DE69938535T2

DE69938535T2 - Dampfphasenprozess zur Herstellung von Aluminid

Info

Publication number: DE69938535T2
Application number: DE69938535T
Authority: DE
Inventors: Keng Nam Chen; Kwok Heng Yow
Original assignee: GE Aviation Service Operation LLP
Current assignee: GE Aviation Service Operation LLP
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: EP1013794A3; BR9905958A; CA2292437C; CA2292437A1; SG83169A1; DE69938535D1; TR199903181A2; US6224941B1; JP4448950B2; EP1013794B1; EP1013794A2; JP2000192230A; BR9905958B1

Description

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum Aufbringen von Aluminidbeschichtungen auf Superlegierungskomponenten, die in Gasturbinenanwendungen verwendet werden, und insbesondere auf einen verbesserten Dampfphasenaluminidierungsprozess, um Superlegierungskomponenten auf Nickelbasis und Kobaltbasis, die in dem Turbinenabschnitt von Gasturbinenmaschinen verwendet werden, zu beschichten.
Aluminidbeschichtungen werden angewendet, um Schutz von Superlegierungs-Turbinenkomponenten aus Gasturbinenmaschinen zur Verfügung zu stellen, um das Substratmaterial durch viele verschiedene Prozesse zu schützen. Ein solches Verfahren ist in US-Patent Nr. 3 837 901 ('901), nun ausgelaufen, von Seybolt, welches auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet ist, ausgefüht. In dem 901'-Patent wird eine Aluminidbeschichtung aufgebracht, indem die Turbinenkomponenten in ein Bett aus Pulvern mit Aluminium als eine Quelle eingebettet werden. Allgemein waren die in diesem Patent aufgeführten aktiven Pulver Eisen-Aluminium-Verbindungen, gemischt mit inertem Aluminiumoxid, und die Pulver wurden aktiviert, indem ein Halogenidgas durch den Träger hindurchgeleitet wurde, während das Bett auf eine Temperatur in dem Bereich von 899°C (1650°F) bis 1093°C (2000°F) erhitzt wurde. Anschließende Verbesserungen in dem Verfahren haben Modifikationen in den Aluminiumpulverquellen, Modifikationen in den Pulvergrößen und Verbesserungen in den Gaszufuhrsystemen beinhaltet. Diese Prozesse wurden allgemein bekannt als „Packprozesse" („pack processes") oder Dampfphasenaluminidprozesse. Diese Prozesse haben einige Schwächen. Zunächst müssen sie, da sie die Herstellung von Beschichtungen beinhalten, die spezifische Zusammensetzungen erfordern, sorgfältig gemischt werden, so dass die Beschichtungszusammensetzungen erreicht werden können. Einmal erschöpft sind die gemischten Metallpulver nicht leicht rezyklierbar, können nicht aufgefüllt werden und stellen ein Abfallproblem dar. Ein zweites Problem, das mit diesen Packprozessen verknüpft ist, ist, dass das Abmessen und Bewegen sowie das Wegwerfen der Pulver arbeitsintensiv ist. Als drittes ergibt das Verfahren, während es eine gute Schutzbeschichtung erzeugt, eine Beschichtung mit unterschiedlicher Dicke, die nicht leicht kontrolliert werden kann. Letztendlich wurden, da Temperaturanforderungen von Gasturbinen gestiegen sind, Kühldurchlässe zu den Turbinenkomponenten hinzugefügt. Die Pulver der Packprozesse verstopfen diese Kanäle häufig und die Entfernung dieser Pulver aus diesen feinen Kühldurchlässen ist ein weiteres Problem.
