EP0883697A1 - Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen

Info

Publication number
EP0883697A1
EP0883697A1 EP97903375A EP97903375A EP0883697A1 EP 0883697 A1 EP0883697 A1 EP 0883697A1 EP 97903375 A EP97903375 A EP 97903375A EP 97903375 A EP97903375 A EP 97903375A EP 0883697 A1 EP0883697 A1 EP 0883697A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reaction
inner surfaces
hollow
components
reaction gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP97903375A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0883697B1 (de
Inventor
Valentin Grossmann
Horst Pillhöfer
Martin Thoma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH filed Critical MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Publication of EP0883697A1 publication Critical patent/EP0883697A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0883697B1 publication Critical patent/EP0883697B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/06—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C23C10/48—Aluminising
    • 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
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/10—Pipe and tube inside
    • 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
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/11—Pipe and tube outside

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the preparation and / or coating of the surfaces of hollow metal components. which have at least two connecting openings between their outer and inner surfaces.
  • EP 0349420 describes in particular for hollow blades in turbo engine construction
  • reaction gas mixtures (I, II) by reaction gas sources for treating the outer and inner surfaces of the hollow components
  • This method has the advantage that, with the same action of the reaction gases on the inner surfaces of the same hollow components, a greater homogenization of the reaction results compared to the previous methods, both for a preparation such as reduction of sulfide or oxide surface contaminations and for a coating of the inner surfaces with protective layers against oxidation, corrosion or sulfidation.
  • the inner surfaces form channels, as are known in the case of hollow turbine or compressor blades, double the channel length can be cleaned or coated compared to cleaning and coating using conventional methods, since the reaction gases not only move the cavities in one direction, but from two opposite ones Can flow through directions in succession.
  • the reaction gas mixtures (I. II) are composed of similar components, and the direction of flow of the reaction gases is changed several times over the surfaces of the hollow component by repeating steps b) and c).
  • This interval method has the particular advantage that the projections and other obstacles are present on inner surfaces, and reduced effects, for example between the windward and leeward sides of the obstacles, can be eliminated.
  • Another advantage is that higher flow velocities can be used since the wind and leeward effects are compensated for.
  • At least one of the reaction gas sources provides reaction gases which are used to clean outer and inner surfaces, preferably halogen-containing gases.
  • reaction gases which are used to clean outer and inner surfaces, preferably halogen-containing gases.
  • chlorine- or fluorine-containing gases which have a caustic effect on the surfaces to be cleaned, have proven their worth.
  • reaction gas sources do not always have to be of the same type.
  • at least one of the reaction gas sources preferably supplies reaction gases which serve to reduce sulfidic or oxidic deposits on the outer or inner surfaces, preferably hydrogen-containing gases and which in a preferred direction provide the surfaces 4 flow around the components, while a different type of coating source acts in the direction set. Flushing gases for cleaning a system before treated components are removed from the system can flow around the surfaces in the reaction spaces in a preferred direction, for example to drive toxic components in the preferred direction. Furthermore, connecting holes between outer and inner
  • Component surfaces as are known in turbine blades as film cooling bores, are kept free of undesired deposits and unwanted contaminants during a cooling phase after a coating process by an inert gas in the direction of the reaction gas mixture II from the inside to the outside via the connecting holes while the components flows through the cooling phase.
  • the second reaction gas (II) can consequently be a coating reaction gas, such as preferably a chromating or alitizing reaction gas, a reducing gas, such as preferably a hydrogen-containing gas or an inert gas.
  • a coating reaction gas such as preferably a chromating or alitizing reaction gas
  • a reducing gas such as preferably a hydrogen-containing gas or an inert gas.
  • the inert gas is preferably used in the heating or cooling phase.
  • gases containing halide decompose on the metallic outer or inner surfaces of the hollow components into a metallic component which is deposited as a coating on the outer and inner surfaces and a halogen component which can be reused as an activator.
  • gases containing halide decompose on the metallic outer or inner surfaces of the hollow components into a metallic component which is deposited as a coating on the outer and inner surfaces and a halogen component which can be reused as an activator.
  • a device is specified with the features of claim 6.
  • This device is suitable for the preparation and / or coating of the surfaces of metallic hollow components which have at least two connecting openings between their outer and inner surfaces.
  • the device has a reaction container with an outer reaction space and a central holding tube.
  • Removable, hollow support arms aligned radially to the holding tube are arranged on the holding tube. These can each hold at least one hollow component and usually carry up to 30 hollow components, a first connection opening of the components being connected to the outer reaction space and a second connection opening being connected to the interior of the holding tube via the hollow support.
  • reaction gases from the outer reaction space flow first over the outer surfaces of the hollow components and then over the first connection opening to the inner surfaces of the hollow components. They are guided to the interior of the holding tube via the second connection opening in the hollow components and via the support arms. Conversely, the reaction gases from the interior of the holding tube via the support arms through the second connection opening of the component first over the inner surfaces and then through the first connection opening over the outer surfaces of the components in the outer
  • This device has the advantage that the surfaces of the components can be flowed around in succession or alternately from two opposite directions.
  • the removable support arms can be separated and equipped with hollow components outside the reaction spaces.
  • the hollow components on the support arms can have different structures and are individually adapted to the support arms and gas-tightly connected to the hollow support arms with the second connection opening.
  • Several support arms are then connected to the holding tube via uniform connection openings.
  • These connections can be conical, spherical, flange-like or sleeve-shaped. They are preferably designed as hemispherical, releasable connections.
  • the support arms are finally attached to a fir tree, the support tube, like a branch, the branch and tree trunk being hollow and the tree trunk being an internal reaction gas source can take up, which is thus advantageously separated from the outer reaction space. so that the surfaces of the hollow components can flow around from opposite directions.
  • Reaction space between the carrier arms radially arranged to the holding tube outer pellet baskets fastened with a first reaction gas source material Reactipons gas source materials of this type are known for gas diffusion processes from US Pat. No. 5,071,678 and consist of halogen granules which are gaseous at high temperatures as an activator, metal donor granules and fibers such as granular metal oxides. They are advantageously suspended in the outer reaction chamber in the vicinity of the surfaces to be coated in granule baskets which are positioned between the carrier arms and, in a further preferred embodiment of the invention, are arranged with the carrier arms in several layers one above the other on the holding tube. As a result, up to 1000 hollow components can advantageously be coated in one batch on their outer and inner surfaces.
  • Such a device can also be expanded as desired and is suitable for mass production.
  • a second reaction gas source material is preferably arranged in the interior of the holding tube in inner granule baskets.
  • reaction source material can preferably also be used, so that, for example, chromium is predominantly deposited on the inner surfaces if the inner granule baskets carry a chromium-containing reaction gas source and a predominantly aluminum-containing coating is carried out on the outer surfaces when the outer granulate baskets in the outer reaction chamber have aluminum-containing donor granules.
  • the holding tube is preferably located centrally on the bottom of the reaction vessel and the bottom of the reaction vessel has at least one first inlet or outlet opening for the outer reaction space and at least one second inlet or outlet opening for the interior of the holding tube.
  • FIG. 1 shows a partial area of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a top view of a layer made of granulate baskets and carrier arms of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a hollow blade which is suitable for use in the device according to the invention and in the method according to the invention.
  • reaction gas sources 201 to 280 and 290 provide two reaction gas mixtures (I, II) for treating the outer and inner surfaces of the hollow components 100, a first reaction gas mixture (I) of the first reaction gas source 201 to 280 in an outer reaction space 110 in Direction of arrow A over the outer surfaces and then over the inner
