DE69704010T2

DE69704010T2 - Verfahren zur Beschichtung eines Substrates aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis

Info

Publication number: DE69704010T2
Application number: DE69704010T
Authority: DE
Inventors: Marie-Caroline Dumez; Jean-Pierre Huchin; Rose Marie Marin-Ayral; Didier Perraud; Jean-Claude Tedenac
Original assignee: SNECMA Services SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: FR2752540B1; US5954895A; JPH10237507A; DE69704010D1; EP0825275A1; EP0825275B1; CA2207827A1; JP4036925B2; FR2752540A1; CA2207827C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Turbotriebwerk-Teils.
In zahlreichen Anwendungen wird bekanntlich die Lebensdauer von Teilen verbessert, indem in bestimmten Bereichen eine Beschichtung aufgebracht wird, so dass die Oberflächeneigenschaften in diesem Bereich entsprechend den Belastungen oder speziellen Berührungen verbessert werden. Beispiele für Oberflächenbehandlungstechniken dieser Art sind in FR-A-2 397 259 beschrieben, wo vorgesehen ist, durch Schmelzschweißen eine Beschichtung mit einer Legierung, die gegen Rissbildungen am Ende einer Schaufel fest ist, und dann eine Beschichtung mit einer Legierung, die hart ist und/oder gegen Oxidations-Korrosion fest ist, aufzubringen. Aus FR-A-2 511 908 ist auch ein Beschichtungsverfahren durch Diffusionslöten bekannt, bei dem auf ein Substrat aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis ein Elementarteil in Form eines vorgesinterten Rohlings aufgebracht werden kann, welches aus einer Mischung von zwei Pulvern gebildet wird, von denen das eine, Auftragspulver genannt, in der Mischung mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 25% vorhanden ist und eine Nickelbasis, Chrom- und Bar- oder Nickelbasis, Kobaltbasis, Silicium- und Borbasis enthält. Ferner umfasst gemäß US-A-4 705 203 ein Verfahren zur Reparatur von Oberflächenschäden an Teilen aus einer Superlegierung aus einem Plasmaflammspritzen von zwei aufeinanderfolgenden Beschichtungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, sodann eine Wärmebehandlung, in deren Verlauf nur die erste Beschichtung geschmolzen wird und sodann die Oberflächenbeschichtung entfernt wird.
Aus PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 4, Nr. 129-(C-024) vom 10. September 1980 und aus JP-A-55 082 762 von HITACHI vom 21. Juni 1980 ist ein Verfahren zur Beschichtung einer Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis durch Bildung einer intermetallischen Zusammensetzung bekannt, die durch Abscheidung unter Vakuum oder durch Ionenbeschuss- Zerstäubung und nachfolgende Wärmebehandlung erfolgt.
In GB-507 341 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit einer intermetallischen Zusammensetzung auf der Oberfläche eines metallischen Substrats beschrieben, wobei ein in einer Pulverbett eingetauchtes Werkstück einer Diffusionsbehandlung unterzogen wird.
Die in FR-A-J2 51.1 908 beschriebenen Herstellungstechniken schreiben insbesondere die Verwendung einer homogenen Pulvermischung vor, um ein gesintertes, selbstlötbares Material zu schaffen, das verwendet werden kann, um in einem bestimmten Bereich des Stücks aus Superlegierung eine Lötverbindung herzustellen. In diesem Fall muss die maximale Betriebstemperatur des Superlegierungsteils deutlich geringer sein als die Löttemperatur.
Es wurden auch Forschungen betrieben um Verfahren zur Synthese metallischer oder intermetallischer oder keramischer Werkstoffe durch selbstausbreitende Verbrennung zu entwickeln. In US-4 778 649 zum Beispiel ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes beschrieben, der insbesondere eine Kupferlegierungsschicht enthält, die mit einer Beschichtung aus einer Pulvermischung von Ti + B + Cu versehen ist, wobei mittels Druck und Erwärmung eine Reaktion der Synthese von TiB&sub2; durch selbstausbreitende Verbrennung ausgelöst wird. Auf diese Weise erhält man auf einem Kupfersubstrat eine Oberflächenschicht aus TiB&sub2; und eine Zwischenschicht aus einer Mischung TiB&sub2; + Cu. Es können Zr oder Al sowie andere Bormetalle oder Karbide verwendet werden.
Eine der Aufgaben dieser Erfindung besteht darin, eine Ausbesserung oder eine Beschichtung von Turbotriebwerk-Teilen zu erzielen, die aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis bestehen und entweder eine polykristalline Struktur, eine Struktur, die durch gerichtete Erstarrung entsteht, oder eine monokristalline Struktur aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Werkstück aus einer Superlegierung, das diesen Bedingungen genügt, ohne die Nachteile der bekannten, vorherigen Lösungen mit sich zu bringen ist durch die folgenden, aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- (a) Ablagerung eines Beschichtungselements einerseits aus der Gruppe der Pulver, die in den Proportionen reagieren, die der Bildung eines intermetallischen Stoffes entsprechen, und andererseits aus der Gruppe der Superlegierungs-Pulver auf Nickel- oder Kohaltbasis, in mindestens einem bestimmten Bereich des Werkstücks;