Was erwünscht ist, ist ein Beschichtungsverfahren, welches eine Aluminidbeschichtung mit guter Qualität erzeugt, während die mit den Packverfahren gemäß Stand der Technik verknüpften Probleme vermieden werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen von Aluminidbeschichtungen auf Superlegierungskomponenten, die in Gasturbinenanwendungen verwendet werden, zur Verfügung. Im Vergleich zu den früher verfügbaren Dampfphasenaluminidierungstechniken zum Aufbringen dieser Aluminidbeschichtungen stellen die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Aluminidbeschichtung zur Verfügung, die eine gleichmäßigere Beschichtungsdicke hat, während der Vorteil der relativ dünnen Beschichtungen, die typischerweise mit Damfphasenaluminidierungsprozessen verknüpft sind, aufrecht erhalten werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Verfahren weniger arbeitsintensiv und umweltfreundlicher ist, da schwere Pulver nicht involviert sind, was die Notwendigkeit eliminiert, diese Pulver zu bewegen oder diese Pulver wegzuwerfen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Pellets sind leichter abzutrennen und aufzuarbeiten, falls notwendig.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen von Aluminidbeschichtungen auf Superlegierungskomponenten, die in Gasturbinenanwendungen verwendet werden, eine Serie von Schritten auf, von denen der erste ist, die Superlegierungskomponenten in eine Retorte mit einer Aluminium enthaltenden Quelle zu platzieren. Luft wird dann aus der Retorte durch Einbringen eines Inertgases in die Retorte evakuiert. Die Retorte wird dann auf eine vorgewählte Temperatur erwärmt, typischerweise, indem die Retorte in einen Ofen gebracht wird. Während die vorgewählte Temperatur aufrecht erhalten wird, wird das Inertgas aus der Retorte durch Einbringen von Wasserstoffgas ausgespült. Das Wasserstoffgas in der Retorte wird dann auf einen vorgewählten Druck unterhalb Atmosphärendruck reduziert, indem ein Teilvakuum angelegt wird, während die Temperatur konstant gehalten wird. Als nächstes wird ein Halogenid enthaltendes Gas in die Retorte eingebracht. Dieses Gas reagiert mit der Aluminiumquelle in der Retorte bei der vorgewählten Temperatur, wobei ein Dampf aus aluminiumreichem Gas erzeugt wird. Der Dampf aus aluminiumreichem Gas passiert über die Oberfläche des Superlegierungssubstrats, wobei es damit interagiert, um eine dünne, im Wesentlichen gleichförmige Beschichtung abzulagern, bis eine dünne Beschichtung erhalten wird. Wasserstoffgas wird dann wieder in die Retorte eingeführt, um die Gase aus der Retorte auszuspülen. Das Verfahren zum Einbringen und Spülen des Halogenid enthaltenden Gases in die Retorte kann wiederholt werden, um gleichförmig die Dicke der Beschichtung so wie erwünscht zu erhöhen. Nachdem die gewünschte Dicke erreicht ist, wird der Druck des Gases in der Retorte wiederum unterhalb Atmosphärendruck reduziert, Inertgase werden in die Retorte eingeführt und die Retorte wird abgekühlt.
Somit kann man sehen, dass ein Vorteil der vorliegenden Erfindung der ist, dass eine gleichförmige, jedoch dickere Aluminidbeschichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann, wenn dies erwünscht ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass wenn Pulver nicht erforderlich sind, um als eine Aluminiumquelle oder als ein Füllermaterial verwendet zu werden, die Tendenz, dass Kühllöcher in typischen Turbinenkomponenten, wie zum Beispiel Flügelprofilen, mit Pulvern verstopft werden, eliminiert wird. Letztendlich kann, da Pulver nicht erforderlich sind, das arbeitsintensive Pulverherstellungsverfahren, welches das genaue Abwiegen und Vermischen der Pulver beinhaltet, eliminiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform offensichtlich, genommen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die mittels Beispiel die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schema der Apparatur, die verwendet wird, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen und
2 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, welches verwendet wird, um die erfindungsgemäße Beschichtung herzustellen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt ein Schema einer Ausführurigsform der Apparatur dar, die verwendet wird, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sorgfältig verstanden werden unter Bezugnahme auf diese schematische Zeichnung und 2, welche ein Flussdiagramm des Verfahrens ist, welches verwendet wird, um die erfindungsgemäße Beschichtung herzustellen. Wenn immer möglich, werden die gleichen Bezugszahlen in den Figuren verwendet, um die gleichen Teile zu bezeichnen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Turbinenkomponenten, typischerweise Flügelprofile 10, nach Reinigung in einer Retorte platziert. Diese Komponenten sind typischerweise aus Superlegierungszusammensetzungen auf Nickelbasis und Kobaltbasis hergestellt. Wenn die Flügelprofile 10 neu hergestellt werden, werden sie typischerweise durch Entfetten gereinigt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch dazu verwendet werden, um Turbinenbestandteile, die aus dem Betrieb entnommen wurden, wieder zu beschichten. Solche Komponenten müssen zunächst von jeglichen älteren Beschichtungen mittels wohlbekannten Stripprozessen befreit werden, typischerweise durch Sandstrahlen mit feinem Aluminiumoxidpulver, obwohl Säurestrippen, gefolgt von Fluoridionenreinigung, ebenfalls verwendet wird.