  • a second reaction gas mixture (II) of the second reaction gas source 290 in a second reaction space 120 in the direction of arrow B is first passed over the inner surfaces and then over the outer surfaces of the components 100.
  • the direction of the reaction gas streams can be staggered in time between the streams. directions A and B can be changed several times in order to compensate for windward and leeward effects on obstacles and sharp edges of the hollow components 100 on the outer and inner surfaces of complex components 100 in the direction A or B.
  • reaction gas sources can also be connected upstream of the outer or inner reaction space 110 and through reaction openings 111 or 121 in the bottom 131 of the reaction vessel, such as halogen-containing gases, which are preferably used for cleaning the outer and / or inner surfaces, respectively.
  • Hydrogen-containing reducing gases are also supplied from external sources via the supply openings 111 and 121 to the outer and / or inner surfaces for reducing sulfidic or oxidic deposits, with at least one of the two granule basket arrangements as described in positions 01 to 280 or Item 290 show, can be dispensed with.
  • gases containing halide are generated in the outer or inner reaction space 110 or 120. These reaction gases partially decompose on the metallic outer or inner surfaces of the hollow components 100 into a metallic component, which Coating is deposited on the outer and inner surfaces and a gaseous halogen component which can be reused as an activator after it has condensed on cool surfaces or transported donor metal atoms to the outer or inner surfaces of the hollow components 100 in heated rooms as activator gas.
  • an inert carrier gas such as argon, is usually required, which is passed successively in the direction of arrow A or B over the outer or inner surfaces of the hollow components 100 to be coated and carries the reaction gases with them .
  • the device for the preparation and / or coating of the surfaces of metallic hollow components 100 is only suitable for components which have at least two connecting openings 103, 104 between their outer and inner surfaces.
  • a first connection The opening 103 of the component 100 is connected to the outer reaction chamber 110.
  • a second connection opening 104 is connected via the hollow support arm 1 to 60 to the interior of a holding tube 105, which in this example also serves as an inner reaction space 120.
  • reaction gas from the first reaction gas source 201 to 280 can flow from the outer reaction space 110 first over the outer surfaces and then over the first
  • reaction gas can flow from the interior of the holding tube 105 via the support arms 1 to 60 through the second connection opening 104 of the component 100 first via the inner surfaces and then through the first connection opening 103 via the outer surfaces of the components 100 into the outer reaction space 110 in Flow in direction of arrow B.
  • the hollow components 100 are fastened and sealed with their second connecting opening 104 in the hollow support arm 1 to 60.
  • This seal is achieved with a sealing compound 108, such as a sintered compound, with, for example, a lower end 106 of the hollow component
  • the hollow support arms are detachably connected radially outward to the central holding tube 105.
  • the detachable connection 109 consists of a conical, spherical, hemispherical or flange-like seat 112, which has a pawl-like latching device 113, which enables the carrier arms 1 to 60 to be quickly attached to the central hollow tube 105.
  • FIG. 2 shows a top view of a sectional plane CC of a layer composed of granule baskets 201 to 220 and support arms 1 to 20 of the device according to the invention.
  • the granule baskets 201 to 280 with a first reaction gas source material are in this example with donor granules and
  • a central pellet basket 290 with a second reaction gas source material in pellet form is arranged in the middle of the holding tube 105. It supplies the internal surfaces of the hollow components 100 with reaction gases for a gas diffusion coating via connecting openings 115 to the cavities 107 of the carrier antennas 1 to 20 and via the second connecting openings 104 shown in FIG. 1 in the hollow components 100.
  • the reaction gases then flow via the first connection opening 103 shown in FIG. 1 to the outer surfaces in the direction of arrow B.
  • Carrier arms 1 to 60 and granulate baskets 201 to 280 can, as shown in FIG. 1, be connected or fastened in several layers to the holding tube 105 one above the other. In this example, three layers, each with 20 support arms 1 to 60 and 20 granulate baskets 201 to 280, are connected or fastened to the holding tube 105. In this example, each support arm accommodates 4 hollow components, so that 240 hollow components 100 can be cleaned and coated at the same time.
  • the bottom 131 of the reaction container 130 has, in addition to the inlet openings in the outer reaction chamber 110 and in the inner reaction chamber 120, outlet openings 116 and 122 in the outer and inner reaction chamber 110 and 120, respectively.
  • the openings are connected via supply or discharge lines to corresponding control valves, not shown, via which inert carrier gases or caustic, reducing or deoxidizing reaction gases can be supplied or removed.
  • FIG. 3 shows a hollow blade 300 which is suitable for use in the device according to the invention and in the method according to the invention.
  • the hollow vane 300 is used in turbo engines and must be protected against corrosion and oxygen embrittlement by the aggressive gases in the flow channel of the turbo engine.
  • These hollow blades 300 usually have first connecting bores 303 and 304, respectively, on their front edges 301 and / or on their rear edges 302, which connect the outer surfaces 305 to the inner surfaces 306.
  • these hollow blades 300 have a blade root 317 whose outer surfaces 318 are to be protected from coating.
  • second connecting openings 313 and 314 through which cooling air can enter during operation, for example, which can flow out as cooling air film at the front and / or rear edges 301 and 302 through the cooling film bores 303 and 304, respectively.
  • a cleaning and / or coating gas can be used with the aid of the invention
  • the support arm consists of a hollow profile with attached holding and supporting device 310 for the hollow blade 300, into which the blade root 317 is inserted and then enclosed with a sealing compound 108, which in this example is a sintered compound, so that the openings 313 and 314 of the blade root 317 are connected to the cavity 307 of the support arm 1.
  • the interior of the hollow blade is structured in narrow channels, so that the reaction gases are deflected several times, and windward and leeward effects are reduced only by minimal flow rates. Only by switching the flow direction according to the invention from the arrow direction A to the arrow direction B and vice versa, the windward and leeward effects at the sharp deflection points are compensated. Depletion of the reaction gas sources on reaction components is reduced and enrichment on
  • Reaction components in particular in the interior of the hollow blade, are brought about by the method according to the invention, so that more uniform cleaning effects and more uniform coating results than with conventional devices and methods are made possible.
  • a high pressure turbine blade made of a nickel-based alloy of the composition (Rene SO)
  • the base area of the turbine blade 300 is first provided with an Al 2 O 3 layer by immersion in a slip suspension which essentially consists of Al 2 O 3 powder and an aqueous solution.
  • a slip suspension which essentially consists of Al 2 O 3 powder and an aqueous solution.
  • four blades 300 each are placed on holding and supporting devices 310, which are located on the carrier arms 1 to 60 of the device according to the invention.
  • Each support arm 1 to 60 is then filled with a powder filling 308 made of nickel-based powder and Al 2 O 3 powder.
  • This powder fill 308 seals the blade root area in cooperation with the slip casting layer 108 on the outer surfaces 318 of the blade root 317 in the holding and supporting device 310 by sintering together to form a sintered mass during late heating and protects the outer surfaces 318 of the Blade foot 317 before coating.
  • the carrier arms 1 to 60 w prepared in this way outside the reaction container 130 are then hung in the central holding tube 105.
  • the conical or hemispherical connecting pins of the carrier arches are additionally brushed with A UO 3 slip in order to seal minor gaps.
  • more than 30 porters in more than 5 layers or levels are hung on a holding tube 105.
  • Pellet baskets made of perforated sheet are suspended between the support arms in every position. These contain aluminum donor granules of an Al / Cr alloy and a granulate of aluminum fluoride as activator donors as reaction gas sources. In this example, 600 g of aluminum donor granules and 10 g of activator granules are used per scoop. A part of this granulate is filled as a second reaction gas source 290 into a granulate basket in the interior of the holding tube.
  • a fir tree load carrier is completed.
  • the fir tree charging carrier is positioned on the base of a retort hood furnace, the holding tube 105 forming the central trunk of the fir tree charging carrier, the central trunk has a feed line 121 and a lead 122 through the retort base.
  • the outer traction chamber has two supply lines 111 and two discharge lines 116.
  • a retort hood 140 and a hood furnace are placed over the fir tree charging carrier and the retort is flushed with argon.
  • Example 2 a combined pre-cleaning of the inner surfaces of a turbine blade with subsequent coating of the outer and inner surfaces of a turbine blade made of a material similar to that in Example 1 is carried out.
  • Blade material and mold material can be exempted. Reactions of the inner surfaces with the core material when casting a blade can leave partial residues on the inner surfaces which hinder or completely prevent diffusion coating, so that weak points in the hot gas oxidation and corrosion protection layer can occur in the interior of the hollow blades 300.
