EP0290820B1 - Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen - Google Patents

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EP0290820B1
EP0290820B1 EP88106164A EP88106164A EP0290820B1 EP 0290820 B1 EP0290820 B1 EP 0290820B1 EP 88106164 A EP88106164 A EP 88106164A EP 88106164 A EP88106164 A EP 88106164A EP 0290820 B1 EP0290820 B1 EP 0290820B1
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EP
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metal
solution
phase
salts
particles
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EP88106164A
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EP0290820A2 (de
EP0290820A3 (en
Inventor
Werner Dr. Ing. Hüther
Wolfgang Dr. Ing. Betz
Gerhard Andrees
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1026—Alloys containing non-metals starting from a solution or a suspension of (a) compound(s) of at least one of the alloy constituents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
    • Y10S75/956—Producing particles containing a dispersed phase

Definitions

  • the invention relates to a method for producing dispersion-hardened metal alloys, in particular for components of complex shape which are resistant to high temperatures, particles of a second phase being incorporated into a metallic matrix (first phase) with the aid of a colloidal suspension, the metallic components of the first phase initially being in the form of a salt solution, the solution is mixed with the particles of the second phase, which do not react with the metallic constituents of the first phase and their salt solution, a deglomerating agent is added, the solution is atomized and, after removal of the solvent, a reduction to metal takes place.
  • Metal alloys in particular superalloys for high-temperature-resistant components in a complicated form, such as turbine blades or similarly complicated moldings, often contain highly reactive elements, such as titanium, chromium, aluminum and the like.
  • highly reactive elements such as titanium, chromium, aluminum and the like.
  • mixed oxides can be formed already when removing the solvent or the water of crystallization due to the reactive elements, which can not or only very difficultly be reduced to metal.
  • the object of the invention is the method according to EP-A-0 223 196 to improve so that the target alloys can be produced almost as metal powder, although they contain highly reactive elements.
  • the invention relates to a method for producing dispersion-hardened metal alloys for high-temperature-resistant components of complicated shape, particles of a second phase being incorporated into a metallic matrix with the aid of a colloidal suspension.
  • the invention improves the method according to EP-A-0 223 196 and extends its field of application very significantly.
  • non-reactive, in particular oxidic, dispersions can be introduced into the suspension as a second phase in the form of particles.
  • Alloys can thus be processed to metal powder, which also contain the reactive elements mentioned.
  • Metal salts or mixtures of salts of metals which can be reduced from their salts are used as starting materials for the solution to form a suspension.
  • a suspension of fine powder particles of the highly reactive elements or suitable master alloys from these elements is thus produced by slurrying, optionally with deglomerating agent.
  • this mixture is atomized, dried and reduced, at most a thin surface layer of this metal powder is oxidized.
  • the remaining metallic residue can be uniformly distributed in the metallic matrix to the desired extent by diffusion treatment before or after compacting the powder. If a mixture of salt solutions of reactive metals is used, powders and sintered shaped bodies can be produced from them, which additionally contain a uniform distribution of the finest oxidic particles.
  • the particle size and distribution then depend on the sintering conditions of the shaped body. This gives optimally composed superalloys with different disperse populations to reinforce the matrix.
  • a colloidal suspension for example, a non-colloidal particle distribution in the solution can also be used as a suspension.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen, insbesondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix (erste Phase) mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, wobei die metallischen Bestandteile der ersten Phase zunächst als Salzlösung vorliegen, der Lösung die Partikel der zweiten Phase zugemischt werden, die mit den metallischen Bestandteilen der ersten Phase und deren Salzlösung nicht reagiert, ein Deglomerationsmittel zugegeben wird, die Lösung verdüst wird und nach Entfernen des Lösungsmittels eine Reduktion zu Metall erfolgt.
