DK146692B - Fremgangsmaade til gasfasefaeldning af aluminium med anvendelse af en kompleks aluminiumshalogenid af et alkalimetal eller alkalisk jordmetal som aktivator - Google Patents

Description

146692 5 Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til at tilvejebringe en aluminiumsbelægning på indre passager i et metalsubstrat af jern, krom, kobolt eller nikkel-baselegeringer.

10 Alumineringsprocesser er velkendte inden for teknikken til forbedring af korrosionsbestandigheden ved mange substrater, eksempelvis legeringer der indeholder krom, jern, nikkel eller kobolt som hovedbestanddel, og i særdeleshed til forbedring af egen-15 skaberne ved nikkel- og koboltbaserede superlegeringer, som anvendes i højtemperaturmiljø, eksempelvis til gasturbineskovle og -blade. Ved en typisk alumi-neringsproces anbringes det emne, som skal alumine-res, nede i et indpakningspulver indeholdende alumi-20 nium, enten i form af metaller eller legeret med et andet metal, f.eks. kobolt, en bærer, i reglen en ammonium- eller alkalimetalhalogenid, og et inert fyldningsmateriale, f.eks. aluminiumoxid. Emnet anbringes inden i denne indpakning og opvarmes til 25 650-1205° C for at belægge dets ydre overflade med aluminium. Belægningens tykkelse afhænger af tiden og temperaturen for behandlingen. I denne proces virker halogeniden som bærer eller aktivator for at lette overføringen af aluminiummet fra aluminiumskil-30 den til emnet. Sådanne metoder til indpakningscementering beskrives i beskrivelserne til de amerikanske patenter nr.'3.079.276, 2.886.469, 3-335.028, 3.694.255 og 3.764.273.

2 146692 1 Når man skal belægge indre passager, ved anvendelse af indpakningsproeessen opstår der problemer, ved, at passagerne, som i mange tilfælde er ganske små, må fyldes med pulverblandingen og efter behandling ren-5 ses for alle tilbageblevne rester af denne. Desuden sker fældningen af belægningen ved forholdet mellem indpakningspulver og det overfladeareal, som skal belægges. Emnets indre geometri indvirker derfor på den udfældede belægnings tykkelse. Da indre passager skal 10 belægges, har man forsøgt at anvende en gasfasefældningsproces, ved hvilken emnet ophænges uden for pulverblandingen, og et gasformigt aluminiumholdigt materiale bringes da til at strømme gennem emnet. Et typisk forslag her til er f.eks. beskrevet i beskri-15 velsen til USA-patent nr. 3.486.927. Det bør bemærkes, at dette patent ikke specielt er rettet på belægning af indre flader, og da man gjorde forsøg for at tilpasse fremgangsmåden ifølge dette patent med belægning af indre passager, viste det sig ikke mu-20 ligt at opnå en anvendelig jævn, indre aluminiumsbelægning .

Ifølge den foreliggende opfindelse har det vist sig, at anvendelsen af komplekse aluminiumshalogenider af 25 et alkalimetal eller et alkalisk jordmetal som aktivator i væsentlig grad øger mulighederne for ved en gasfasefældningsproces til aluminering af indre overflader at opnå en jævn udfældning og en anvendelig jævn belægning. Endvidere reduceres i stor udstræk-30 ning indvirkningen af emnets indre geometri på belægningens tykkelse.

Formålet med opfindelsen er derfor at anvise en gas-fasealumineringsproces, som i særlig grad er egnet 146692 3 1 til belægning af indre passager.

