komponenten. Die eine ist eine Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxyd. Die Keramik wird vorzugsweise als Partikel mit einer Größe von weniger als etwa 44 Mikrometer hergestellt (d.h. sie passen durch ein -325 Gittersieb). Die andere Komponente ist eine metallische Aluminiumquelle, vorzugsweise Aluminiumpulver. Die metallische Aluminiumquelle kann andere Typen von metallischen Pulvern sein, wie beispielsweise eine Legierung von 50 bis 70 Gewichtsprozent Titan, 20 bis 48 Gewichtsprozent Aluminium und 0,5 bis 9 Gewichtsprozent Kohlenstoff oder jede andere Metallkarbidlegierung. Die metallische Aluminiumquelle ist vorzugsweise mit einer Mischung versehen, die primär aus Teilchen mit Größen aufgebaut ist, die in dem Bereich von 45 bis 150 Mikrometer liegen, aber es sind auch kleinere und größere Größen zulässig. Die metallische Aluminiumquelle ist in einer Menge von 18 bis 45, vorzugsweise 20 bis 40, noch bevorzugter 30 Gewichtsprozent des Aluminid- Überzugs-Quellenmaterials vorhanden, wobei der Rest das Keramikpulver, vorzugsweise Aluminiumoxyd, ist. Die Keramik und die metallische Aluminiumquelle können auch in der Form von einem Band, das die Komponenten trägt, oder einer flüssigen Suspension der Komponenten oder jeder anderen brauchbaren Form geliefert werden.
Es ist kein Halogenidaktivator in dem Aluminid- Überzugsverfahren vorhanden oder benutzt. Kalogenid-Aktivatoren, wie beispielsweise Aluminiumchlorid oder Ammoniumflourid, sind üblicherweise in Einbettungs-Zementierungsverfahren zur Herstellung von Aluminidschichten in der Vergangenheit verwendet, aber es wurde gefunden, daß deren Vorhandensein während des Aluminisierungsvorganges der vorliegenden Erfindung nachteilig ist.
Das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial wird mit der nicht überzogenen Oberfläche des Gegenstandes 20 in Kontakt gebracht. Bei der in Figur 2 gezeigten Lösung wird der gesamte Gegenstand 20 in die Mischung von Keramik- und Aluminiumquellenpulvern gepackt bzw. eingebettet, wie es an der Bezugszahl 37 angegeben ist. Wenn es zweckmäßiger ist, kann die Pulvermischung gerade auf den zu überziehenden Bereich aufgebracht werden.
Nachdem das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial mit der nicht überzogenen Oberfläche in Kontakt gebracht worden ist, werden der Gegenstand 20 und das Pulvergemisch auf eine Temperatur erhitzt die genügend hoch ist, damit eine Interdiffusion zwischen der Aluminiumquelle und dem Substrat 22 an dessen Oberfläche auftritt. Ein Beispiel von einer Diffusionstemperatur ist 1079,4ºC (1975ºF). Der Vorgang wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, wie beispielsweise Argon, ausgeführt, kann aber auch in einer reduzierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Wasserstoff, durchgeführt werden. Bei dieser Temperatur scheidet sich Aluminium auf dem Substrat 22 ab und Nickel diffundiert nach außen und bildet eine Schicht aus einem nickelhaltigen Aluminid, das durch andere legierende Elemente modifiziert werden kann, die in dem Aluminid-Quellenmaterial oder dem Substrat vorhanden sind. Dadurch wird eine Schutzschicht 38 an der zuvor ungeschützten Oberfläche 34 gebildet. Figur 2 stellt die Schutzschicht während der Ausbildung dar, bevor sie ihre volle Dicke erreicht. Die Schutzschicht 38 ist wünschenswerterweise in der Größenordnung von 0,0381 bis 0,0635 mm (0,0015 bis 0,0025 Zoll) dick bei Beendigung des Verfahrens. Eine Diffusionsbehandlung von 1097,4ºC (1975ºF) für vier Stunden ist bevorzugt, um diese Dicke zu erreichen.
Figur 3 stellt den Gegenstand 20 dar, nachdem das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial entfernt worden ist. Der Gegenstand 20 behält das thermische Schutzüberzugssystem 32 auf seiner Oberfläche 24 bei, das vor der Verarbeitung gemäß der Erfindung vorhanden war. Das bestehende Überzugssystem 32 ist unbeschädigt und unbeeinflußt durch die Behandlung. Zusätzlich hat es die schützende Aluminidschicht 38 auf den zuvor ungeschützten Seiten 36 und dem Boden des Loches 34. Tests haben gezeigt, daß eine zufriedenstellende Schutzschicht 38 auf dem Boden von Löchern gebildet werden kann, die eine Lange bis zum 15fachen des Durchmessers haben. Eine ähnliche, neu ausgebildete Schutzschicht 38 ist auf jeder und allen anderen zuvor ungeschützten Oberflächen vorhanden, die mit dem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial in Kontakt waren und behandelt wurden, wie es vorstehend beschrieben ist. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, einen Decküberzug über die Schutzschicht 38 auf zubringen, aber das würde in dem Innenraum der Löcher normalerweise nicht getan werden.