Eine Retorte 20 wird mit einer Aluminium enthaltenden Quelle gefüllt, die als ein Medium wirkt. Dieses Medium ist in einer bevorzugten Ausführungsform als grobe Pellets 30 gezeigt, die bevorzugt sind, wenn Flügelprofile 10 mit dem Medium „gepackt" werden. Die groben Pellets wirken so, dass verhindert wird, dass die feinen Luftdurchlässe verstopfen, was ein allgemeines Problem ist, wenn feine Pulver als das Medium verwendet werden. Bei der besten Art, die vorliegende Erfindung auszuführen, werden die Flügelprofile in einer Vielzahl von Beschichtungskisten 15 platziert. Kisten 15 werden in einer Retorte 20 platziert, die dann in einem Ofen (nicht gezeigt) platziert wird. Bei der besten Art werden Pellets 30 in die Nähe der Flügelprofile 10 platziert, aber nicht in physikalischem Kontakt mit Flügelprofilen 10. Die beste Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Anordnung von Pellets und Flügelprofilen kann in irgendeinem aus einer Vielzahl von Wegen ausgeführt werden, wie zum Beispiel durch Einbringen einer Kammer innerhalb einer Beschichtungskiste 15, um die Pellets 30 zu enthalten, wie zum Beispiel der vertikalen Kammer, die in 1 gezeigt ist. Flügelprofile 10 können jedoch auch über ein Bett von Pellets 30 in jeder Kiste 15 aufgehängt werden oder können auf Plattformen in jeder Kiste 15 getragen werden, welche Flügelprofile 10 über die Pellets 30 hinausheben. In einer bevorzugten Ausführungsform variiert die Größe der Pellets von etwa 4 mm (0,15 in.) bis etwa 16 mm (0,63 in.). In einer anderen Variante können Flügelprofile 10 über dem Medium in der Retorte 20 aufgehängt werden und die Medien müssen nicht unbedingt grobe Pellets sein. Typischerweise werden Komponenten, welche einem Kühlprozess unterliegen, nicht gleichzeitig oberhalb des Packs aufgehängt und in dem Medium eingepackt sein, da es schwierig wäre, die Dicke der aufgebrachten Beschichtung sowohl bei den gepackten als auch aufgehängten Flügelprofilen 10 zu steuern. In der bevorzugten Ausführungsform werden Flügelprofile 10 außerhalb eines Kontakts mit dem Medium in Beschichtungskisten platziert, und es wird Bezug genommen auf solche Flügelprofile 10, wobei dies so verstanden werden soll, dass alle anderen Gesichtspunkte der Erfindung unter Verwendung von Flügelprofilen, die in Pellets gepackt sind oder Flügelprofilen 10, die über dem Medium in Retorte 20 aufgehängt sind, erfüllt werden können.
Nachdem Flügelprofile 10 innerhalb der Retorte 20 mit dem Aluminium enthaltenden Medium platziert wurden, welches in einer bevorzugten Ausführungsform Kobalt-Aluminium-Pellets sind, wird Retorte 20 dann verschlossen und in einen Ofen, nicht in 1 gezeigt, gebracht. Ein inneres Gasverteilungssystem 22 ist in dem System eingeschlossen. Der Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass jede Quelle von Heizung für Retorte 20 verwendet werden kann, wie zum Beispiel Konvektions- oder induktive Heizquellen, und dass die Temperatur innerhalb von Retorte 20 durch Thermokopplung gesteuert wird. Das Gasverteilungssystem 22 ist an ein Gaseinlasssystem 40 und ein Gasauslasssystem 70 angeschlossen und die Retorte ist verschlossen.