- (b) Einbringen des Werkstücks, auf dem die Ablagerung in Sehritt (a) vorgenommen wurde, in eine Hochdruckkammer, die durch ein Drucksystem dergestalt mit einem neutralen Gas gespeist wird, dass in der Kammer ein hydrostatischer Druck des neutralen Gases von bis zu 1,5 GPa gewährleistet werden kann, wobei diese Kammer auch einen Ofen bildet, der mit Heizelementen ausgestattet ist, durch die eine Temperatur von 1200ºC erreicht werden kann, und zwar mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 5ºC/mn bis 120ºC/mn, wobei von einem Ende des betreffenden Werkstückbereichs zum anderen ein Temperaturgradient von 200 ºC gewährleistet ist, und wobei die Temperaturen mit einem Messsystem überwacht werden;
- (c) Durchführung einer Synthese-Reaktion durch selbstausbreitende Verbrennung unter hohem hydrostatischen Gasdruck an dem genannten Beschichtungselement unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen dergestalt, dass die Verdichtung der Beschichtung und die metallurgische Verbindung zwischen dieser Beschichtung und der betroffenen Oberfläche des Superlegierungs-Teils gewährleistet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen näher aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht ein Beschichtungselement zeigt, das gemäß einem Beispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auf ein Substrat aufgebracht wurde,
Fig. 2 ein Diagramm der Temperaturen während einer Synthese-Reaktion durch selbstausbreitende Verbrennung in diesem Verfahren zeigt,
Fig. 3 eine Mikrofotographie mit zwanzigfacher Vergrößerung von einem Werkstückbereich zeigt, der die Beschichtung gemäß diesem Verfahren enthält,
die Fig. 6 und 7 Mikrofotographien und die Entwicklungskurven der Konzentrationsprofile der Bestandteilselemente in dem Phasengrenzflächenbereich zwischen den Stoffen des Werkstücks und der Beschichtung gemäß diesem Verfahren zeigen,
Fig. 8 in einer schematischen Schnittansicht analog zu der von Fig. 1 ein Beschichtungselement zeigt, das gemäß einem anderen Beispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auf ein Substrat aufgebracht wurde,
Fig. 9 eine Mikrofotographie und die Entwicklungskurven der Konzentrationsprofile der Bestandteilselemente des Bereichs des Werkstücks zeigt, der die Beschichtung gemäß diesem Verfahren enthält,
Fig. 10 eine vergrößerte Mikrofotographie eines Details des in Fig. 9 dargestellten Bereichs zeigt,
Fig. 11 die Entwicklungskurven der Konzentrationsprofile der Bestandteilselemente des in Fig. 10 dargestellten Bereichs zeigt,
Fig. 12 eine vergrößerte Mikrofotographie eines Details des in Fig. 10 dargestellten Bereichs zeigt,
Fig. 13 eine vergrößerte Mikrofotographie eines Details des in Fig. 9 dargestellten Bereichs zeigt, der nahe bei dem in Fig. 10 dargestellten Bereich liegt,
Fig. 14 die Entwicklungskurven der Konzentrationsprofile der Bestandteilselemente des in Fig. 13 dargestellten Bereichs zeigt.
Die für die Durchführung des Verfahrens zur Beschichtung eines Turbotriebwerk-Teils aus einer Superlegierung gemäß dieser Erfindung verwendete Anlage besteht aus einer Hochdruckkammer, die durch ein Drucksystem mit einem neutralen Gas gespeist wird und die ferner einen Ofen bildet, der mit einem Heiz- und Temperaturmesssystem ausgestattet ist.
In einem Ausführungsbeispiel besteht der verwendete Kompressor aus drei miteinander verbundenen Kompressionsstufen hintereinander, in denen das Gas fortschreitend unter Druck gesetzt wird. Der am Ende erreichte Gasdruck beträgt 1,5 Gpa, wobei der Wert des Gasdrucks mit einem Druckmesser kontrolliert werden kann.
Die verwendete Hochdruckkammer weist die Ausstattungen auf, die den Betriebsbedingungen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen entsprechen, wie z. B. mehrfache Wände, die in eine Panzerung eingesetzt sind und einen Wasserkühlungsmantel enthalten, und weist ferner alle erforderlichen Zugänge, elektrische Anschlüsse den Gasdurchlass und die entsprechenden Dichtungsausrüstungen auf. Ferner ist eine Ausrüstung zur Herstellung eines Vakuums in der Größenordnung von 1 Pa vorhanden. Durch Drehen der Kammer kann diese in horizontaler, vertikaler oder schräg geneigter Stellung verwendet werden.
Das Heizsystem besteht aus einem Heizelement in Form einer Graphitwindung und zwei an beiden Enden angeordneten Graphit-Elektroden, das einen Ofen bildet, der sich in dieser Kammer befindet. Durch Einstellen kann an einem Werkstück, das sich in dem Ofen befindet, ein Temperaturgradient von 200ºC gewährleistet werden. Zur Temperaturmessung sind Thermoelemente vorgesehen.
Bei dieser Anlage sind Ausführungsvarianten möglich. Insbesondere kann eine Energiezufuhr- Ausrüstung vorgesehen werden, die zur Auslösung der Reaktion verwendet wird, beispielsweise ein Wolframdocht, ein Graphitdocht oder ein Laserstrahl.