Figur 4 stellt die Struktur der Schutzschicht 38 auf dem Substrat 22 mit größeren Einzelheiten dar. Wenn das Substrat 22 eine Nickelbasis-Superlegierung ist, kann die Schutzschicht 38 eine äußere Schicht 40 aus Keramik (Aluminiumoxyd)-Partikeln 42 sein, die in einer interdiffundierten Schicht 44 aus Nickel, Aluminium und anderen Elementen eingebettet sind, die vorhanden sein können. Wenn das Substrat 22 eine Kobaltbasis-Superlegierung ist, kann die Schutzschicht 38 eine äußere Schicht 40 aus Keramik (Aluminiumoxyd)-Parikeln enthalten, die in einer interdiffundierten Schicht 44 aus Aluminium, Kobalt und anderen Elementen eingebettet sind, die vorhanden sein können. (Die Partikel 42 sind in der Packungs- bzw. Einbettungsmischung vorhanden und bleiben in dem interdiffundierten Bereich der Schutzschicht 38). Eine äußere Oberfläche 46 der Schicht 44 ist normalerweise oxidiert, um eine Aluminiumoxydschicht zu bilden. Die äußere Oberfläche 46 der Schicht 44 ist normalerweise durchschnittlich rauh aufgrund des Vorhandenseins der Partikel 42 an der Oberfläche. Wenn das Substrat eine Nickelbasis-Superlegierung ist, ist eine innere Schicht 48 interdiffundiertes Aluminium, Nickel oder andere Elemente, die vorhanden sein können, und wenn das Substrat eine Kobaltbasis-Superlegierung ist, ist eine innere Schicht 48 interdiffundiertes Aluminium, Kobalt oder andere Elemente, die vorhanden sein können. Die Schicht 44 und die innere Schicht 48 enthalten zusammen einen Bereich von Aluminid, der behilflich ist bei der Ausbildung der Aluminiumoxyd- Oberflächenschicht und der Diffusionsbarriere gegenüber der Diffusion von Elementen aus dem Verbrennungsgas nach innen in das Substrat 22.
Es ist bekannt, Packungs bzw. Einbettungszementierungstechniken anzuwenden, um einen Verbindungsüberzug oder eine Nickel-Aluminidschicht auf die Oberfläche von einem Gegenstand aufzubringen. Diese Techniken sind beispielsweise in US-A-3 415 672; 3 540 878; 3 598 638; 3 617 630 und 3 718 962 beschrieben.
Bei diesen Techniken wird eine Mischung von einer aluminiumhaltigen metallischen Legierung, einem Aluminiumoxidpulver und einem Halogenid-Aktivator bei erhöhter Temperatur mit der Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes in Kontakt gebracht, wodurch eine Interdiffusion der aluminiumhaltigen Legierung und der Oberfläche des Gegenstandes entsteht. Das Ergebnis ist ein Nickel-Aluminid-Oberflächenüberzug.
Wenn eine Lösung in dem Bestreben verwendet wird, eine Schutzschicht auf einem Gegenstand auszubilden, der zuvor mit einem thermischen Schutzüberzugssystem überzogen worden ist, ist das Ergebnis in Figur 5 gezeigt. Die Schutzschicht 38 ist erhalten, aber der Abschnitt des Decküberzuges 30 des thermischen Schutzüberzugssystems 32 ist vollständig unterbrochen und als ein Schutz gegen Oxidation und Korrosionsbeschädigung an dem Gegenstand nutzlos. Der Unterschied von dieser konventionellen Lösung und der erfindungsgemäßen Lösung wird in zwei Bereichen gefunden. Erstens besteht die übliche Praxis der konventionellen Lösung darin, eine sehr kleine Menge an Aluminium in dem Aluminid- Überzugs-Quellenmaterial zu verwenden, typisch in der Größenordnung von etwa 3 Gewichtsprozent, wenn der Überzug auf Nickelbasis-Legierungen aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Lösung verwendet etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent. Zweitens erfordert die konventionelle Lösung den Einschluß von wenigstens 0,1 Gewichtsprozent des Halogenid-Aktivators, während die erfindungsgemäße Lösung keinen Halogenid-Aktivator benutzt. (Einbettungs-Zementierungsgemische für Kobaltlegierungen können sogar 40 Gewichtsprozent der Quellenmischung haben, sie verwenden aber einen Aktivator.)