Gaseinlasssystem 40 beinhaltet eine Zufuhr von Fluorwasserstoffaktivatorgas 42, eine Zufuhr von Inertträger 50 und eine Zufuhr für Wasserstoffgas 60. Verknüpft mit jedem Volumen von Gas ist ein Druckregulator oder Massenflussregulator 44, 52 bzw. 62. Ein Druckregulator oder Massenflussregulator können austauschbar verwendet werden, da in einem gegebenen System, wenn der Druckfluss bekannt ist, der Massenfluss berechnet werden kann und umgekehrt. Eine Zufuhrleitung 46, 54, 64 verbindet das jeweils zugeführte Gas mit Ventilen 48, 56, 65, die wiederum mit Gaseinlassleitung 66 verbunden sind, die an ein Einlassventil 68 angeschlossen ist. Jedes der Ventile wird durch eine Steuerung (nicht gezeigt) betrieben, welche die Ventile öffnet oder schließt, so dass das erforderliche Gas, wie durch die Gasregulatoren 44, 52 und 62 festgelegt, aus den Gaszufuhren in die Einlassleitung 66 und in das Gasverteilungssystem in der Retorte fließen kann.
Gasauslasssystem 70 weist eine Auslassleitung 72, ein Auslassventil 74 und eine Auslassvakuumpumpe 76 auf. Sowohl Auslassventil 74 also auch Auslassvakuumpumpe 76 werden durch eine Steuerung (nicht gezeigt) betrieben, welche die Kontrolle über das Gaseinlass- 40 und -auslass- 70 -system aufrecht erhält, so dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Nachdem die verschlossene Retorte 20 in dem Ofen positioniert ist, wird Luft evakuiert, indem ein Teilvolumen aus der Retorte durch Aktivieren von Gasauslasssystem 70 durch Öffnen von Ventil 74 und Aktivieren von Vakuumpumpe 76 gezogen wird. Nachdem Luft evakuiert wurde, wird Pumpe 76 deaktiviert und Inertgas, vorzugsweise Argon, aus Zufuhr 50 fließt durch Ventile 56, 68 in die Retorte, während Ventile 48 und 65 geschlossen verbleiben. Das Argon spült das System für eine erste vorgewählte Zeit mit einer ersten vorgewählten Fließgeschwindigkeit, in der besten Art und Weise für zumindest etwa 30 Minuten bei einer Fließgeschwindigkeit von 200–300 SCFH. Zeiten und Fließgeschwindigkeiten sind nicht kritisch und andere Zeiten und Fließgeschwindigkeiten können verwendet werden, solange die Luft ausreichend ausgespült wird.
Nachfolgend auf das Ausspülen der Luft wird die Retorte in dem Ofen auf eine erste vorgewählte Temperatur erwärmt, während eine Inertgasatmosphäre aufrecht erhalten wird. Bei der besten Art und Weise wird der Gasfluss auf 100–200 SCFH reduziert, während auf eine Temperatur in dem Bereich von 927°C (1700°F) bis 1204°C (2200°F) und vorzugsweise in dem Bereich von 1052 ± 14°C (1925 ± 25°F) erwärmt wird.
Beim Erreichen der ersten vorgewählten Temperatur wird der Fluss von Inertgas gestoppt und Gas aus Wasserstoffzufuhr 60 wird in das System mit einer dritten vorgewählten Fließgeschwindigkeit für eine zweite vorgewählte Zeit eingeführt, um Inertgas aus dem System zu spülen. Dies wird ausgeführt durch Schließen von Ventil 56 und Öffnen von Ventil 65. Bei der besten Art und Weise fließt Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 200–300 SCFH für zumindest 30 Minuten, während die erste vorgewählte Temperatur aufrecht erhalten wird. Zeiten und Fließgeschwindigkeiten sind nicht kritisch und andere Zeiten und Fließgeschwindigkeiten können verwendet werden, solange das Inertgas ausreichend ausgespült wird.
Das System wird nun pulsiert. Während die erste vorgewählte Temperatur, in einer bevorzugten Ausführungsform etwa 1052°C (1925°F), aufrecht erhalten wird, wird der Druck in Retorte 20 auf einen ersten vorgewählten reduzierten Druck reduziert, indem Wasserstoffgas evakuiert wird. Dieser Druck sollte zumindest etwa 90,66 kPa (680 Torr) und vorzugsweise unterhalb 79,99 kPa (600 Torr) sein. Bei der besten Art und Weise ist dieser Druck etwa 73,33 kPa (550 Torr). Geringere Drücke sind jedoch akzeptabel und sogar bevorzugt, sofern erreichbar. Die Evakuierung wird ermöglicht, indem Gasventile 64 sowie 56, sofern offen, geschlossen werden und Pumpe 76 aktiviert wird. Vorzugsweise wird Ventil 68 ebenfalls geschlossen. Dieser reduzierte Druck wird für eine dritte vorgewählte Zeit, vorzugsweise etwa eine Minute, gehalten.