BEISPIEL A

Es soll auf einem Werkstück aus einer Superlegierung A auf Nickelbasis eine Beschichtung hergestellt werden um das gewünschte Profil durch Ausbessern mit einer Nickel- und Aluminiumpulvermischung mit den gleichen Atomanteilen wiederherzustellen.
Die verwendeten Nickel- und Aluminiumpulver haben eine Korngröße von weniger als 150 um. Bei dieser Anwendung erfolgt der Verfahrensschritt (a) des Verfahrens zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Werkstück aus einer Superlegierung der daraus besteht, ein Beschichtungselement auf einen Werkstückbereich abzulagern, indem ein kompaktes Element 1 auf dem Substrat 2, das aus dem genannten betroffenen Werkstückbereich besteht, aufgebracht wird, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das genannte kompakte Element 1 wird zuvor in zwei Teilschritten hergestellt, die umfassen.
- a1) die Herstellung einer homogenen Mischung der Nickel- und Aluminiumpulver in angemessener Menge
- a2) Kaltverdichtung der hergestellten Mischung in einer geeigneten Form unter einer Belastung von 40 MPa.
Wie an sich bekannt, werden vor der Anbringung des kompakten Elements 1 Reinigungsarbeiten, an dem Substrat 2 ausgeführt, die je nach Zustand des Teils, neu oder bereits gebraucht, ein Entfetten, Sandstrahlen, chemische und/oder thermochemische Desoxidation umfassen kann.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann das kompakte Element 1 auch je nach den Anwendungen durch an sich bekannte Spritz-Formtechniken hergestellt werden.
Bei der Anbringung des kompakten Elements 1 auf dem Substrat 2 kann ein Halt gewährleistet werden beispielsweise indem eine Kondensatorentladung auf das betreffende Element geleitet wird.
Weitere an sich bekannte Techniken können für die Ablagerung verwendet werden, beispielsweise mit einer direkten Pulverablagerung auf dem Substrat 2 in einer elektrophoretischen Umgebung.
Der folgende Schritt (b) besteht darin, das Werkstück, das aus dem Substrat 2 mit dem darauf gelagerten kompakten Element 1 besteht, in eine Kammer mit hohem hydrostatischen Druck eines neutralen Gases einzuführen, die einen Heizraum bildet.
In Schritt (c) schließlich kann an dem kompakten Element 1 eine Synthesereaktion dergestalt durchgeführt werden, dass dessen Verdichtung und die metallurgische Verbindung zwischen diesem Element 1 und der entsprechenden Oberfläche des Werkstücks, das das Substrat 2 bildet, gewährleistet ist. Auf diese Weise erhält man auf dem betroffenen Bereich des Werkstücks eine Ausbesserung durch Beschichten mit Material. Die genannte Synthese-Reaktion, durch die in diesem Beispiel ein intermetallischer Verbundstoff Ni-Al gebildet werden kann, wird an einem Ende 3 des Elements 1 angestoßen, wenn eine Auslösungstemperatur erreicht ist, die in diesem Fall bei 673ºC liegt. Die exotherme Reaktion der selbstausbreitenden Verbrennung bewegt sich sodann in der Richtung des in Fig. 1 angegebenen Pfeils 4, bis das gegenüberliegende Ende 5 erreicht ist. Die angewendeten Bedingungen sind in diesem Fall folgende:
- Druck der Atmosphäre des neutralen Gases, das in diesem Ausführungsbeispiel aus Argon besteht: 146 MPa
- Zyklus des Temperaturanstiegs in dem Ofen:
- 50ºC pro Minute bis auf 300ºC,
- 6 Minuten lang gleichbleibend 300ºC,
- 90ºC pro Minute bis auf 800º, ohne Unterbrechung,
- Abkühlung mit 50ºC pro Minute bis auf 20ºC.