  • Metallegierungen, insbesondere Superlegierungen für hochtemperaturfeste Bauteile in komplizierter Form, wie Turbinenschaufeln oder ähnlich komplizierte Formkörper, enthalten häufig stark reaktive Elemente, wie Titan, Chrom, Aluminium und ähnliche. Bei der Umwandlung solcher Metallegierungen in Metallpulver, gemäß Anspruch 1 der EP-A-0 223 196 können bereits beim Entfernen des Lösungsmittels bzw. des Kristallwassers wegen der reaktiven Elemente Mischoxide entstehen, die nicht oder nur sehr schwer zu Metall reduziert werden können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach EP-A-0 223 196 so zu verbessern, daß die Ziellegierungen nahezu beliebig als Metallpulver hergestellt werden können, obwohl sie stark reaktive Elemente enthalten.
  • Die Lösung der Erfindung ist in Anspruch 1 enthalten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer 2. Phase in eine metallische Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden.
  • Die Erfindung verbessert das Verfahren nach EP-A-0 223 196 und erweitert seinen Anwendungsbereich ganz wesentlich.
  • Weitere Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
  • Weiterhin können erfindungsgemäß zusätzlich zu den metallischen Partikeln nicht reaktive, insbesondere oxidische Dispersate als zweite Phase in Form von Partikeln in die Suspension eingebracht werden.
  • Der Effekt einer gegebenenfalls vorgesehenen Dispersionshärtung nach dem aus EP-A-0 223 196 und GB-A-917 005 bekannten Stand der Technik kann hierdurch wesentlich gesteigert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn man Kornwachstum, insbesondere beim Sintern, verhindern will und die Ausbildung enger Subkorngrenzen in dem Formkörper bei hoher Belastung, insbesondere bei Wärmedehnung (Kriechen) einhalten will.
  • Durch die Wärmebehandlung im Temperaturzeitprogramm vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers kann das Metall der Partikel, auch wenn sie oberflächlich oxidiert sind, in die Matrix gleichmäßig eindiffundiert werden. Die in EP-A-0 223 196 angegebenen Beispiele gelten auch hier.
  • Somit können Legierungen zu Metallpulver verarbeitet werden, die auch die genannten reaktiven Elemente enthalten. Als Ausgangsstoffe der Lösung zur Bildung einer Suspension verwendet man Metallsalze oder Gemische von Salzen von aus ihren Salzen reduzierbarer Metalle. Damit wird eine Suspension feiner Pulverteilchen der stark reaktiven Elemente oder geeigneter Vorlegierungen aus diesen Elementen durch Aufschlämmen, gegebenenfalls mit Deglomerationsmittel erzeugt. Beim Verdüsen, Trocknen und Reduzieren dieser Mischung wird dann höchstens eine dünne Oberflächenschicht dieser Metallpulver oxidiert. Der verbleibende metallische Rest kann durch Diffusionsbehandlung vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers in gewünschtem Maße gleichmäßig in der metallischen Matrix verteilt werden. Verwendet man eine Mischung von Salzlösungen aus reaktiven Metallen, können Pulver und Sinter-Formkörper hieraus erzeugt werden, welche zusätzlich eine gleichmäßige Verteilung feinster oxidischer Partikel enthalten. Die Partikelgröße und -verteilung hängt dann von den Sinterbedingungen des Formkörpers ab. Damit erhält man optimal zusammengesetzte Superlegierungen, mit unterschiedlichen Dispersat-Populationen zur Verstärkung der Matrix. Anstelle der kolloidalen Suspension kann beispielsweise auch eine nichtkolloidale Partikelverteilung in der Lösung als Suspension eingesetzt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen, insbesondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix (erste Phase) mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, wobei die metallischen Bestandteile der ersten Phase zunächst als Salzlösung vorliegen, der Lösung die Partikel der zweiten Phase zugemischt werden, die mit den metallischen Bestandteilen der ersten Phase und deren Salzlösung nicht reagiert, ein Deglomerationsmittel zugegeben wird, die Lösung verdüst wird und nach Entfernen des Lösungsmittels eine Reduktion zu Metall erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff der Lösung zur Bildung einer Suspension zu Metallen reduzierbare Metallsalze oder Gemische von Salzen eingesetzt werden und der Lösung Metallpulverteilchen als zweite Phase zugemischt werden, aus Metallen oder ihren Legierungen, deren Salze nicht ohne weiteres einem Reduktionsverfahren unterzogen werden können.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Pulverteilchen, nicht reaktive, insbesondere oxidische Dispersate in die Lösung eingebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung auch Salze von reaktiven Metallen beigefügt werden, die bei der Trocknung und Reduktionsbehandlung Metalloxide bilden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung Salze von Metallen, wie Titan, Chrom, Aluminium und ähnlich reaktive Elemente zugesetzt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver einschließlich etwa oberflächlich oxidierten Metallpulverteilchen durch eine Diffusionswärmebehandlung vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers gleichmäßig in der metallischen Matrix verteilt wird.
EP88106164A 1987-05-13 1988-04-19 Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen Expired - Lifetime EP0290820B1 (de)

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EP0290820A3 EP0290820A3 (en) 1990-03-21
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