Während die erste vorgewählte Temperatur aufrecht erhalten wird, wird Halogenid enthaltendes Aktivatorgas dann in die Retorte eingebracht, die sich unterhalb von Atmosphärendruck befindet. Bei der besten Art und Weise ist das Halogenid enthaltende Gas Fluorwasserstoff, HF. Weiterhin wird das HF mit einem Trägergas mit einer vierten vorgewählten Fließgeschwindigkeit für eine vierte vorgewählte Zeit in die Retorte eingebracht. Obwohl das Trägergas ein Inertgas sein kann, ist es in der besten Art und Weise Wasserstoff, und das Verhältnis von Wasserstoffgas zu Aktivatorgas ist in dem Bereich von (3–10):1 und besonders bevorzugt in dem Bereich von 7:1. Dies wird ermöglicht, indem ein Aktivatorgasfluss von etwa 50 SCFH und ein Wasserstoffgasfluss von etwa 350 SCFH zur Verfügung gestellt wird. Ventile 48 und 65 werden geöffnet und das Trägergas und Aktivatorgas werden vermischt. Bei der besten Art und Weise wird der Gasdruck sich auf etwa 344,7–413,7 kPa (50–60 psi) aufbauen lassen und die Gase fließen durch das Gasverteilungssystem 22 und nach oben um die Pellets 30 herum. Wenn die Gase überfließen und durch die Aluminium enthaltenden Pellets hindurch, reagiert das HF mit den Pellets und ein Aluminium enthaltendes Gas wird gebildet, welches dann gleichförmig eine Beschichtung über die Flügelprofile ablagert, wenn das Gas über und durch die Flügelprofile hindurch passiert. Dieser Fluss dauert bei der besten Art und Weise etwa 30 Minuten an, aber längere und kürzere Zeiten sind zulässig. Eine Beschichtungsdicke in dem Bereich von etwa 0,025–0,127 mm (0,001–0,005 Inch) ist bevorzugt und bei der besten Art und Weise wird typischerweise eine Beschichtungsdicke in dem Bereich von 0,0508–0,1016 mm (0,002–0,004 Inch) nach 3 bis 4 Zyklen oder Pulsen erreicht. Schließen von Ventil 48 stoppt nun den Fluss des Halogenid enthaltenden Gases. Das System wird nun gespült, indem Wasserstoffgas mit einer fünften vorgewählten Fließgeschwindigkeit, vorzugsweise bei etwa 40–60 SCFH, für eine fünfte vorgewählte Zeit zugeführt wird. Das kann ermöglicht werden durch Schließen von entweder einem oder beiden Ventilen 65 und 68, wobei der Fluss von Wasserstoff gestoppt wird, neu Einstellen von Regulator 62 und Wiederöffnen der Ventile 65, 68, oder einfach durch Reduzieren des Flusses von Wasserstoff unter Verwendung von Regulator 62. Obwohl jede Zeit und Druck, die ausreichend sind, um das Halogenid enthaltende Gas aus dem System zu spülen akzeptabel sind, wird bei der besten Art und Weise der Fluss für etwa 30–60 Minuten aufrecht erhalten.
Wenn eine dickere Beschichtung erwünscht ist, wird der Pulsierprozess wiederholt, indem der Fluss des Halogenid enthaltenden Gases gestoppt wird, der Retortendruck auf unterhalb Atmosphärendruck reduziert wird, das Halogenid enthaltende Gas wieder eingeführt wird, gefolgt von Spülen des Systems mit Wasserstoff. Wenn die gewünschte Beschichtungsdicke erreicht ist, kann der pulsierende Prozess gestoppt werden. Wie oben bemerkt, wird bei der besten Art und Weise der Ausführung der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungsdicke von 0,0508–0,1016 mm (0,002–0,004 Inch) in 3–4 Zyklen oder „Pulsen" erreicht.