Das Diagramm von Fig. 2 gibt die an dem Werkstück gemessenen Temperaturen an und zeigt die Temperatur, bei der die Selbstverbrennungsreaktion angestoßen wird und die bei 673ºC liegt. Ferner ist zu bemerken, dass die Fortpflanzung einer Verbrennungsfront durch das Material des kompakten Elements 1 von der Einleitung der Reaktion ab, die mittels des zwischen den beiden Enden dieses Elements 1 herrschenden Temperatugradienten von 200ºC erfolgt, sehr rasch geschieht. In diesem Beispiel ist die Reaktion vollzogen und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Verbrennungsfront kann auf 20 mm/s geschätzt werden. Im allgemeinen liegt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reaktion zwischen 1 und 10 cm/s, je nach den angewendeten Betriebsbedingungen.
Die im Folgenden beschriebenen Ergebnisse wurden an dem Stück festgestellt, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebessert wurde.
Bei makroskopischer Beobachtung weist das Beschichtungsmaterial 1 eine Makroporosität mit einer guten Haftung über die gesamte Länge des betroffenen Bereichs des Stücks 2 auf.
Bei optischer mikroskopischer Beobachtung, wie in Fig. 3 dargestellt, wird eine Zwischenphase zwischen dem Material A des Substrats und dem intermetallischen Material NiAl festgestellt. Das Material NiAl ist porös, aber der in Berührung mit dem Material A befindliche Teil ist über eine Dicke von ca. 0,7 mm vollkommen verdichtet.
Mit dem Rasterelektronenmikroskop wurden zwei Arten von Analysen durchgeführt, und zwar eine qualitative und eine quantitative mit der EDS-Sonde.
Mit der qualitativen Analyse kann die Phasengrenzfläche zwischen den Materialien A und NiAl sichtbar gemacht werden. Die Fig. 4 und 5 zeigen Mikrofotographien, die das Aussehen des hergestellten Materials zeigen. Man unterscheidet sechs Bereiche.
- I: NiAl
- II: NiAl + Co, Cr
- III: Phasengrenzfläche
- IV: Bereich der Niederschläge
- V: Material A nahe der Phasengrenzfläche
- VI: Material A
Die nachfolgende Tabelle gibt die Atomanteile der einzelnen Elemente an, die Bestandteil des Materials sind, wobei die Genauigkeit der Messungen bei ± 1 % liegt. Das Bezugs-Material A ist in der ersten Spalte angegeben, und die Ergebnisse der Punktanalysen, die in den sechs Bereichen ausgeführt wurden, sind in den nächsten Spalten wiedergegeben.
In den Fig. 6 und 7 wird die Entwicklung der Konzentrationsprofile der Elemente Al, Ni, Co, Cr, Ti entlang der Phasengrenzfläche zwischen den Materialien A und NiAl gezeigt. Von NiAl zu A hin ist ein gleichmäßiges Absinken der Aluminiumkonzentration zu bemerken, verbunden mit einem Ansteigen der Konzentration an Co, Cr und Ti. Daraus ergibt sich, dass eine Diffusionsreaktion zwischen den beiden Materialien A und NiAl stattgefunden hat, wobei die Dicke der Phasengrenzfläche ca. 20 um erreicht hat (siehe Bereiche II und III in Fig. 4).
Mikrohärte-Versuche nach dem Vickers-Verfahren an den drei Materialien A, NiAl und der Phasengrenzfläche ergaben folgende Resultate:
- in Bereich I, unter einer Belastung von 100 g: 252
- in Bereich III, unter einer Belastung von 300 g: 410
- in Bereich VI, unter einer Belastung von 100 g: 298
Aus diesen Beobachtungen ergibt sich, dass die erzielte Phasengrenzfläche aus einer kontinuierlichen festen Lösung zwischen den Materialien A und NiAl besteht. Es wurde keine zwischengelagerte intermetallische Verbindung festgestellt. Das Hinzufügen von Chrom in die NiAl-Phase kann die Erhöhung der Härte der Zwischenphase im Bereich III auf Grund der festen Lösung begründen, aber der Grad der Härte bestätigt, dass keine komplexe intermetallische Phase vorhanden ist.