  • a turbine blade made of a nickel-based alloy of the composition (Rene 142)
  • the casting material is cleaned and coated at the same process temperature so that the cleaned inner surfaces do not become coated with oxide again.
  • the turbine blades are connected to the central holding tube, five each per support arm, and a batch of 300 rotor blades is distributed over three layers.
  • the cake and heating hood are placed over the fir tree charge and an argon protective atmosphere is created by pumping and rinsing.
  • the argon flow is 20001 / h at
  • a mixture of HF and H 2 is introduced into the tunnel tree for a period of 2 hours via the opening 122.
  • the reaction gas mixture consists of HF at 0.51 / h per blade and H 2 together with 5 1 / h per scoop.
  • In the outer reaction space circulates at the same time with 401 / h per
  • the HF supply is switched off and a further 0.25 hour is flushed with H 2 (5 l / h per scoop).
  • the gas flow is then reversed.
  • a coating gas mixture of A1F, A1F 3 and H 2 (at 20 l / h per blade) is now passed for coating in direction A first over the outer and then over the inner surfaces of the hollow blades.
  • coating is carried out in the opposite direction B for two more hours.
  • the reaction gas is first passed over the inner surfaces and then passed over the outer surfaces via the inner reaction gas source through the support arms via the second connection openings in the hollow blades.
  • the batch cools down, the batch is flushed with Ar against the direction of flow A, the argon being opened via the opening 122 when the opening 121 is closed, first over the inner surfaces of the hollow blades and then over the outer surfaces of the
  • the result is a defect-free inner coating with high uniformity of the inner layer thickness.
  • a hollow blade is coated on the outside and inside, which has an extreme length of over 500 mm for the inner cooling channels.
  • the previously available methods and devices with unidirectional reaction gas guidance result in particularly serious reductions in the inner layer thickness from the entry of the reaction gases into the cavities or cooling channels of hollow blades to the exit from the cavities or to the end of the cooling channels. Decreases from 0.5 to 1 ⁇ m each Centimeter channel length are quite common. With a coating thickness of 50 ⁇ m in the area of the first connection opening 103 to the interior of a hollow blade, the coating thickness approaches zero at the end of a channel with a length of 500 cm. In comparison to this, the new device and the method according to the invention can be used to coat longer cooling channels as well as to make the layer thicknesses more uniform.
  • the first reaction gas source is equipped with granules of an aluminum donor alloy and the second reaction source with a donor alloy and the granules of a halogen activator.
  • the device is heated to 1040 ° C. under a low argon flow in the direction of arrow A until the entire activator is present in gaseous form in the second reaction space. Only then is the flow rate controlled for half an hour so that the reaction gases flow in direction B.
  • Halogen or halide compounds or gases are present. Rather, they concentrate on the inner second reaction space.
  • a high content of aluminum halides in the reaction gas called aluminum activity is required.
  • the depletion of aluminum halides in the reaction gas and thus the abnalime of aluminum activity is, however, considerable in conventional processes by depositing aluminum on the surfaces of the hollow components. With the method according to the invention, this depletion is reduced, so that high aluminum activity can be maintained, and problematic superalloys to which aluminum can be applied only with difficulty or not at all by means of conventional gas diffusion coatings can also be satisfactorily coated from the inside.
  • turbine guide vanes with the following alloy composition (X 40)
  • 100 hollow blades are arranged in 5 layers in the first reaction space, and 1500 g per bucket of donor metal granules and 20 g activator granules per blade are weighed.
  • a retort hood 140 of 1.3 m 3 in volume is placed over the batch.
  • the retort base 131 has a gas supply line and two exhaust gas lines.
  • the holding tube has a cylindrical container with a capacity of 0.25 m 3 in the lower area above the retort bottom in the heated area.
  • the batch Before heating, the batch is flushed in the direction B with 10 times the volume of the retort hood with argon. The device is then heated under an argon flow of 10001 / h. At 900 ° C, the hydrogen flow is changed to 20001 / h until a holding temperature of 1080 ° C is reached. Then the flow is reduced and switched to pressure control.
  • pressure sensors are arranged in the first and second reaction spaces as measuring transducers. A pressure difference is alternately built up between the pressure sensors with a hydrogen flow rate of up to about 10001 / h
  • the batch After changing the sign of the pressure difference between the two reaction spaces 110 and 120 several times, the batch is removed in the direction B after 6 hours with argon purge. cools.
  • the result is a very uniform layer thickness between the outer and inner surfaces of the hollow blades.
  • a turbine blade for a stationary gas turbine made of the same material as in Example 1 is to be coated essentially with chromium on the inner surfaces and essentially with aluminum on the outer surfaces.
  • the blades are equipped with film cooling holes on the trailing edges.
  • the blades also have three inner cooling channels. It has proven to be expedient to coat the inner channels with a different material than the outer surfaces of these hollow blades. For this reason, the inner channels must be coated with chrome and the outer surfaces with aluminum.
  • 160 turbine blades in 4 layers are connected to 20 support arms, each support arm holding two blades.
  • 10 kg of chrome tablets are arranged in perforated metal baskets and 5 g of NH 4 C1 per blade are positioned in the lower area of the holding tube.
  • Another 3 g of NH 4 C1 is arranged in the bottom area of the first reaction chamber.
  • the aluminum donor granulate with a fluorine compound as activator for the outer coating is placed at 400 g per scoop in the granulate baskets between the carrier arms.
  • the batch is flushed with argon and heated to a first holding temperature of 1080 ° C. without any flow.
  • an argon flow in direction B over the inner surface of the blade of 160 1 / h is set, which coats the inner surfaces with chrome.
  • an argon flow of 40001 / h which protects the outer surfaces from a chromium coating, circulates in the first reaction space via the inlet 11 and the outlet 116.
  • the amount and the location of the NH 4 Cl activator for the alitation are dimensioned or selected such that the NH 4 Cl activator is completely evaporated in the 4 hours given the temperature distribution and the temperature gradient present.
  • the argon flow is switched to alitizing the outer surfaces.
  • the outer surfaces are alitated in the following 4 hours.
  • a measured average inner coating thickness of 25 ⁇ m results, which essentially consists of chromium and an aluminum layer on the outer surfaces with an average thickness of 45 ⁇ m.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen Hohlbauteilen, die mindestens zwei Verbindungsöffnungen zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen. Dazu werden zunächst mindestens zwei Reaktionsgasgemische (I, II) durch Reaktionsgasquellen zur Behandlung der äußeren und inneren Oberflächen der Hohlbauteile bereitgestellt und das erste Reaktionsgasgemisch (I) über die äußeren Oberflächen und danach über die inneren Oberflächen der Bauteile geführt, während das zweite Reaktionsgasgemisch (II) über die inneren Oberflächen und danach über die äußeren Oberflächen der Bauteile geführt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von Hohlbauteilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Präparation und/oder Beschich- tung der Oberflächen von metallischen Hohlbauteiien. die mindestens zwei Verbindungsöff¬ nungen zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen.
Für die Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen Hohlbauteilen, die mindestens zwei Verbindungsöffnungen zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen, ist insbesondere für Hohlschaufeln beim Turbotriebwerksbau aus EP 0349420 ein
Verfahren mit Vorrichtung bekannt, bei dem ein Reinigungsgasgemisch oder ein Beschich- tungsgasgemisch unterhalb einer Schaufel in einem Reaktionsraum erzeugt wird. Die Schaufel hängt in dem Reaktionsraum, von dem aus die äußeren Oberflächen gereinigt bzw. beschichtet werden können und das Reaktionsgas umströmt zuerst die äußeren Oberflächen in einer Rich- tung und dann durch eine erste Öffnung in der Hohlschaufel in die Hohlräume an den inneren
Oberflächen vorbei und schließlich aus den Höhlräumen über eine zweite Öffnung in der Hohl¬ schaufel heraus in eine Abgasleitung zur Entsorgung oder Rückführung der Restgase des Reaktionsgases.
Derartige Vorichtungen und Verfahren haben den Nachteil, daß die Konzentration einzelner
Reaktionskomponenten, die im Reaktionsgas enthalten sind und die mit den Oberflächen reagieren, auf dem Weg über die äußeren Flächen, die erste Öffnung, die inneren Flächen bis zum Austritt aus der zweiten Öffnung derart absinkt, daß erhebliche Reaktionsunterschiede zwischen äußeren und inneren Oberflächen und im Verlauf der inneren Oberflächen auftreten.
Die Unterschiede zwischen äußeren und inneren Oberflächen werden durch die Maßnahmen, wie sie in den Patentschriften DE 4035 789 und DE 41 19967 beschrieben werden, teilweise überwunden. Jedoch ist feststellbar, daß die Unterschiede im Verlauf der inneren Oberflächen vom Eintritt in die Hohlräume bis zum Ausströmem aus den Hohlräumen mit den bisherigen Verfahren nicht wesentlich verbessert werden können. Die verbesserten Verfahren und Vor¬ richtungen haben darüberhinaus den Nachteil, daß sie Retortenaufbauten erfordern, die äußerst komplex und wenig variabel aufgebaut sind und für eine Massenfertigung ungeeignet erschei¬ nen.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die bekannten Vorrichtungen und Ver¬ fahren keine unterschiedlichen Gasquellen für die Behandlung der äußeren und inneren Ober¬ flächen zulassen.