Claims

1. Verfahren zum Bereit stellen eines Aluminid- Überzuges auf der Oberfläche von einem Gegenstand, enthaltend:

Bereitstellen eines Gegenstandes min einem Verbindungsüberzug, der über wenigstens einem Teil der Oberfläche des Gegenstandes liegt, und einem keramischen thermischen Schutzüberzug, der über dem Verbindungsüberzug liegt, und

Aufbringen einer Schutzschicht auf wenigstens dem nichtüberzogenen Abschnitt der Oberfläche des Gegenstandes durch Kontaktieren bei erhöhter Temperatur mit einem Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial, um so den nichtüberzogegenen Abschnitt durch Diffusion zu aluminieren, wobei das Aluminid-Überzugs-Quellenmaterial eine Mischung von 18 bis 45 Gewichtsprozent einer metallischen Aluminiumquelle und den Rest keramische Teilchen aufweist, wobei das Aluminid-Überzugs- Quellenmaterial keinen Halogenidaktivator darin enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminid- Überzugs-Quellenmaterial 20 bis 40 Gewichtsprozent von einer metallischen Aluminiumquelle enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand aus einer Nickel-Basis-Superlegierung hergestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die metallische Aluminiumquelle Aluminiummetall und eine Metallkarbid- Legierung, eine Aluminium enthaltende Legierung ist oder in der Form einer Aluminium enthaltenden Flüssigkeit vorliegt und die keramischen Teilchen Aluminiumoxidteilchen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die metallische Aluminiumquelle etwa 30 Gewichtsprozent des Aluminid- Überzugs-Quellenmaterials ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die metallische Aluminiumquelle in der Form von einem Pulver vorliegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 zum Bereitstellen eines Aluminid-Überzugs-Quellenmaterials auf der Oberfläche von einem Gegenstand, enthaltend:

Bereitstellen eines Gegenstandes mit einem Verbindungsüberzug, der über wenigstens einem Teil der Oberfläche des Gegenstandes liegt, und einem keramischen thermischen Schutzüberzug, der über dem Verbindungsüberzug liegt,

Aussetzen des Gegenstandes gegenüber Bedingungen, sodaß, nach dem Aussetzungsschritt, ein nichtüberzogener Abschnitt der Oberfläche des Gegenstandes kein thermisches Schutzüberzugssystem darauf hat, und

Überziehen wenigstens des nichtüberzogenen Abschnittes der Oberfläche des Gegenstandes mit einem Aluminium enthaltenden Überzug durch Kontaktieren des nichtüberzogenen Abschnittes mit einem Aluminid-Überzugs- Quellenmaterial bei erhöhter Temperatur, sodaß der nichtüberzogene Abschnitt der Oberfläche durch Diffusion aluminiert wird, wobei das Aluminid-Überzugs- Quellenmaterial keinen Halogenidaktivator darin enthält, ohne Beschädigung des thermischen Schutzüberzuges auf dem Rest des Gegenstandes.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Überziehens ausgeführt wird durch Kontaktieren wenigstens des nichtüberzogenen Abschnittes der Oberfläche des bearbeiteten Gegenstandes mit einem Aluminid-Überzugs- Quellenmaterial, das eine Mischung von 20 bis 40 Gewichtsprozent von einer metallischen Aluminiumquelle und den Rest keramische Teilchen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Aussetzens enthält, daß der Gegenstand in Gebrauch genommen wird, so daß ein Teil des thermischen Schutzüberzugsystems während des Gebrauchs verloren geht, so daß der Schritt des Überziehens eine Reparatur der Oberfläche des Gegenstandes bildet.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Aussetzens enthält, daß der Gegenstand in einem Fertigungsvorgang bearbeitet wird, der zur Folge hat, daß ein Teil der Oberfläche des Gegenstandes kein thermisches Schutzüberzugssystem darauf hat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bearbeitens enthält, daß ein Teil der Oberfläche des Gegenstandes entfernt wird, um eine neue, nichtüberzogene Oberfläche hervorzurufen.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bearbeitens den Schritt enthält, daß der Gegenstand, der das thermische Schutzüberzugssystem aufweist, mit einem anderen Gegenstand verbunden wird.