Ifølge opfindelsen har det vist sig,, at aluminium kan bringes til at udfældes på legeringsmetalsubstrat af 5 jern, krom, nikkel eller kobolt-base-metaller gennem en gasudfældningsproces, 'v-ed hvilken aluminiummet fra en pulverblanding overføres til substratets indre o-verflader under anvendelse af en bærer, som består af et kompleks aluminiumshalogenid af et alkali- eller 10 alkalisk jordmetal. Halogenidet i dette kompleks kan være et af de tilgængelige halogenider, eksempelvis fluor, klor, brom eller jod. Eftersom under forholdene ved behandlingsprocessen den komplekse aluminiums-halogeniddamp er en ligevægtsblanding af et alumini-15 umshalogenid og et alkalimetal eller alkalisk jord-halogenid, kan det komplekse aluminiumshalogenid erstattes med' en blanding af et alkali- eller alkalisk jordmetalhalogenid og aluminiumshalogenid. I stedet for at der i blandingen indgår komplekset Na^AiFg kan 20 lignende resultat opnås ved blandinger af natriumfluorid og aluminiumsfluorid. For forholdet mellem alkalimetalhalogenid og aluminiumshalogenid vælges fortrinsvis størrelsen 1-4 til 3-2. Som det fremgår af følgende eksempel, forøges muligheden for at give 25 en jævn udfældning d.v.s. muligheden for aktivatoren for at udfælde materiale på de indre flader, væsentligt, hvis enten blandingen eller det komplekse aluminiumshalogenid anvendes i modsætning til enten alu-miniumshalogenidet eller alkali- eller det alkaliske 30 jordhalogenid alene.

Belægningsfremgangsmåden ifølge opfindelsen kan udføres ved nogle af de konventionelle temperaturer, fortrinsvis 982-1205° C.

4 146692 1 EKSEMPEL 1

For at vise udfældningskapaciteten ved systemer ifølge den foreliggende opfindelse indrettedes et prøverum, som ca. var 10 cm langt, 10 cm bredt og 12,7 cm højt, i hvilket to rør 5*0 x 0.63, 5 ifølge AMS 5582, ophængtes, det ene i vandret og det andet i lodret stilling. Rummets bund var fyldt med en pulverblanding med en aluminiumskilde, enten aluminiumspulver eller et koboltalumi-niumspulver, den aktivator, som skal undersøges, samt pulveriseret aluminiumsoxyd som balanceringsmiddel. Prøven udførtes ved 10 1095°C i perioder fra 4-10 timer. Resultaterne af prøven frem går af nedenstående tabel 1.

Tabel 1

Prøve Aluminiumskilde Aktivator Indre belægning 15 (vt %) (vt %) tykkelse (mikron) V = lodret rør H = vandret rør _ende 1.27 cm centrum_ 1 Aluminium - 10% ffl^Cl 5% (V) 43.1 25.4 0 (H) 43.1 0 0 20 2 Aluminium - 10% RaCl 5% (V) 33 20.3 0 (H) 35.5 10.15 0 3 Aluminium - 10% Ra^AlFg 5% (V) 83.8 48.2 43.1 (H) 50.8 43.1 43.1 4 Co2Al5 - 10% Na^AlFg 5% (V) 73.6 63.5 55-8 25 (Ξ) 68.5 63.5 45.7 Således som det fremgår af tabellen, formåede den konventionelle halogenidaktivator ikke at belægge rørenes indersider undtagen ved enderne, medens aktivatoren ifølge den foreliggende opfindelse 30 var i stand til at belægge rørets indre i hele længden.

EKSEMPEL 2

For at vise processens anvendelse på fremgangsmåden ifølge eksempel 1 foretog man en belægning af en kompleksluftkølet førstetrins-35 turbineskovl (MAR-M-200) direkte i hærdet form (9.0 Cr, 10.0 Co, 2.0 Ti, 5.0 Al, 0.15 C, 12.5 W, 1.0 Ib, 0.015 B, 0.05 Zr, bal. Ri) under anvendelse af indpakningspulverkompositionen ifølge prøve 4 5 1Λ 6 6 9 2 1 i tabel 1. Skovlen blev ophængt i vandret stilling over indpakningspulveret og blev varmebehandlet ved 1093°C i syv timer. Resultatet fremgår af tabel 2. Variationer i belægningens tykkelse afhænger af emnets geometri.