Gelöst werden diese Aufgaben, soweit es ein Verfahren betrifft mit den Verfahrensschritten:
a) Bereitstellen mindestens zweier Reaktionsgasgemische (I, II) durch Reaktionsgasquel¬ len zur Behandlung der äußeren und inneren Oberflächen der Hohlbauteile,
b) Führen des ersten Reaktionsgasgemisches (I) über die äußeren Oberflächen und danach über die inneren Oberflächen der Bauteile,
c) Führen des zweiten Reaktionsgasgemisches (II) über die inneren Oberflächen und danach über die äußeren Oberflächen der Bauteile.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bei gleicher Einwirkung der Reaktionsgase auf die inne¬ ren Oberflächen gleicher Hohlbauteile, gegenüber den bisherigen Verfahren eine größere Vergleichmäßigung der Reaktionsergebnisse sowohl für eine Präparation wie Reduktion sulfi¬ discher oder oxidischer Oberflächenverunremigungen als auch für eine Beschichtung der inneren Oberflächen mit Schutzschichten gegen Oxidation, Korrosion oder Sulfidation, er¬ reicht wird. Bilden die inneren Oberflächen Kanäle, wie sie bei Turbinen- oder Verdichter¬ hohlschaufeln bekannt sind, so kann gegenüber der Reinigung und Beschichtung mit her¬ kömmlichen Verfahren die doppelte Kanallänge gereinigt bzw. beschichtet werden, da die Reaktionsgase die Hohlräume nicht nur in einer Richtung, sondern aus zwei entgegengesetzten Richtungen nacheinander durchströmen können.
In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens setzen sich die Reaktionsgasgemische (I. II) aus gleichartigen Komponenten zusammen, und die Strömungsrichtung der Reaktionsgase wird über die Oberflächen des Hohlbauteils durch Wiederholen der Schritte b) und c) mehrfach geändert. Dieses Intervallverfahren hat insbesondere den Vorteil, daß bei inneren Oberflächen die Vorsprünge und andere Hindemisse aufweisen, Verminderte Wirkungen beispielswiese zwischen Luv- und Leeseite der Hindernisse aufgehoben werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß mit höheren Durchströmgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, da sich luv- und leeseitige Wirkungen kompensieren. Das heißt, daß die bisher üblichen Kriechgeschwindig¬ keiten beim Durchströmen von Innenflächen zur Vermeidung der Ausbildung von Unterschie¬ den zwischen Luv- und Leeseite an Hindernissen, die zu einer vorzeitigen Verarmung der Re¬ aktionskomponenten fuhren können nicht mehr beibehalten werden müssen, so daß erstens die vorzeitige Verarmung überwunden wird, und zweitens ein hohe Gleichmäßigkeit der Präpara- tion und/oder der Beschichtung erreicht wird, die insbesondere bei Beschichtungen durch die
Messung der Beschichtungsdicke nachweisbar wird. Schließlich wird mit dieser Verfahrens¬ variante eine Verkürzung der Verfahrensdauer erreicht, falls gleiche Präparations- und/oder Beschichtungsergebnisse wie mit herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen zu erzielen sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Durchfuhrung des Verfahrens liefert mindestens eine der Reaktionsgasquellen Reaktionsgase, die der Reinigung von äußeren und inneren Oberflächen dienen, vorzugsweise halogenhaltige Gase. Unter diesen haben sich besonders chlor- oder flu- orhaltige Gase bewährt, die ätzend auf die zureinigenden Oberflächen einwirken.
Die Reaktionsgasquellen müssen nicht immer gleichartig sein. Bei Oberflächenpräparationen liefert vorzugsweise mindestens eine der Reaktionsgasquellen Reaktionsgase, die der Reduk¬ tion sulfidischer oder oxidischer Ablagerungen auf den äußeren oder inneren Oberflächen die¬ nen, vorzugsweise wasserstoffhaltige Gase, die in einer bevorzugten Richtung die Oberflächen 4 der Bauteile umströmen, während eine andersartige Beschichtungsquelle in der cntgcecngc- setzten Richtung wirkt. Auch Spülgase zum Reinigen einer Anlage, bevor behandelte Bauteile der Anlage entnommen werden, können in einer bevorzugten Richtung die Oberflächen in den Reaktionsräumen umströmen, um beispielsweise giftige Komponenten in die bevorzugte Richtung zu treiben. Ferner können Verbindungsbohrungen zwischen äußeren und inneren
Bauteiloberflächen, wie sie bei Turbinenschaufelln als Filmkühlungsbolirungen bekannt sind, von unerwünschten Ablagerungen und unerwünschter Kontaminationen wälirend einer Ab¬ kühlphase nach einem Beschichtungsprozeß freigehalten werden, indem in Richtung des Reak¬ tionsgasgemisches II ein Inertgas die Bauteile von innen nach außen über die Verbindungs¬ bohrungen während der Abkühlphase durchströmt.
Das zweite Reaktionsgas (II) kann folglich ein beschichtendes Reaktionsgas, wie vorzugs¬ weise ein chromierendes oder alitierendes Reaktionsgas, ein reduzierendes Gas, wie vorzugs¬ weise ein wasserstoffhaltiges Gas oder ein Inertgas sein. Wobei das Inertgas vorzugsweise in der Phase des Auf heizens oder des Abkühlens eingesetzt wird.
Bei einer Gasdiffiisionsbeschichtung der äußeren oder inneren Oberflächen zersetzen sich vor¬ zugsweise halogenidhaltige Gase an den metallischen Außen- oder Innenflächen der Hohlbau¬ teile in eine metallische Komponente, die als Beschichtung auf den äußeren und inneren Ober- flächen abgeschieden wird und eine halogene Komponente, die als Aktivator wiederverwendet werden kann. Die Verarmung der Metallquelle und die Verdünnung des Reaktionsgases ist bei den Strömungsgeschwindigkeiten herkömmlicher Verfahren besonders gravierend und wirkt sich negativ auf eine Vergleichmäßigung der Schichtdicken aus, was durch das erfindungs¬ gemäße Verfahren überwunden wird.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, und um die Nachteile der bishe¬ rigen Vorrichtungen, die aufgrund ihrer Komplexität für eine einzelne Schaufel für eine Mas¬ senfertigung ungeeignet sind, zu überwinden, wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Diese Vorrichtung ist für eine Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen xon metal¬ lischen Hohlbauteilen, die mindestens zwei Verbindungsöffnungen zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen, geeignet. Die Vorrichtung weist einen Reaktionsbehälter mit einem äußeren Reaktionsraum und ein zentrales Halterohr auf. An dem Halterohr sind ab- nehmbare radial zum Halterohr ausgerichtete hohle Trägerarme angeordnet. Diese können mindestens jeweils ein Hohlbauteil aufnehmen und tragen üblicherweise bis zu 30 Hohlbautei¬ le, wobei eine erste Verbindungsöffnung der Bauteile mit dem äußeren Reaktionsraum und eine zweite Verbindungsöffhung über den hohlen Trägerann mit dem Innenraum des Halte¬ rohres verbunden sind. Die Reaktionsgase aus dem äußeren Reaktionsraum strömen zuerst über die äußeren Oberflächen der Hohlbauteile und danach über die erste Verbindungsöffhung zu den inneren Oberflächen der Hohlbauteile. Sie werden über die zweite Verbindungsöffnung in den Hohlbauteilen und über die Trägerarme zum Innenraum des Halterohres geführt. Umge¬ kehrt können die Reaktionsgase von dem Innenraum des Halterohres über die Tragarme durch die zweite Verbindungsöffhung des Bauteils zuerst über die inneren Oberflächen und danach durch die erste Verbindungsöffhung über die äußeren Oberflächen der Bauteile in den äußeren
Reaktionsraum strömen.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Oberflächen der Bauteile aus zwei entgegengesetz¬ ten Richtungen nacheinander oder im Wechsel umströmt werden könnnen. Die abnehmbaren Trägerarme können getrennt und außerhalb der Reaktionsräume mit Hohlbauteilen bestückt werden. Die Hohlbauteile auf den Trägerarmen können unterschiedliche Strukturen aufweisen und werden individuell an die Trägerarme angepaßt und mit der zweiten Verbindungsöffhung gasdicht mit den hohlen Trägerarmen verbunden. Mehrere Trägerarme werden dann über gleichförmige Anschlußöfmungen an das Halterohr angeschlossen. Diese Anschlüsse können konisch, kugelförmig, flanschartig oder muffenfbrmig ausgebildet sein. Vorzugsweise werden sie als halbkugelförmige, lösbare Verbindungen ausgeführt.
Die Trägerarme sind schließlich wie ein Ast an einen Tannenbaum, dem Halterohr, befestigt, wobei Ast und Baumstamm hohl sind und der Baumstamm eine innere Reaktionsgasquelle aufnehmem kann, die damit von dem äußeren Rcaktionsraum vorteilhaft getrennt ist. so daß aus entgegengesetzten Richtungen die Oberflächen der Hohlbauteile umströmt werden kön¬ nen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im äußeren
Reaktionsraum zwischen den Trägerarmen radial zum Halterohr angeordnete äußere Granulat¬ körbe mit einem ersten Reaktionsgasquellenmaterial befestigt. Derartige Reaktiponsgasquel- lenmaterialien sind für Gasdiffusionsverfahren aus US-PS- 5 071 678 bekannt und bestehen aus einem bei hohen Temperaturen gasförmigen Halogengranulat als Aktivator, einem Metall- Spendergranulat und Ballaststoffen, wie granulatförmigen Metalloxiden. Vorteilhafterweise werden sie im äußeren Reaktionsraum in der Nähe der zu beschichtenden Oberflächen in Granulatkörben aufgehängt, die zwischen den Trägerarmen positioniert sind und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit den Trägerarmen in mehreren La¬ gen übereinander am Halterohr angeordnet sind. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise in einer Charge bis zu 1000 Hohlbauteile auf ihren äußeren und inneren Oberflächen beschichten.
Eine derartige Vorrichtung ist außerdem beliebig erweiterbar und für die Massenfertigung geeignet.
Ein zweites Reaktionsgasquellenmaterial ist vorzugsweise im Innenraum des Halterohres in inneren Granulatkörben angeordnet. Ein Vorteil ist, daß bei gleiartigem Quellenmaterial die
Oberflächen aus zwei Richtungen umströmt werden und damit bei hoher Strömungsgeschwin¬ digkeit Luv- und Leewirkungen an Hindernissen und scharfen Kanten weitestgehend kom¬ pensiert werden. Außerdem kann vorzugsweise auch unterschiedliches Reaktionsquellenmate¬ rial zum Einsatz gebracht werden, so daß beispielsweise auf den inneren Oberflächen über- wiegend Chrom abgeschieden wird, wenn die inneren Granulatkörbe eine chromhaltige Reak¬ tionsgasquelle tragen und auf den äußeren Oberflächen eine überwiegend aluminiumhaltige Beschichtung erfolgt, wenn die äußeren Granulatkörbe im äußeren Reaktionsraum aluminium- haltiges Spendergranulat aufweisen. Um ein sicheres Unschalten der Gasstromrichtungen zu gew ährleisten, steht das Halterohr vorzugsweise zentral auf dem Boden des Reaktionsbehälters und der Reaktionsbehälterboden weist mindesten eine erste Zu- oder Ableitungsöffnung für den äußeren Reaktionsraum und mindestens eine zweite Zu- oder Ableitungsöffnung für den Innenraum des Halterohres auf.