BEISPIEL B

Es soll wieder auf einem Werkstück aus einer Superlegierung B auf Nickelbasis eine Beschichtung hergestellt werden, um das gewünschte Profil durch Ausbessern mit einer Nickel- und Alluminiumpulvermischung mit den gleichen Atomanteilen wiederherzustellen, wobei eine dazwischenliegende Unterschicht aus einer Superlegierung C auf Nickelbasis angebracht wird.
Wie in Fig. 8 schematisch im Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, ist das kompakte Element 1 identisch mit demjenigen, das zuvor in Beispiel A beschrieben und verwendet wurde, und es wird auch auf die gleiche Weise hergestellt.
Es wird jedoch zwischen dem Substrat 20, das von einem Bereich des Werkstücks aus Superlegierung B gebildet wird, und dem kompakten Element 1 ein weiteres, kompaktes Zusatzelement 11 angeordnet, das durch Sintern aus Superlegierungspulvern C auf Nickelbasis hergestellt wird. Die Zusammensetzungen der Superlegierungen werden wie folgt in Gewichtsanteilen, angegeben:
B: Ni Basis; Cr 14; Co 9,5; Mo 4; Al 3; W 4; Ti 5; Si 0,2; Mn 0,2, C 0,17 C: Ni Basis; Co 16,5 bis 19; Cr 10,4 bis 12,2; Mo 3, 3 bis 4,2; Al 2,85 bis 3,15; Ti 2,45 bis 2,8; Si 1 bis 1,3; B 0,68 bis 0,8; C 0 bis 0,06.
Wie oben wird in Verfahrensschritt (b) das Werkstück, das das Substrat 20 darstellt, das eine Unterbeschichtung trägt, die von dem kompakten Element 11 gebildet wird, und eine Außenbeschichtung trägt, die von dem kompakten Element 1 gebildet wird, in eine Kammer mit hohem hydrostatischen Druck eines neutralen Gases eingeführt, die einen Heizraum bildet. In dem folgenden Schritt (c) kann wiederum an dem kompakten Element 1 eine Synthesereaktion durchgeführt werden, und man erhält auf dem betroffenen Bereich des Werkstücks eine Ausbesserung durch Beschichten mit Material.
Die angewendeten Bedingungen sind in diesem Fall die folgenden:
- Druck der Atmosphäre des neutralen Gases, das in diesem Ausführungsbeispiel aus Argon besteht: 110 MPa;
- Zyklus des Temperaturanstiegs in dem Ofen:
- 50ºC pro Minute bis auf 300ºC,
- 6 Minuten lang gleichbleibend 300ºC,
- 90ºC pro Minute bis auf 600ºC, ohne Unterbrechung,
- Abkühlung mit 50ºC pro Minute bis auf 20ºC.
Die im Folgenden beschriebenen Ergebnisse wurden an dem Stück festgestellt, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebessert wurde.
Bei makroskopischer Beobachtung erweist sich die Verbindung der drei leite, Substrat 20 und Beschichtungsmaterial 1 und 11, als hergestellt und solide.
Bei Beobachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop zeigt die in Fig. 9 dargestellte Mikrofotographie das Aussehen des hergestellten Materials mit sieben Bereichen, für die die Konzentrationsprofile der wichtigsten, entlang der Linie 12 bestimmten Elemente ebenfalls angegeben sind.