5

Tabel 2

Indre belægning Bærefladetværsnit tykkelse (mikron) 90 % spændvidde 25-4- - 50*8 10 50 % spændvidde 22.8 - 45.7 10 % spændvidde 17.7 - 50·8 EKSEMPEL· 5

Forbedret anvendelse af processen til belægning af indre passa-15 ger i gasturbineskovle opnåedes ved at montere skovlene i et på passende måde lukket kammer på eller i et hult rør med forgrening til et kammer indeholdende pulverblanding og en anordning til indføring af en bæregas, eksempelvis argon eller hydrogen, i rummet ovenfor pulveret og under forgreningen. Ved denne an-20 ordning kunne en .indre belægning af emnet opnås med anvendelse af en pulverkomposition, ved at en anden pulverkomposition, som blev anbragt i det øvre kammer, kunne anvendes til at belægge skovlens ydre flade. Den aktuelle tykkelse af belægningen ved skovlens indre overflade varierede noget på grund af emnets indre 25 geometri. De opnåede opmålinger af belægningen for forskellige aktivatorer og emner fremgår af tabel 3.

Tabel 3

Skovl Al-kilde Aktivator & Indre belægning Temp. Tid 30 _vt %_bæregas_tykkelse (mikron) °C timer Først et rins- CopAl,- A1C1 5 % 0-20.3 1093 5 turbine- -7 5 skovl 10 % hydrogen Pørstetrins- CopAlj- NaCl 5 % 22.8 -58.4 1093 5 turbine- -7 35 skovl 10 % hydrogen Pørstetrins- Co-Al,- NaCl 2.5 % 40.6 -63-5 1093 5 . turbine- ^ -7 A1C1,2.5 % skovl 10 % hydrogen 146692 6 1 Først et rins- Co^Alj. NaCl 2.5 % 48.2 -65.5 1095 5 turbine- ^ ' A1C1, 2.5 % skovl 10 °/o ' argon Førstetrins- Co-Al,- NaCl 2.5 % 40.6 -65.5 1095 5 turbine- v A1C1-. 2.5 % 5 skovl 10 °/o argon

Andentrins- CopAlc NaCl 2.5 % 53*5 -65.5 1095 5 turbine- ^ -7 A1C1, 2.5 % skovl 10 °/o argon

Som det fremgår af ovenstående eksempel, øger anvendelsen af aktivatorerne ifølge opfindelsen væsentligt evnen til jævn udfældning ved en pulverblanding med gasfasealuminering af indre passager i metalsubstrater. Aktivatorerne ifølge opfindelsen medfører tykkere og jævnere aluminiums fældninger end aluminiumsha-logenid-, alkalimetalhalogenid- eller ammoniumhalogenidaktiva-torerne ifølge den kendte teknik.

Claims (3)

146892

1. Fremgangsmåde for tilvejebringelse af en aluminiumsbelægning på indre passager i et metalsubstrat af 5 jern, krom, kobolt eller nikkelbaselegeringer, som består i: a) opvarmning af en pulverblanding omfattende en aluminiumskilde, en aktivator og et inert 10 fyldmateriale til en temperatur, som er til strækkelig til at tilvejebringe udvikling af aluminiumsindeholdende gasser, og b) fremføring af disse gasser gennem indre passa- 15 ger i substratet, medens dette holdes på en temperatur, som er tilstrækkelig til at tilvejebringe aluminiumsdiffusion på de indre o-verflader af den nævnte del, 20 kendetegnet ved, at der som nævnte aktivator enten anvendes komplekse aluminiumshalogenider af alkalimetaller eller alkaliske jordmetaller eller blandinger af aluminiumshalogenider og alkaliske jord-halogenider og alkalimetalhalogenider. 25

1 PATENTKRAY

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de aluminiumsindeholdende gasser opblande s i en gasstrøm og drives gennem de indre passager . 30

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aktivatoren består af et natriumalumi-niumhalogenid.