Die folgenden Figuren und Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen und Anwen¬ dungsbeispiele der vorliesenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Lage aus Granulatkörben und Trägerarmen der erfin- fungsgemäßen Vorrichtung
Fig.3 zeigt eine Hohlschaufel, die für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in dem erdfimndungsgemäßen Verfahren geeignet ist.
Fig. 1 zeigt einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen Hohlbauteilen 100 werden diese in Trägerarmen 1 bis 60 angeordnet, so daß sich die Hohlbauteile 100 zwischen zwei Reaktionsgasquellen 201 bis 280 und 290 befinden. Diese Reaktionsgasquellen 201 bis 280 und 290 stellen zwei Reaktionsgasgemische (I, II) zur Be¬ handlung der äußeren und inneren Oberflächen der Hohlbauteile 100 bereit, wobei ein erstes Reaktionsgasgemisch (I) der ersten Reaktionsgasquelle 201 bis 280 in einem äußeren Reak- tionsraum 110 in Pfeilrichtung A über die äußeren Oberflächen und danach über die inneren
Oberflächen der Bauteile 100 geführt wird und ein zweites Reaktionsgasgemisch (II) der zwei¬ ten Reaktionsgasquelle 290 in einem zweiten Reaktionsraum 120 in Pfeilrichtung B zunächst über die inneren Oberflächen und danach über die äußeren Oberflächen der Bauteile 100 ge¬ führt wird. Die Richtung der Reaktionsgasströme kann zeitlich gestaffelt zwischen den Strö- mungsrichtungen A und B mehrfach geändert werden, um an äußeren und inneren Oberflächen von komplexgestalteten Bauteilen 100 in Richtung A oder B Luv- und Leewirkungen an Hin¬ dernissen und scharfen Kanten der Hohlbauteile 100 zu kompensieren.
Eine der Reaktionsgasquellen kann auch dem äußeren oder inneren Reaktionsraum 1 10. 120 vorgeschaltet sein und über die Zuleitungsöffnungen 111 bzw. 121 im Boden 131 des Reak¬ tionsbehälters Reaktionsgase, wie halogenhaltige Gase, die vorzugsweise der Reinigung der äußeren und/oder inneren Oberflächen dienen, zuführen. Auch wasserstoffhaltige Reduktions¬ gase werden aus externen Quellen über die Zuleitungsöffnungen 111 bzw. 121 den äußeren und/oder inneren Oberflächen zur Reduktion sulfidischer oder oxidischer Ablagerungen zuge¬ führt, wobei auf mindestens eine der beiden Granulatkorbanordnungen, wie sie die Positionen 01 bis 280 oder die Position 290 zeigen, verzichtet werden kann.
Für eine Gasdiffusionsbeschichtung der äußeren oder inneren Oberflächen der Hohlbauteile 100 werden halogenidhaltige Gase in dem äußeren bzw. inneren Reaktionsraum 110 bzw. 120 erzeugt Diese Reaktionsgase zersetzen sich teilweise an den metallischen Außen- oder Innen¬ flächen der Hohlbauteile 100 in eine metallische Komponente, die als Beschichtung auf den äußeren und inneren Oberflächen abgeschieden wird und eine gasförmige halogene Kompo¬ nente, die als Aktivator wiederverwendet werden kann, nachdem sie an kühlen Oberflächen kondensiert oder in beheizten Räumen als Aktivatorgas Spendermetallatome zu den äußeren oder inneren Oberflächen der Hohlbauteile 100 transportiert. Um den Transport in den erfin¬ dungsgemäßen entgegengesetzten Richtungen A und B aufrechtzuerhalten ist üblicherweise ein inertes Trägergas, wie Argon erforderlich, das zeitlich nacheinander in den Pfeilrichtung A oder B über die zu beschichtenden Außen- oder Innenflächen der Hohlbauteile 100 geführt wird und die Reaktionsgase mitführt.
Die Vorrichtung zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen - Hohlbauteilen 100 ist nur für Bauteile, die mindestens zwei VerbindungsöflEhungen 103, 104 zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen geeignet. Eine erste Verbin- dungsöffnung 103 des Bauteils 100 ist mit dem äußeren Reaktionsraum 1 10 verbunden. Eine zweite Verbindungsöffnung 104 ist über den hohlen Trägerarm 1 bis 60 mit dem Innenraum eines Halterohres 105 verbunden, der in diesem Beispiel gleichzeitig als innerer Reaktions¬ raum 120 dient. Somit kann Reaktionsgas der ersten Reaktionsgasquelle 201 bis 280 aus dem äußeren Reaktionsraum 1 10 zuerst über die äußeren Oberflächen und danach über die erste
Verbindungsöffnung 103 zu den inneren Oberflächen der Bauteile 100 und über die Träger¬ arme 1 bis 60 zum Innenraum des Halterohres 105 in Pfeilrichtung A strömen. Umgekehrt kann Reaktionsgas von dem Innenraum des Halterohres 105 über die Trägerarme 1 bis 60 durch die zweite Verbindungsöffhung 104 des Bauteils 100 zunächst über die inneren Oberflä¬ chen und danach durch die erste Verbindungsöffhung 103 über die äußeren Oberflächen der Bauteile 100 in den äußeren Reaktionsraum 110 in Pfeilrichtung B strömen.
Die Hohlbauteile 100 werden dazu mit ihrer zweiten Verbindingsöffhung 104 in dem hohlen Trägerarm 1 bis 60 befestigt und eingedichtet. Diese Dichtung wird mit einer Dichtmasse 108, wie einer Sintermasse, erreicht, wobei beispielsweise ein unteres Ende 106 des Hohlbauteils
100 mit der zweiten Verbindungsöffhung 104 in den Hohlraum 107 des Trägerarms 1 bis 60 hineinragt und von Dichtmasse 108 im Öflhungsbereich freigehalten wird. Die hohlen Träger¬ arme sind radial nach außen mit dem zentralen Halterohr 105 lösbar verbunden. Die lösbare Verbindung 109 besteht aus einem konischen, kugelförmigen, halbkugelförmigen oder flanschartigen Sitz 112, der eine klinkenartige Einrastvorrichtung 113 aufweist, die ein schnel¬ les Einhängen der Trägerarme 1 bis 60 an dem zentralen Hohlrohr 105 ermöglicht.
Fig.2 zeigt in Draufsicht eine Schnittebene CC einer Lage aus Granulatkörben 201 bis 220 und Trägerarmen 1 bis 20 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Granulatkörbe 201 bis 280 mit einem ersten Reaktiongasquellenmaterial sind in diesem Beispiel mit Spendergranulat und
Aktivatorgranulat gefüllt und werden für eine Gasdiffusionsbeschichtung zwischen den Trä¬ gerarmen 1 bis 20 eingehängt und umgeben fast vollständig die zu beschichtenden äußeren Oberflächen der Hohlbauteile 100. Sie versorgen zunächst die äußeren Oberflächen der Hohl¬ bauteile 100 mit Reaktionsgasen. Ein zentraler Granulatkorb 290 mit einem zweiten Reaktionsgasquellenmatcrial in Granulat¬ form ist in der Mitte des Halterohres 105 angeordnet. Er versorgt über Verbindungsöffnungen 1 15 zu den Hohlräumen 107 der Trägeraπne 1 bis 20 und über die in Fig. 1 gezeigten zweiten Verbindungsöffnungen 104 in den Hohlbauteilen 100 zunächst die innneren Oberflächen der Hohlbauteile 100 mit Reaktionsgasen für eine Gasdiffusionsbeschichtung. Danach strömen die Reaktionsgase über die in Fig. 1 gezeigte erste Verbindungsöffnung 103 zu den äußeren Ober¬ flächen in Pfeilrichtung B.
Trägerarme 1 bis 60 und Granulatkörbe 201 bis 280 können, wie Fig. 1 zeigt, in mehreren La¬ gen übereinander am Halterohr 105 angeschlossen bzw. befestigt sein. In diesem Beispiel werden drei Lagen mit je 20 Trägerarmen 1 bis 60 und 20 Granulatkörben 201 bis 280 an dem Halterohr 105 angeschlossen bzw. befestigt. Jeder Trägerarm nimmt in diesem Beispiel 4 Hohlbauteile auf, so daß 240 Hohlbauteile 100 gleichzeitig gereinigt und beschichtet werden könnnen.
Der Boden 131 des Reaktionsbehälters 130 weist neben den Zuleitungsöffhungen im äußeren Raktionsraum 110 und im inneren Reaktionsraum 120 Ableitungsöffhung 116 bzw 122 im äußeren bzw. inneren Reaktionsraum 110 bzw.120 auf. Zur Umschaltung der Strömungs¬ richtung A oder B sind die Öffnungen über Zu- oder Ableitungen mit entsprechenden nicht ge- zeigten Steuerventilen verbunden, über die inerte Trägergase oder ätzende, reduzierende oder deoxidierende Reaktionsgase zu oder abgeführt werden können.
Fig. 3 zeigt eine Hohlschaufel 300, die für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in dem erfimndungsgemäßen Verfahren geeignet ist. Die Hohlschaufel 300 wird in Tur- botriebwerken eingesetzt und ist gegen Korrosion und Sauerstoffverspröduung durch die aggressiven Gase im Strömungskanal des Turbotriebwerks zu schützen. Üblicherweise haben diese Hohlschaufeln 300 auf ihren Vorderkanten 301 und/oder auf ihren Hinterkanten 302 erste Verbindungsbohrungen 303 bzw.304, die die äußeren Oberflächen 305 mit den inneren Oberflächen 306 verbinden. Zusätzlich weisen diese Hohlschaufeln 300 einen Schaufelfuß 317 auf, dessen äußere Oberflächen 318 vor einer Beschichtung zu schützen sind. Im Schaufclfuß- bereich liegen zweite Verbindungsöffnungen313 und 314, durch die im Betrieb beispielsweise Kühlluft eintreten kann, die als Kühlluftfilm an den Vorder- und/oder Hinterkanten 301 bzw. 302 durch die Külilfilmbolirungen 303 bzw. 304 ausströmemn kann. Unter Ausnutzung dieser Öffnungen kann ein Reinigungs- und/oder Beschichtungsgas mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nacheinander in Richtung A und in Richtung B die Oberflächen der Schaufel 300 durchströmen, wenn die Schaufel 300 gas¬ dicht an einem Trägerarm 1 der Vorrichtung angeschlossen wird. In diesem Beispiel besteht der Trägerarm aus einem Hohlprofil mit aufgesetzter Halte- und Stützvorrichtung 310 für die Hohlschaufel 300, in die der Schaufelfuß 317 eingesteckt wird und anschließend mit einer Dichtmasse 108, die in diesem Beispiel eine Sintermasse ist, umschlossen wird, so daß die Öffnungen 313 und 314 des Schaufelfußes 317 mit dem Hohlraum 307 des Trägerarms 1 ver¬ bunden sind.
Der Innenraum der Hohlschaufel ist in engen Kanälen strukturiert, so daß die Reaktionsgase mehrfach umgelenkt werden, und Luv- und Leewirkungen nur durch minimale Durchflußge¬ schwindigkeiten verringert werden. Erst durch das erfindungsgemäße Umschalten der Strö¬ mungsrichtung von der Pfeilrichtung A auf die Pfeilrichtrung B und umgekehrt, werden die Luv- und Leewirkungen an den scharfen Umlenkpunkten kompensiert. Eine Verarmung der Reaktionsgasquellen an Reaktionskomponenten wird vermindert und eine Anreicherung an
Reaktionskomponenten insbesondere im Innenraum der Hohlschaufel wird durch das erfin¬ dungsgemäße Verfahren bewirkt, so daß gleichmäßigere Reinigungeffekte und gleichmäßigere Beschichtungsergebnisse als mit herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren ermöglicht werden.