Nachdem das Pulsen vollständig ist, wird der Retortendruck wiederum auf einen zweiten vorgewählten Druck unterhalb von Atmosphärendruck für eine sechste vorgewählte Zeit reduziert. Dies wird erreicht, indem Ventil 68 geschlossen und Pumpe 76 aktiviert wird.
Der Druck sollte auf zumindest 90,66 kPa (680 Torr), vorzugsweise 79,99 kPa (600 Torr) reduziert werden und geringere Drücke sind nicht bevorzugt. In der besten Art und Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Druck von 73,33 kPa (550 Torr) erreicht. Dieser Druck wird für etwa eine Minute gehalten.
Wasserstoffgas wird dann wiederum mit einer sechsten vorgewählten Fließgeschwindigkeit für eine siebte vorgewählte Zeit in das System eingebracht. Wie zuvor sind die Fließgeschwindigkeit und Zeit nicht kritisch, solange sie ausreichend zur Spülung des Systems von jeglichen verbleibenden Halogenidgasen sind. Bei der besten Art und Weise wird eine Fließgeschwindigkeit von etwa 400 SCFH eingestellt, indem Regulator 62 eingestellt wird und Ventile 65, 68 für etwa 30 Minuten geöffnet werden.
Die Retorte wird dann auf eine zweite vorgewählte Temperatur abkühlen lassen, in der bevorzugten Ausführungsform etwa 760°C (1400°F). An diesem Punkt wird Inertgas, Argon, bei einer siebten vorgewählten Fließgeschwindigkeit wieder in die Retorte eingeleitet, indem Ventil 65 geschlossen und Ventil 56 geöffnet wird. Mit der Argonspülung des Systems wird die Retorte auf eine dritte vorgewählte Temperatur, etwa 121°C (250°F) abgekühlt. Bei der besten Art und Weise wird beim Erreichen von 121°C (250°F) das System auf unterhalb 90,66 kPa (680 Torr), vorzugsweise unter 79,99 kPa (600 Torr) für etwa 20–30 Minuten und besonders bevorzugt auf 6,67 kPa (50 Torr) für 20 Minuten hinabgepumpt, um alle restlichen Gase zu entfernen. Die Retorte wird dann mit Argon wieder befüllt. Die beschichteten Teile werden dann aus Retorte 20 entfernt. Der Schritt der Entfernung von Restgasen in der besten Art und Weise bei 121°C (250°F) ist optional.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichteten Flügelprofile haben ein gleichförmigere Beschichtungsdicke, da der Pulseffekt der Gase in die Retorte in einer gleichförmigeren Verteilung von Gasen um das Teil herum resultiert. Jeder Zyklus des Pulsens nimmt eine Stunde bis eineinhalb Stunden in Anspruch. Weiterhin können die Kobalt/Aluminium-Pellets wiederverwendet werden, um zusätzliche Teile zu beschichten. Wenn ein Pack dazu verwendet wird, um das Verstopfen von Kühllöchern zu verhindern, können die feinen Teile durch Passieren des Pelletmediums durch Maschensiebe ausgesiebt werden. Die feinen Teile können dann wieder aufgearbeitet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit spezifischen Beispielen und Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung zu Variationen und Modifikationen innerhalb ihres Umfangs fähig ist. Diese Beispiele und Ausführungsformen sind eher als typisch denn als in irgendeiner Art und Weise einschränkend für den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen präsentiert wird, gedacht.