Der Bereich I entspricht dem intermetallischen Material NiAl. Der Bereich II ist deutlicher in der vergrößerten Detail-Mikrofotographie von Fig. 10 zu sehen, und er entspricht der Grenzfläche zwischen dem Material NiAl und der Superlegierung C, deren Konzentrationsprofile der Elemente Al, Ni, Co, Cr, Mo und Ti in Fig. 11 ebenfalls angegeben sind. Der homogene Streifen des Bereichs II entspricht der Diffusion des Aluminium und des Chrom insbesondere mit gleichzeitiger Änderung der Titankonzentration.
In Bereich III sind die Konzentrationen von Al, Ni, Co und Mo konstant, während die Konzentrationen von Cr und Ti ständig variieren. Auf einer Mikrofotographie eines vergrößerten Teils dieses Bereichs HI, die in Fig. 12 dargestellt ist, ist zu erkennen, dass dieser Bereich polyphasig ist, wobei er einen weiß gefärbten größeren, monophasigen Bereich und einen Bereich mit nadelkristallförmiger Struktur aufweist. Der Bereich TV weist eine ähnliche Zusammensetzung wie die Superlegierung C auf, wobei helle Einschlüsse vorhanden sind, die einigen Veränderungen bei bestimmten Elementen entsprechen, insbesondere bei Molybdän und bei Chrom.
Die nächsten Bereiche V, VI und VII entsprechender Grenzfläche zwischen den Superlegierungen C und B. Ein vergrößertes Detail ist auf der Mikrofotographie von Fig. 13 dargestellt, und Fig. 14 zeigt die Konzentrationsprofile der verschiedenen Elemente. Der Bereich VI weist eine durchschnittliche Zusammensetzung auf, die der der Superlegierung C ähnelt, wobei mehr Aluminium und Wolfram, aber weniger Kobalt und Silicium vorhanden sind. Dieser Bereich weist eine gute Homogenität auf, wobei die Konzentrationen alle etwa konstant sind. Um die Körner herum, die die Phase VI darstellen, ist eine nadelkristallförmige Struktur des eutektischen Typs zu erkennen, die eine teilweise Verschmelzung an den Verbindungsstellen der Körner der Phase VII anzeigen. Die Profile zeigen an, dass dieser Bestandteil Cr, Mo, Ti und Co mit weniger Ni und Al enthält als in der Superlegierung C. Im Bereich VII verringert sich die Aluminiumkonzentration, während die Chrom- und Molybdänkonzentrationen sich kontinuierlich erhöhen.
Aus diesen Beobachtungen ergibt sich, dass an der Grenzfläche zwischen der Superlegierung C und dem intermetallischen Stoff NiAl eine gute Streuung der verschiedenen Elemente mit Bildung einer festen Lösung zwischen diesen beiden Stoffen festgestellt wird.
Ferner ist die Wärme, die durch die exotherme Reaktion der Synthese der intermetallischen Verbindung NiAl freigesetzt wird, ausreichend, um auf die gesamte Dicke des gesinterten kompakten Elements 11 überzugreifen und die Streuung der Elemente auf der anderen Seite mit Bildung einer Grenzfläche zwischen den Superlegierungen C und B zu bewirken.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis,

dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden, aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte aufweist:

- (a) Ablagerung eines Beschichtungselements (11, 11) einerseits aus der Gruppe der Pulver, die in den Proportionen reagieren, die der Bildung eines intermetallischen Stoffes entsprechen, und andererseits aus der Gruppe der Superlegierungs-Pulver auf Nickel- oder Kobaltbasis, in mindestens einem bestimmten Bereich des Werkstücks (2; 20);

- (b) Einbringen des Werkstücks (2; 20), auf dem die Ablagerung in Schritt (a) vorgenommen wurde, in eine Hochdruckkammer, die durch ein Drucksystem dergestalt mit einem neutralen Gas gespeist wird, dass in der Kammer ein hydrostatischer Druck des neutralen Gases von bis zu 1,5 GPa gewährleistet werden kann wobei diese Kammer auch einen Ofen bildet, der mit Heizelementen ausgestattet ist, durch die eine Temperatur von 1200ºC erreicht werden kann, und zwar mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 5ºC/min bis 120ºC/min, wobei von einem Ende des betreffenden Werkstückbereichs (2; 20) Zum anderen ein Temperaturgradient von 200ºC gewährleistet ist, und wobei die Temperaturen mit einem Messsystem überwacht werden;

- (c) Durchführung einer Synthese-Reaktion durch selbstausbreitende Verbrennung unter hohem hydrostatischen Gasdruck an dem genannten Beschichtungselement unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen dergestalt, dass die Verdichtung der Beschichtung (1; 1, 11) und die metallurgische Verbindung zwischen dieser Beschichtung und der betroffenen Oberfläche des Superlegierungs-Teils gewährleistet ist.

2. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach Anspruch 1, wobei diese Beschichtung eine Ausbesserung eines bestimmten Werkstückbereichs darstellt und der Verfahrensschritt (c), der durch ein einfaches Abkühlen des Werkstücks abgeschlossen wird, von einer Fertigbearbeitung der Oberflächen durch einen Feinbearbeitungsvorgang gefolgt wird.

3. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach Anspruch 1, wobei diese Beschichtung einen Schutzüberzug über mindestens einen Bereich des Werkstücks darstellt, wodurch die Festigkeit gegen Oxidation, Korrosion und/oder Erosion erhöht werden kann.

4. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die endgültige Dicke der auf dem Werkstück hergestellten Ablagerung zwischen 20 um und 10 mm beträgt.

5. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, wobei die Ablagerung in Verfahrensschritt (a) hergestellt wird, indem ein kompaktes Element (1) aufgebracht wird, das aus der Mischung der adäquaten Mengen von Nickel- und Aluminiumpulver mit einer Korngröße von weniger als 150 um, mit gleichen Atomanteilen hergestellt wird, wobei diese Mischung in eine geeignete Form gefüllt wird und unter einer Belastung von 40 MPa kaltgepresst wird.

6. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach Anspruch 5, wobei in Verfahrensschritt (a) beim Aufbringen des kompakten Elements (1) ein weiteres, kompaktes Zusatzelement (11) als Unterschicht auf die Oberfläche des betreffenden Bereichs des das Substrat (20) bildenden Werkstücks eingefügt wird, wobei dieses Zusatzelement (11) zuvor durch Sintern von Superlegierungspulvern auf Nickelbasis hergestellt wird.

7. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis nach Anspruch 6, wobei die Superlegierung des das Substrat (20) bildenden Werkstücks die folgende nominale Zusammensetzung in Gewichtsanteilen aufweist:

- Ni Basis, Cr 14; Co 9,5; Mo 4; Al 3; W 4; Ti 5; Si 0,2; Mn 0,2; C 0,17 und das kompakte Zusatzelement (11) die folgende Zusammensetzung in Gewichtsanteilen aufweist:

- Ni Basis; Co 16,5 bis 19; Cr 10,4 bis 12; Mo 3,3 bis 4,2; Al 2,85 bis 3,15; Ti 2,45 bis 2,8; Si 1 bis 1,3; B 0,68 bis 0,8; C 0 bis 0,06.