Beispiel 1
Eine Hochdruckturbinenschaufel aus einer Nickelbasislegierung der Zusammensetzung (Rene SO)
Co 9,0 - 10 Gew. %
Cr 13,7 - 14,3 Gew. %
Ti 4,8 - 5,2 Gew. %
AI 2,8 - 3,2 Gew. %
W 3,7 ■ ■ 4,3 Gew. % M Moo 3 3,,77 - ■ - 44,,33 Gew. %
Fe max. 0,35 Gew. %
Hf max. 0,1 Gew. %
C 0,15 - 0,19 Gew. %
Rest Ni, mit einer komplexen Innengeometrie, die 6 bis 8 Kühlluftbohrungen aufweist (vergl. Fig.3) wird auf den äußeren und inneren Oberflächen gemäß dem erfindungs gemäßen Ver¬ fahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Aluminiumdiffusionsschicht be¬ schichtet.
Dazu wird der Fußbereich der Turbinenschaufel 300 zunächst mit einer Al2O3-Schicht durch Tauchen in einer Schlicker-suspension, die im wesentlichen aus Al2O3-Pulver und einer wässe¬ rigen Lösung besteht, versehen. Nach einem Trocknen des Al2O3-Schlickers werden je vier Schaufeln 300 auf Halte- und Stützvoπichtungen 310 gesteckt, die sich auf den Trägerarmen 1 bis 60 der erfindungsgemäßen Vorrichtung befinden. Danach wird jeder Trägerarm 1 bis 60 mit einer Pulverschüttung 308 aus Nickelbasispulver und Al2O3Pulver aufgefüllt. Diese Pul- verschüttung 308 dichtet den Schaufelfußbereich in Zusammenwirken mit der S chlickerguß- schicht 108 auf der äußeren Oberflächen 318 des Schaufelfußes 317 in der Halte- und Stütz¬ vorrichtung 310 durch Zusammensintern zu einer Sintermasse beim spätem Aufheizen ab und schützt die äußeren Oberflächen 318 des Schaufelfußes 317 vor einer Beschichtung. Die derart außerhalb des Reaktionsbehälters 130 vorbereiteten Trägcrarme 1 bis 60 w erden danach in das zentrale Halterohr 105 eingehängt. Die kegel- oder halbkugelformigen An¬ schlußzapfen der Trägeraπne w erden zusätzlich mit A UO3-Schlicker eingepinselt, um gering¬ fügige Spalten abzudichten.
Es werden in diesem Beispiel über 30 Trägeranne in mehr als 5 Lagen oder Ebenen an einem Halterohr 105 eingehängt. Zwischen den Trägerarmen in jeder Lage werden Granulatkörbe aus Lochblech aufgehängt. Diese enthalten als Reaktionsgasquellen Aluminiumspendergranulat einer Al/Cr-Legierung und ein Granulat aus Aluminiumfluorid als Aktivatorspender. In diesem Beispiel werden pro Schaufel 600 g Aluminiumspendergranulat und 10 g Aktivatorgranulat eingesetzt. Ein Teil dieses Granulats wird als zweite Reaktiongasquelle 290 in einen Granulat¬ korb im Innern des Haltrohres eingefüllt.
Nach dem Einhängen der Trägerarme und der Granulatkörbe an dem Halterohr ist ein Tannen- baum-Chargi erträger fertiggestellt. Der Tannenbaum-Chargierträger wird auf dem Sockel eines Retortenhaubenofens positioniert, wobei das Halterohr 105 den zentralen Stamm des Tannebaum-Chargierträger bildet, der zentrale Stamm hat eine Zuleitung 121 und eine Ablei¬ tung 122 durch den Retortensockel hindurch. Der äußere Raktionsraum hat in diesem Beispiel zwei Zuleitungen 111 und zwei Ableitungen 116. Über den Tannenbaum-Chargierträger wird eine Retortehaube 140 und ein nicht gezeigter Haubenofen gestülbt und die Retorte mit Argon gespült.
Beim Erwärmen wird ein Durchfluß von 40001/h Ar über die Öffnung 122 entgegen der Pfeil¬ richtung A durch den Tannenbaumstamm über die Hohlbauteile in den ersten Reaktionsraum 110, den Retortenraum, gespült Beim Erreichen einer Haltetemperatur von 1050 °C wird der
Durchfluß umgestellt und vom Retortenraum in Pfeilrichtung A in den Tannenbaumstamm eine Trägergasmenge von 401/h H2 gepumpt. Nach einer Haltezeit von 4 h wird der Gasfluß in umgekehrter Richtung B über die Öffnung 121 dem System zugeführt, so daß zunächst durch die Reaktionsgasquelle 290 ein H2-Gasstrom von 401/h für zwei weitere Stunden nun aber in Richtung B fließt. Zum Abkühlen wird schließlich wieder die Öffnung 122 entgegen der Flu߬ richtung A mit Ar als Inertgas gespeist.
Es ergibt sich eine äußerst gleichmäßige Beschichtung der äußeren und inneren Oberflächen 305, 306 der Turbinenschaufeln bei einem Aluminiumgehalt der Schutzschicht von über 30
Gew. %.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wird eine kombinierte Vorreinigung der inneren Oberflächen einer Turbi¬ nenschaufel mit anschließender Beschichtung der äußeren und innneren Oberflächen einer Turbinenschaufel aus ähnlichem Material wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Derartige Innenreinigungen können erforderlich werden, weil mit den üblichen Vorreinigun- gen nur die Außenflächen sicher von Formenrückständen und Reaktionsprodukten zwischen
Schaufelmaterial und Formenmaterial befreit werden können. Durch Reaktionen der inneren Oberflächen mit dem Kernmaterial beim Gießen einer Schaufel können partielle Rückstände auf den inneren Oberflächen verbleiben, die ein Diffusionsbeschichten behindern oder ganz verhindern, so daß Schwachstellen in der Heißgasoxidations- und -korrosionsschutzschicht im Innern der Hohlschaufeln 300 auftreten können.
In diesem Beispiel wird eme Turbinenschaufel aus einer Nickelbasislegierung der Zusammen¬ setzung (Rene 142)
Co 11,45 - 12,05 Gew. %
Cr 6,6 - 7,0 Gew. %
Ti max. - 0,02 Gew. %
AI 5,94 - 6,3 Gew. %
W 4,7 - 5,1 Gew. % Mo 1.3 - 1 ,7 Gew. %
Fe max. 0.2 Gew. %
Hf 1,3 - 1 ,7 Gew. %
C 0,1 - 0,14 Gew. %
Re 2,6 - 3,0 Gew. %
Rest Ni, gereinigt und beschichtet.
Dazu wird der Gußwerkstoff bei gleicher Prozeßtemperatur gereinigt und beschichtet, so daß sich die gereinigten Innenflächen nicht wieder mit Oxid belegen.
Die Turbinenschaufeln werden zu je fünf Stück pro Trägerarm an das zentrale Halterohr ange¬ schlossen und eine Charge von 300 Laufschaufeln auf drei Lagen verteilt. Rtorten- und Heiz¬ haube werden über die Tannenbaum-Chargierung gestülpt und mittels Abpumpen und Spülen wird eine Argon -Schutzatmosphäre erzeugt. Der Argon-durchfluß beträgt 20001/h beim
Spülen.
Danach wird unter Argon die Retorte auf 750 CC bis 1040 °C geheizt. Dabei fließt entgegen der Richtung A über die Öffnung 122 ein H2-Durchfluß von 40001/h zunächst entlang der inneren Oberflächen der Hohlschaufel und anschließend über die äußeren Oberflächwen der
Hohlschaufel.
Nach Erreichen einer Haltetemperatur von 1040 °C wird für eine Dauer von 2h in dem Tan¬ nenbaum über die Öffnung 122 ein Gemisch von HF und H2 eingeleitet Das Reaktionsgasge- misch setzt sich aus HF mit 0,51/h pro Schaufel und H2 mit 5 1/hpro Schaufel zusammen. Im äußere Reaktionsraum zirkuliert gleichzeitig mit 401/h pro
Schaufel Wasserstoff, der durch die Öffnung 111 eingeleitet und durch die Öffnung 116 abge¬ leitet wird. Dabei wird ein Druckverhältnis eingehalten, so daß der Prozeßdruck im ersten Reaktionsraum bzw im Retortenraum 5 bis 30 hPa unterhalb des Prozeßdruckes im Halterohr oder Verteilerstamm liegt. Die Reaktionsatmosphürcn des inneren und äußeren Reaktions- raumen werden bei geschlossenen Öffnung 121 gemeinsam über die Öffnung 1 16 im ersten Reaktionsraum abgeleitet.
Nach Ablauf einer 2-stündigen Haltezeit w ird die HF-Zufuhr abgestellt und weitere 0,25 Stun¬ den mit H2 (5 1/h proSchaufel ) gespült. Danach wird der Gasfluß umgekehrt. Es wird nun zur Beschichtung ein Reaktionsgasgemisch aus A1F, A1F3 und H2 (mit 20 1/h pro Schaufel) in Richtung A zunächst über die äußeren und danach über die inneren Oberflächen der Hohl¬ schaufeln geführt. Nach einer Haltezeit von 4 h bei 1040 °C wird in umgekehrter Richtung B für zwei weitere Stunden beschichtet. Dabei wird das Reaktionsgas über die innere Reaktions¬ gasquelle durch die Trägerarme über die zweiten Verbindungsöffhungen in den Hohlschaufeln zunächst über die inneren Oberflächen geführt und danach über die äußeren Oberflächen gelei¬ tet. Bei dem Abkühlen der Charge wird entgegen der Flußrichtung A die Charge mit Ar ge¬ spült, wobei über die Öffnung 122 bei verschlossener Öffnung 121 das Argon zunächst über die inneren Oberflächen der Hohlschaufeln und anschließend über dei äußeren Oberflächen der
Hohlschaufeln strömt.
Es ergibt sich eine defektfreie Innenbeschichtung mit hoher Gleichmäßigkeit der Innenschicht- dicke.
Beispiel 3
Im Beispiel 3 wird eine Hohlschaufel außen und innen beschichtet, die eine extreme Länge von über 500 mm für die inneren Kühlkanäle aufweist.
Mit den bisher verfügbaren Verfahren und Vorrichtungen mit unidirektionaler Reaktionsgas- fuhrung ergeben sich besonders gravierende Verringerungen der Innenschichtdicke vom Ein¬ tritt der Reaktionsgase in die Hohlräume oder Kühlkanäle von Hohlschaufeln bis zum Austritt aus den Hohlräumen oder bis zum Ende der Kühlkanäle. Abnahmen von 0,5 bis 1 μm pro Zentimeter Kanallänge sind durchaus üblich. Bei einer Beschichtungsdicke von 50 μm im Bereich der ersten Verbindungsöffnung 103 zum Innnenraum einer Hohlschaufel geht die Beschichtungsdicke gegen Null am Ende eines Kanals mit einer Länge von 500 cm. Mit der neuen Vorrichtung und dem erfindungsgemaßen Verfahren lassen sich im Vergleich dazu sowohl längere Kühlkanäle beschichten, als auch die Schichtdicken besser vergleichmäßigen.
In diesem Beispiel wird die erste Reaktionsgasquelle mit Granulat einer Aluminiumspenderle¬ gierung bestückt und die zweite Reaktionsquelle mit einer Spenderlegierung und dem Granulat eines halogenen Aktivators. Während der Aufheizphase wird unter einem niedrigen Argon- durchfluß in Pfeilrichtung A die Vorrichtung aufgeheizt bis 1040 °C bis der gesamte Aktiva¬ tor gasförmig im zweiten Reaktionsraum vorliegt. Erst danach wird der Durchfluß für eine halbe Stunde derart gesteuert, daß die Reaktionsgase in Richtung B fließen. Während dieser Zeitspanne gelangt ausreichend Aktivatorgas über die inneren Oberflächen der Bauteile in den ersten Reaktionsraum, um in Reaktion mit dem Spendermetallgranulat ein Reaktionsgas zu bilden, das nun nach 30 Minuten in umgekehrter Richtung zu A erst über die äußeren Ober¬ flächen strömt und anschließend die innenren Oberflächen beschichtet Diese Umschaltung der Durchflußrichtung erfolgt für die nächsten 5 Stunden alle 30 Minuten. Abschließend wird unter Argon bei einem Durchfluß von 401/h pro Schaufel das Aktivatorgas in den zweiten Reaktionsraum verdrängt, wo es sich niederschlägt. Das hat den Vorteil, daß im stark durch Ein- und Ausbauten frequentierten äußeren Reaktionsraum keine giftigen vagabundierenden
Halogen- oder Halogenidverbindungen oder Gase vorhanden sind. Diese konzentrieren sich vielmehr auf den inneren zweiten Reaktionsraum.