Claims

Verfahren zur Aufbringung von Aluminidüberzügen auf Superlegierungskomponenten, die bei Gasturbinenanwendungen verwendet werden, welches die Schritte umfasst, dass man: Die Superlegierungskomponenten reinigt; eine Aluminium enthaltende Quelle (30) in einer Retorte (20) platziert; die Komponenten in der Retorte (20) mit der Aluminium enthaltenden Quelle (30) platziert; dann die Retorte (20) abdichtet; Luft aus der Retorte (20) absaugt, indem man den Gasdruck unter den atmosphärischen Druck absenkt, gefolgt von einer Spülung der Retorte mit einem Inertgas (50) bei einer ersten vorgewählten Flussrate für eine erste vorgewählte Zeitdauer; die Retorte (20) auf eine erste vorgewählte Temperatur erhitzt, während man Inertgas (50) mit einer zweiten vorgewählten Flussrate zur Verfügung stellt; beim Erreichen der ersten vorgewählten Temperatur den Fluss des Inertgases (50) abstoppt und Wasserstoffgas (60) bei einer dritten vorgewählten Flussrate für eine zweite vorgewählte Zeitdauer zum Ausspülen des Inertgases (50) aus der Retorte (20) einleitet; dann während man die vorgewählte Temperatur aufrecht erhält, pulsiert, indem man den Gasdruck in der Retorte auf einen ersten vorgewählten Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks reduziert und den Druck für eine dritte vorgewählte Zeitdauer hält, dann ein Halogenid enthaltendes Gas (42) mit einer vierten vorgewählten Flussrate in die Retorte (20) für eine vierte vorgewählte Zeitspanne einleitet, um das Halogenid enthaltende Gas (42) zur Umsetzung mit der Aluminium enthaltenden Quelle (30) zu bringen, und dabei einen Aluminium enthaltenden Dampf zu erzeugen, der gleichmäßig um die Komponenten fließt, wodurch die Abscheidung eines Überzugs auf den Oberflächen der Komponenten verursacht wird, gefolgt von einer Einstellung des Flusses des Halogenid enthaltenden Gases (42) und wobei man Wasserstoffgas (60) in die Retorte (20) bei einer fünften vorgewählten Flussrate für eine fünfte vorgewählte Zeitspanne einführt; den Schritt des Pulsens wiederholt, indem man den Retortendruck reduziert, ein Halogenid enthaltendes Gas (42) entströmen lässt und den Fluss des Halogenid enthaltenden Gases (42) abstoppt bis eine vorgewählte Überzugsdicke erreicht ist; dann den Retortendruck auf einen zweiten vorgewählten Druck unterhalb des Atmosphärendruckes reduziert und für eine sechste vorgewählte Zeitspanne hält; dann Wasserstoff (60) mit einer sechsten vorgewählten Flussrate für eine siebte vorgewählte Zeitspanne einleitet, dann die Retorte (20) auf eine zweite vorgewählte Temperatur abkühlt; dann einen Strom von Inertgas (50) in die Retorte (20) einleitet; und die Retorte (20) kühlt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorgewählte Zeitspanne etwa 30 Minuten ist, das Inertgas (50) Argon ist, und die erste vorgewählte Flussrate etwa 100–300 SCFH ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorgewählte Temperatur im Bereich von 927°C (1700° F) bis 1204°C (2200°F) ist und die zweite vorgewählte Flussrate etwa 100–300 SCFH ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste vorgewählte Temperatur im Bereich von etwa 1052 ± 14°C (1925° ± 25°F) und die zweite vorgewählte Flussrate etwa 100–200 SCFH ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte vorgewählte Flussrate des Wasserstoffgases (60) 200–300 SCFH ist und die zweite vorgewählte Zeitspanne etwa 30 Minuten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Pulsierens einschließt, dass man den Gasdruck auf einen Druck unterhalb von wenigstens 90,66 kPa (680 Torr) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Pulsierens einschließt, dass man den Gasdruck auf einen Druck unterhalb von wenigstens etwa 79,99 kPa (600 Torr) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Pulsierens einschließt, dass man den Gasdruck auf etwa 73,33 kPa (550 Torr) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Pulsierens einschließt, dass man den reduzierten Druck für eine dritte vorgewählte Zeit von etwa einer Minute hält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Pulsierens weiterhin einschließt, dass man ein Halogenid enthaltendes Aktivatorgas (42) bei einer Flussrate von etwa 400 SCFH einführt, wobei das Halogenid enthaltende Aktivatorgas (42) aus HF besteht, das mit einer Rate