Mit dieser Verfahrensvariante konnte die Vergleichmäßigung der Beschichtungsdicke noch- mals gesteigert werden.
Beipiel 4
Als nächstes werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problematische Superlegierun- gen. auf die Aluminium mittels Gasdiffusionsbeschichlcn herkömmlicher Art nur schwierig oder garnicht aufzubringen sind, beschichtet. Zu diesen Legierungen zählen Kobahbasislegie- rungen und Nickelbasislegierungen mit hohem Wolframanteil.
Zur Lösung der Beschichtungsprobleme ist ein hoher Gehalt an Aluminiumhalogeniden in dem Reaktionsgas, das als Aluminiumaktivität bezeichnet wird, erforderlich. Die Verarmung an Aluminiumhalogeniden im Reaktionsgas und damit die Abnalime an Aluminiumaktivität ist jedoch bei herkömmlichen Verfahren durch Abscheidung von Aluminium an den Oberflächen der Hohlbauteile beträchtlich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Verarmung vermindert, so daß eine hohe Aluminiumaktivität aufrechterhalten werden kann und somit können problematische Superlegierungen, auf die Aluminium mittels Gasdiffusionsbeschich- ten herkömmlicher Art nur schwierig oder garnicht aufzubringen sind zufriedenstellend auch von Innen beschichtet werden.
Als Beispiel werden Turbinenleitschaufeln mit folgender Legierungszusammensetzung (X 40)
Ni 9,5 - 11,5 Gew. %
Cr 24,5 - 26,5 Gew. %
AI max. 0,35 Gew. %
W 7,0 - 8,0 Gew. % Fe max. 2,0 Gew. %
C 0,45 - 0,55 Gew. %
Rest Co
und Turbinenlaufschaufeln mit folgender Zusammensetzung (Mar-M237 LC)
Co 9,0 - 11,0 Gew. % Cr 6 - 8,0 Gew. %
Ti 0.9 - 1,2 Gew. % AI 5,4 - 5.7 Gew. %
W 3.8 - 10,2 Gew. %
Mo 0,6 - 0,8 Gew. %
Hf 1 ,0 - 1,6 Gew. %
C 0,05 - 0,14 Gew. %
Ta 2,9 - 3,1 Gew. %
Rest Ni
bei hoher AI- Aktivität beschichtet.
Dazu werden 100 Hohlschaufeln in 5 Lagen in dem ersten Reaktionsraum angeordnet und 1500 g pro schaufei Spendermetallgranulat, sowie 20 g Aktivatorgranulat pro Schaufel einge¬ wogen. Eine Retortenhaube 140 von 1 ,3 m3 Vassungsvermögen wird über die Charge gestülpt. Der Retortenboden 131 hat eine Gaszuleitung und zwei abgasleitungen. Das Halterohr weist im unteren Bereich oberhalb des Retortenbodens im beheizten Bereich einen zylindrischenBe- hältrer mit einem Fassungsvermögen von 0,25 m3 auf.
Vor dem Aufheizen wird die Charge mit dem 10 fachen Volumen des Fassungsvermögens der Retortenhaube mit Argon in Richtung B gespült. Danach wird unter einem Argondurchfluß von 10001/h die Vorrichtung aufgeheizt Bei 900 °C wird auf einen Wasserstoffdurchfluß von 20001/h umgestellt bis eine Haltetemperatur von 1080 °C erreicht ist. Dann wird der Durch¬ fluß reduziert und auf eine Druckregelung umgestellt. Für diese Verfahrensvariante sind Drucksensoren im ersten und zweiten Reaktionsraum als Meßwertgeber angeordnet Es wird wechselweise mit einem Wasserstoffdurchfluß bis etwa 10001/h ein Druckunterschied zwi¬ schen den Drucksensoren aufgebaut
Nach mehrfachem Vorzeichenwechsel der Druckdifferenz zwischen den beiden Reaktions¬ räumen 110 und 120 wird nach 6 Stunden unter Argonspülung in Richtung B die Charge abge- kühlt.
Als Ergebnis wird eine sehr gleichmäßige Schichtdicke zwischen den äußeren und innneren Oberflächen der Hohlschaufeln festgestellt.
Beispiel 5
In diesem Beispiel ist eine Turbinenlaufschaufel für eine stationäre Gasturbine aus dem glei¬ chen Material wie im Beispiel 1 auf den inneren Oberflächen im wesentlichen mit Chrom und auf den äußeren Oberflächen im wesentlichen mit Aluminium zu beschichten.
Für die Betriebstemperaturen einer stationären Gasturbine sind die Laufschaufeln mit Film- kühlungsbohrungen an den Austrittskanten ausgestattet. Femerweisen die Laufschaufeln drei innere Kühlkanäle auf. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Innenkanäle mit einem ande- ren Material als die äußeren Oberflächen dieser Hohlschaufeln zu beschichten. Deshalb sind die Innenkanäle mit Chrom und die äußeren Oberflächen mit Aluminium zu beschichten.
Um eine derartige Beschichtung mit herkömmlichen unidirektionalen Verfahren zu erreichen, ist ein hoher Aufwand in Bezug auf schützende zeitliche Abdeckschichten zu treiben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der neuen Vorrichtung sind diese Laufschaufeln wesentlich kostengünstiger beschichtbar.
Beispielsweise werden 160 Turbinenschaufeln in 4 Lagen an 20 Tragarme angeschlossen, wobei jeder Tragarm zwei Schaufeln aufnimmt Im zweiten inneren Reaktionsraum werden 10 kg Chromtabletten in Lochblechkörben angeordnet und pro Schaufel 5g NH4C1 im unteren Bereich des Halterohres positioniert. Ein weiterer Anteil von 3 g an NH4C1 wird im Bodenbe¬ reich des ersten Reaktionsraumes angeordnet. Das Aluminiumspendergranulat mit einer Fluorverbindung als Aktivator für die Au- ßenbeschichtung wird mit 400 g pro Schaufel in den Granulatkörben zwischen den Trägerar- men eingebracht. Die Charge wird mit Argon gespült und ohne jeden Durchfluß bis zu einer ersten Haltetemperatur von 1080 °C erwärmt. Bei 1080°C wird ein Argondurchfluß in Rich- tung B über die Schaufelinnnenflächen von 160 1/h eingestellt, der die inneren Oberflächen mit Chrom beschichtet. Gleichzeitig zirkuliert über den Zulauf 1 1 1 und den Ablauf 1 16 im er¬ sten Reaktionsraum ein Argonstrom von 40001/h, der die äußeren Oberflächen vor einer Chrombeschichtung schützt.
Die Menge und der Ort des NH4Cl-Aktivators für die Alitierung sind derart bemessen bzw. ausgesucht, daß bei der vorliegenden Temperaturverteilung und dem anliegenden Temperatur¬ gradienten der NH4Cl-Aktivator in den 4 Stunden vollständig verdampft ist. Nach 4 Stunden wird der Argonstrom auf ein Alitieren der Außenflächen umgestellt. Bei einer Temperatur von 1040 °C und einem Argondurchfluß von 4001/h in Richtung A werden in den folgenden 4 Stunden die äußeren Oberflächen alitiert.
Nach Abkühlung der Charge unter Argondurchfluß in Richtung B auf Raumtemperatur resul¬ tiert eine gemessene mittlere Innenbeschichtungsdicke von 25 μm, die im wesentlichen aus Chrom besteht und eine Alitierschicht auf den äußeren Oberflächen mit einer mittleren Dicke von 45 μm.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen
Hohlbauteilen mit den Verfahrensschritten
a) Bereitstellen mindestens zweier Reaktionsgasgemische (I, II) durch Reaktions¬ gasquellen zur Behandlung der äußeren und inneren Oberflächen der Hohlbau¬ teile,
b) Führen des ersten Reaktionsgasgemisches (I) über die äußeren Oberflächen und danach über die inneren Oberflächen der Bauteile,
c) Führen des zweiten Reaktionsgasgemisches (II) über die inneren Oberflächen und danach über die äußeren Oberflächen der Bauteile.
2. Verfahren nach Anspmch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die Reaktionsgasgemi¬ sche (I, II) aus gleichartigen Komponenten zusammensetzen und die Strömungsrich- tung der Reaktionsgase über die Oberflächen des Hohlbauteils durch Wiederholen der
Schritte b) und c) mehrfach geändert wird.
3. Verfahren nach Anspmch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Reak¬ tionsgasquellen Reaktionsgase liefert, die der Reinigung von äußeren und inneren Oberflächen dienen, vorzugsweise halogenhaltige Gase.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Reaktionsgasquellen Reaktionsgase liefert, die der Reduktion sulfidischer oder oxidischer Ablagerungen auf den äußeren oder inneren Oberflächen dienen, Vorzugs- weise wasserstoffhaltige Gase.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reak- tionsgasquellen Reaktionsgase liefern, die der Gasdiffusionsbeschichtung der äußeren oder inneren Oberflächen dienen, vorzugsweise halogenidhaltige Gase, die sich an den metallischen Außen- oder Innenflächen der Hohlbauteile in eine metallische Kom¬ ponente, die als Beschichtung auf den äußeren und inneren Oberflächen abgeschieden wird und eine halogene Komponente, die als Aktivator wiederverwendet wird, zersetzt.
6. Vorrichtung zur Präparation und'oder Beschichtung der Oberflächen von metallischen Hohlbauteilen, die mindestens zwei Verbindungsöffnungen zwischen ihren äußeren und inneren Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Reaktionsbehälter mit einem äußeren Reaktionsraum und einem zentralen Hal¬ terrohr, an dem abnehmbare radial zum Halterohr ausgerichtete hohle Trägerarme angeordnet sind, die mindestens jeweils ein Hohlbauteil aufnehmen, aufweist, wobei eine erste Verbindungsöffhung des Bauteils mit dem äußeren Reaktionsraum und eine zweite Verbindungsöfimung über den hohlen Trägerarm mit dem Innenraum des Halte¬ rohres verbunden ist so daß Reaktionsgas aus dem äußeren Reaktionsraum zuerst über die äußeren Oberflächen und danach über die erste Verbindungsöffhung zu den inneren Oberflächen der Bauteile und über die Trägerarme zum Innenraum des Halterohres strömen kann und umgekehrt Reaktionsgas von dem Innenraum des Halterohres über die Tragarme durch die zweite Verbindungsöfimung des Bauteils über die inneren Oberflächen und danach durch die erste Verbindungsöffhung über die äußeren Oberflä¬ chen der Bauteile in den äußeren Reaktionsraum strömen kann.
7. Vorrichtung nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Reaktions¬ raum zwischen den Trägerarmen radial zum Halterohr angeordnete äußere Granulat¬ körbe mit einem ersten Reaktionsgasquellenmaterial befestigt sind.
S. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Reak¬ tionsraum Trägerarme und Granulatkörbe in mehreren Lagen übereinander am Halte¬ rohr angeschlossen bzw. befestigt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeiclinet, daß im Innen¬ raum des Halterohres innere Granulatkörbe mit einem zweiten Reaktionsgasquellen¬ material angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hal¬ terohr zentral auf dem Boden des Reaktionsbehälters steht, der mindestens eine erste Zu- oder Ableitungsöffhung für den äußeren Reaktionsraum und mindestens eine zwei¬ te Zu- oder Ableitungsöffhung für den Innenraum des Halterohres aufweist.
EP97903375A 1996-02-29 1997-02-26 Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen Expired - Lifetime EP0883697B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19607625A DE19607625C1 (de) 1996-02-29 1996-02-29 Vorrichtung und Verfahren zur Präparation und/oder Beschichtung der Oberflächen von Hohlbauteilen
DE19607625 1996-02-29
PCT/EP1997/000903 WO1997032054A1 (de) 1996-02-29 1997-02-26 Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0883697A1 true EP0883697A1 (de) 1998-12-16
EP0883697B1 EP0883697B1 (de) 1999-12-29