von 50 SCFH strömt und einem Trägergas, das mit einer Rate von 350 SCFH strömt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Halogenid enthaltende Aktivatorgas (42) aus HF und Wasserstoff (60) im Verhältnis von HF zu Wasserstoff (60) von etwa 1 bis etwa 3–7 besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Pulsieren eine vierte vorgewählte Zeit von etwa 30 Minuten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Pulsierens eine fünfte vorgewählte Flussrate des Wasserstoffs (60) von etwa 40–60 SCFH für eine fünfte vorgewählte Zeit von etwa 30–60 Minuten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Schritt des Pulsens in einer Zeit von etwa einer bis etwa einer und einer halben Stunde durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite vorgewählte Druck unterhalb wenigstens etwa 90,66 kPa (680 Torr) ist und die sechste vorgewählte Zeit wenigstens etwa eine Minute ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sechste vorgewählte Flussrate des Wasserstoffs etwa 400 SCFH ist und die siebte vorgewählte Zeit etwa 30 Minuten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite vorgewählte Temperatur etwa 760°C (1400°F) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, zur Aufbringung von Aluminidbeschichtungen auf Flügelprofile (10), die Substrate haben, welche aus Superlegierungen bestehen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel und Kobalt, welches die Schritte umfasst, dass man: die Flügelprofile (10) reinigt; Kobaltaluminiumpellets (30), die eine Größe von etwa 4 mm bis etwa 16 mm haben, in einer Retorte (20) platziert; Die Flügelprofile (10) in der Nähe der Kobaltaluminiumpellets (30) in der Retorte (20) platziert; dann die Retorte (20) abdichtet; Luft aus der Retorte (20) evakuiert indem man den Gasdruck auf unterhalb wenigstens etwa 90,66 kPa (680 Torr) reduziert, gefolgt von einer Spülung der Retorte (20) mit Argongas (50) bei einer Flussrate von etwa 200–300 SCFH für etwa 30 Minuten; die Retorte (20) auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1052 ± 14°C (1925° ± 25°F) erhitzt, während man Argon (50) bei einer Flussrate von etwa 100–200 SCFH zur Verfügung stellt; beim Erreichen der Temperatur von etwa 1052 ± 14°C (1925° ± 25°F) den Strom des Arßgons (50) abstoppt und Wasserstoffgas (60) bei einer Flussrate von etwa 200–300 SCFH für etwa 30 Minuten zur Spülung des Argons aus der Retorte (20) einleitet; dann während man die Temperatur von etwa 1052 ± 14°C (1925° ± 25°F) aufrecht erhält, pulsiert, indem man den Gasdruck in der Retorte (20) auf einen Druck im Bereich von etwa 73,33–79,99 kPa (550–660 Torr) reduziert und den Druck für etwa eine Minute hält, dann eine Kombination aus Wasserstoffgas (60) und Fluorwasserstoffgas (42) in den Verhältnissen von etwa 7:1 bei einer Flussrate von etwa 400 SCFH in die Retorte (20) für etwa 30 Minuten einleitet, um das Gas zur Umsetzung mit der Aluminium enthaltenen Quelle (30) zu bringen, wobei ein Aluminium enthaltender Dampf erzeugt wird, der gleichmäßig über die Flügelprofile (10) strömt, um die Abscheidung einer Beschichtung auf den Oberflächen der Flügelprofile (10) zu erreichen, gefolgt von einem Abstoppen des Flusses des Gases und einer Einleitung von Wasserstoffgas (60) in die Retorte (20) bei einer Flussrate von etwa 40–60 SCFH für etwa 30–60 Minuten; den Schritt des Pulsens wiederholt, indem man den Retortendruck reduziert, die Kombination aus Wasserstoffgas (60) und Fluorwasserstoffgas (42) strömen lässt und den Fluss des Gases stoppt bis eine Beschichtungsdicke im Bereich von etwa 0,025–0,1016 mm (0,001–0,004 inches) erreicht ist; dann den Retortendruck auf einen Druck im Bereich von 66,67–79,99 kPa (500–600 Torr) reduziert und für wenigstens etwa 1 Minute hält; dann Wasserstoff (60) bei einer Flussrate von etwa 400 SCFH für eine Zeitspanne von etwa 30 Minuten einleitet; dann die Retorte (20) auf eine Temperatur von etwa 760°C (1400°F) kühlt; dann einen Strom von Argon (50) in die Retorte (20) einleitet; die Retorte (20) auf etwa 121°C (250°F) kühlt, gefolgt von einer Verringerung des Druckes des Argons (50) in der Retorte (20) auf unterhalb wenigstens etwa 79,99 kPa (600 Torr) für wenigstens etwa 20 Minuten; und die Retorte (20) auf Raumtemperatur kühlt und die Flügelprofile (10) entfernt.