Family

ID=7786744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP97903375A Expired - Lifetime EP0883697B1 (de) 1996-02-29 1997-02-26 Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6180170B1 (de)
EP (1) EP0883697B1 (de)
CA (1) CA2246805C (de)
DE (1) DE19607625C1 (de)
ES (1) ES2145573T3 (de)
WO (1) WO1997032054A1 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19652633A1 (de) * 1996-09-13 1998-03-19 Euromat Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Innenbeschichten metallischer Bauteile
DE19803740C2 (de) 1998-01-30 2001-05-31 Mtu Aero Engines Gmbh Gasphasenbeschichtungsverfahren und Vorrichtung zur Gasphasenbeschichtung von Werkstücken
US6224941B1 (en) * 1998-12-22 2001-05-01 General Electric Company Pulsed-vapor phase aluminide process for high temperature oxidation-resistant coating applications
US6485262B1 (en) * 2001-07-06 2002-11-26 General Electric Company Methods and apparatus for extending gas turbine engine airfoils useful life
JP3716236B2 (ja) * 2002-08-09 2005-11-16 三菱重工業株式会社 タービンの付着物除去設備
DE10258560A1 (de) * 2002-12-14 2004-07-08 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum CVD-Beschichten von Werkstücken
US7026011B2 (en) † 2003-02-04 2006-04-11 General Electric Company Aluminide coating of gas turbine engine blade
WO2005103324A1 (de) * 2004-04-19 2005-11-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur innenbeschichtung eines durchgangskanals
GB0409486D0 (en) * 2004-04-28 2004-06-02 Diffusion Alloys Ltd Coatings for turbine blades
GB2414245B (en) * 2004-05-19 2007-10-10 Diffusion Alloys Ltd Metallising process
EP1666625A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen im Inneren einer Vorrichtung
US20060193365A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 Honeywell International Spacer for spacing preforms in a furnace and method for spacing preforms in a furnace using same
US7146990B1 (en) * 2005-07-26 2006-12-12 Chromalloy Gas Turbine Corporation Process for repairing sulfidation damaged turbine components
US20070190245A1 (en) * 2006-02-15 2007-08-16 General Electric Company Method of coating gas turbine components
US7927656B2 (en) * 2006-08-31 2011-04-19 General Electric Company Method and apparatus for controlling diffusion coating of internal passages
EP2045351A1 (de) * 2007-10-05 2009-04-08 AVIO S.p.A. Verfahren und Anlage zur gleichzeitigen Beschichtung innerer und äußerer Oberflächen von Metallelementen, insbesondere Turbinenschaufeln
US8501273B2 (en) * 2008-10-02 2013-08-06 Rolls-Royce Corporation Mixture and technique for coating an internal surface of an article
GB0902633D0 (en) * 2009-02-18 2009-04-01 Rolls Royce Plc A method and an arrangement for vapour phase coating of an internal surface of at least one hollow article
US9624583B2 (en) * 2009-04-01 2017-04-18 Rolls-Royce Corporation Slurry-based coating techniques for smoothing surface imperfections
US10655219B1 (en) * 2009-04-14 2020-05-19 Goodrich Corporation Containment structure for creating composite structures
CA2906667C (en) 2013-03-15 2020-07-07 Rolls-Royce Corporation Slurry-based coating restoration
CN103217724B (zh) * 2013-03-25 2017-07-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 双u型通道叶片射线检测用金属粉末填充装置及填充方法
US9771644B2 (en) * 2013-11-08 2017-09-26 Praxair S.T. Technology, Inc. Method and apparatus for producing diffusion aluminide coatings
SG11202008268RA (en) 2018-03-19 2020-10-29 Applied Materials Inc Methods for depositing coatings on aerospace components
US11466364B2 (en) 2019-09-06 2022-10-11 Applied Materials, Inc. Methods for forming protective coatings containing crystallized aluminum oxide

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60149771A (ja) * 1984-01-13 1985-08-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Ｃｖｄ装置
US4698241A (en) * 1985-09-19 1987-10-06 Dalton Roberson Automatic dual action apparatus and method for uniformly coating the inside of tubular extensions
FR2633641B1 (fr) * 1988-06-30 1993-02-05 Snecma Procede et dispositif de protection simultanee des surfaces internes et externes, notamment par aluminisation de pieces en alliages resistant a chaud, a base de ni, co ou fe
JPH02188232A (ja) * 1989-01-17 1990-07-24 Ryobi Ltd 釣竿、ゴルフクラブシャフト等の積層管及びその製造方法
US5077140A (en) * 1990-04-17 1991-12-31 General Electric Company Coating systems for titanium oxidation protection
US5071678A (en) * 1990-10-09 1991-12-10 United Technologies Corporation Process for applying gas phase diffusion aluminide coatings
DE4035790C1 (de) * 1990-11-10 1991-05-08 Mtu Muenchen Gmbh
DE4035789C1 (de) * 1990-11-10 1991-06-13 Mtu Muenchen Gmbh
DE4119967C1 (de) * 1991-06-18 1992-09-17 Mtu Muenchen Gmbh
US5221354A (en) * 1991-11-04 1993-06-22 General Electric Company Apparatus and method for gas phase coating of hollow articles
EP0704548B1 (de) * 1994-09-30 2000-04-05 General Electric Company Verfahren zum Reinigen von Substraten und Herstellen von Schutzschichten
JP2804722B2 (ja) * 1994-10-26 1998-09-30 株式会社神戸製鋼所 銅又は銅合金管内面への錫めっき方法
FR2733254B1 (fr) * 1995-04-18 1997-07-18 Europ Propulsion Procede d'infiltration chimique en phase vapeur pour la densification de substrats poreux disposes en piles annulaires
WO1997002947A1 (en) * 1995-07-13 1997-01-30 Advanced Materials Technologies, Inc. Method for bonding thermal barrier coatings to superalloy substrates

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9732054A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US6180170B1 (en) 2001-01-30
ES2145573T3 (es) 2000-07-01
EP0883697B1 (de) 1999-12-29
DE19607625C1 (de) 1996-12-12
CA2246805C (en) 2005-01-11
CA2246805A1 (en) 1997-09-04
WO1997032054A1 (de) 1997-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0883697A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur präparation und/oder beschichtung der oberflächen von hohlbauteilen
DE69504023T2 (de) Hochtemperatur-Schutzschicht für Superlegierung und Verwendungsverfahren
DE69522440T2 (de) Platinangereicherte, siliziummodifizierte korrosionsbeständige aluminidbeschichtung
DE2657288C2 (de) Überzogener Superlegierungsgegenstand und seine Verwendung
DE69117129T2 (de) Verfahren zum Aufbringen von Aluminid-Beschichtungen durch Gasphasendiffusion
DE69721905T2 (de) Modifizierte Platinaluminid-Diffusionsbeschichtung und CVD-Verfahren
DE69829488T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur gasphasenbeschichtung komplexer innerer flächen hohler gegenstände
DE60132740T3 (de) Verfahren zum Auftragen einer aluminiumhaltigen Beschichtung unter Verwendung einer anorganischen Schlammmisschung
DE3329908C2 (de)
DE3329907C2 (de) Verfahren zur Bildung einer Schutzdiffusionsschicht auf Teilen aus einer Nickel-, Kobalt- und Eisenlegierung
DE68902284T2 (de) Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen schutz der inneren und aeusseren oberflaechen, insbesondere bei der aluminisierung von teilen aus hitzebestaendigen legierungen auf der basis von ni, co oder fe.
DE2707225A1 (de) Verfahren zum herstellen eines aluminiumueberzuges auf innenkanaelen in einem metallsubstrat
DE2801016A1 (de) Gegenstand aus einer superlegierung, der durch flammspritzen mit einem oxidations- und korrosionsbestaendigen ueberzug versehen ist sowie verfahren zu dessen herstellung
DD259586A5 (de) Verfahren zur herstellung von gespruehten abreibbaren beschichtungen und nach dem verfahren hergestellte beschichtung
DE2614613A1 (de) Verfahren zum ueberziehen von gegenstaenden
EP1115906A1 (de) Verfahren zur innenbearbeitung eines hohlen bauteils
CH657872A5 (de) Verbunderzeugnis aus mindestens zwei superlegierungen.
DE69526524T2 (de) Verbessertes Packzementierungsverfahren für Gegenstände mit kleinen Durchgängen
DE1521570C3 (de) Gegenüber Oxidation, Korrosion und Erosion beständiger Metallgegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2032418C3 (de) Verfahren zur teilweisen Oberflachenbeschichtung von Werkstucken aus Superlegierungen durch Metalldiffusion
WO2002055754A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum gasphasendiffusionsbeschichten von metallischen bauteilen
EP1144708A2 (de) Verfahren zum beschichten von hohlkörpern
DE2821118A1 (de) Verfahren zum allseitigen bedampfen von gekruemmten turbinenschaufeln
EP1889943A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Grundkörpers
DE2350694C3 (de) Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus einer Superlegierung zum Schutz gegen Korrosion und Reaktionsgemisch

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19980806

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BE CH ES FR GB IT LI NL SE

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 19990503

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

ITF It: translation for a ep patent filed
AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): BE CH ES FR GB IT LI NL SE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

ET Fr: translation filed
GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20000228

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2145573

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20030204

Year of fee payment: 7

Ref country code: NL

Payment date: 20030204

Year of fee payment: 7

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20030218

Year of fee payment: 7

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20030219

Year of fee payment: 7

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040227

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040227

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040228

BERE Be: lapsed

Owner name: MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MUNCHEN G.M.B.H. *MTU

Effective date: 20040228

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040901

EUG Se: european patent has lapsed
NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20040901

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20040227

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20060215

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20060216

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20060228

Year of fee payment: 10

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070228

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070228

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20070226

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20071030

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070226

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070228

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20060221

Year of fee payment: 10

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20070226