EP1060282A1 - Verfahren zum herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen schlickerschicht - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen schlickerschicht

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EP1060282A1 EP99911613A EP99911613A EP1060282A1 EP 1060282 A1 EP1060282 A1 EP 1060282A1 EP 99911613 A EP99911613 A EP 99911613A EP 99911613 A EP99911613 A EP 99911613A EP 1060282 A1 EP1060282 A1 EP 1060282A1
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Thomas Cosack
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MTU Aero Engines GmbH
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • 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
    • C23C10/30—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes using a layer of powder or paste on the surface

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a corrosion and oxidation resistant slip layer.
  • components When components are operated at high temperatures, their free surfaces are exposed to strongly corrosive and oxidizing conditions.
  • such components can e.g. consist of a super alloy based on nickel or cobalt.
  • the components are coated with layers that are made from metal powders.
  • a metal powder is first applied to a component by plasma spraying or the like. The layer is then subjected to an alitation and finally annealed.
  • a disadvantage of this process is the large number of relatively complex process steps, which are expensive in particular with regard to the plasma spraying that can be ordered.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a slip layer of the type described at the outset, which is as simple and inexpensive to carry out.
  • An advantage of the method according to the invention is that the addition of powder to the starting powder has a similar effect to e.g. occurs in the classic alitation of plasma-sprayed layers, but the relatively expensive plasma spraying and the alitation process are omitted.
  • the method according to the invention can be used both for the production of protective layers on new and also on repair parts.
  • the starting powder containing Al or Cr consists of MCrAIY and / or NiAl and / or NiCrAI and / or Al and / or Cr, so that layers with good corrosion protection properties can be produced with such metal powders.
  • M preferably comprises at least one element made of Ni, Co or Fe.
  • Both the starting powder and the added powder preferably have a particle size distribution of 5 to 120 ⁇ m.
  • the slip material is preferably applied to the component with a brush, a spray gun, by dipping or another suitable method, which means that significant cost advantages can be achieved compared to plasma spraying.
  • the slip layer is heat-treated for about 2 hours, this preferably in a protective gas atmosphere, e.g. can be carried out in argon, or in vacuo.
  • the addition powder preferably makes up up to 35% by weight of the total weight of starting powder and addition powder.
  • the starting powder consists of MCrAIY and the addition powder consists of AI.
  • the M stands for a mixture of Ni and Co. 75% by weight of MCrAIY and 25% by weight of AI, based on the total weight of starting and added powder, are mixed to produce the slip material.
  • An inorganic binder or a binder solution such as e.g. a 30% chromium phosphate solution.
  • the mixed slip material is placed on a component that is to be protected against corrosion and oxidation, e.g. a turbine blade of a gas turbine, applied with a brush.
  • the component can e.g. consist of a super alloy based on nickel and cobalt. Due to the inorganic binder, curing takes place at 350 ° C.
  • the slip layer is heat-treated at a temperature of 1060 ° C in order to allow the slip layer to diffuse into the component.
  • the heat treatment is carried out in an argon atmosphere for 2 hours. Depending on the application, the heat treatment could alternatively also be carried out in a vacuum or in a normal atmosphere.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen Schlickerschicht, mit den Schritten: a) Herstellen eines Schlickerwerkstoffs durch Mischen von einer Bindemittel-Lösung mit einem Al oder Cr enthaltenden Ausgangspulver und einem wenigstens ein Element aus Al, Pt, Pd oder Si enthaltenen Zugabepulver, wobei das Zugabepulver bei einem ausschliesslich Al enthaltenden Ausgangspulver kein Al umfasst, b) Auftragen des Schlickerwerkstoffs auf ein Bauteil, c) Aushärten der Schlickerschicht bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 450 DEG C und d) Wärmebehandeln zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil bei Temperaturen von 750 DEG C bis 1250 DEG C.

Description

Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen
Schlickerschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidations- beständigen Schlickerschicht.
Beim Betrieb von Bauteilen bei hohen Temperaturen sind deren freien Oberflächen stark korrodierenden und oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen können derartige Bauteile z.B. aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaldbasis bestehen. Zum Schutz vor Korrosion, Oxidation oder Erosion werden die Bauteile mit Schichten versehen, die aus Metallpulvern hergestellt werden.
Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Korrosions- und Oxidations- schutzschicht wird zunächst ein Metallpulver durch Plasmaspritzen od. dgl. auf ein Bauteil aufgebracht. Anschließend wird die Schicht einer Alitierung ausgesetzt und abschließend aufgeglüht.
Nachteilig bei diesem Verfahren sind die vielen, verhältnismäßig aufwendigen und insbesondere im Hinblick auf das er orderliche Plasmaspritzen teuren Verfahren s- schritte.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Schlik- kerschicht der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, das möglichst einfach und kostengünstig durchzuführen ist.
Die Lösung der Erfindung ist erfindungsgemäß durch die Schritte gekennzeichnet:
a) Herstellen eines Schlickerwerkstoffs durch Mischen von einer Bindemittel- Lösung mit einem AI oder Cr enthaltenden Ausgangspulver und einem we- nigstens ein Element aus AI, Pt, Pd oder Si enthaltenen Zugabepulver, wobei das Zugabepulver bei einem ausschließlich AI enthaltenden Ausgang spulver kein AI umfaßt, b) Auftragen des Schlickerwerkstoffs auf ein Bauteil, 2 c) Aushärten der Schlickerschicht bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 450° C und d) Wärmebehandeln zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen von 750° C bis 1250° C.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch das Zumischen von Zugabepulver zum Ausgangspulver ein ähnlicher Effkt wie z.B. beim klassischen Alitieren plasmagespritzter Schichten auftritt, das verhältnismäßig teure Plasmaspritzen und der Alitierprozeß jedoch entfällt. Das erfindungsgemäße Verfah- ren läßt sich sowohl zur Herstellung von Schutzschichten auf Neu- als auch auf R e- paraturteilen einsetzen.
Es hat sich gezeigt, daß durch Diffusionsvorgänge zwischen dem Ausgangs- und Zugabepulver bzw. -Werkstoff die Korrosions-, Oxidations- und Erosionsbeständigkeit der Schlickerschicht deutlich verbessert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das AI oder Cr enthaltende Ausgangspulver aus MCrAIY und/oder NiAl und/oder NiCrAI und/oder AI und/oder Cr, so daß sich mit derartigen Metallpulvern Schichten mit guten Korrosionsschutzeigenschaften herstellen lassen.
Beim Einsatz von MCrAIY als Ausgangspulver umfaßt M bevorzugt wenigstens ein Element aus Ni, Co oder Fe.
Bevorzugt weist sowohl das Ausgangs- als auch das Zugabepulver eine Korngrößenverteilung von 5 bis 120 μm .
Der Schlickerwerkstoff wird bevorzugt mit einem Pinsel, einer Spritzpistole, durch Tauchen oder ein anderes geeignetes Verfahren auf das Bauteil aufgetragen, w o- durch sich im Vergleich zum Plasmaspritzen deutliche Kostenvorteile erzielen lassen. 3
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Schlickerschicht etwa 2 Stunden lang wärmebehandelt, wobei dieses bevorzugt in einer Schutzgasatmosphäre, z.B. in Argon, oder im Vakuum durchgeführt werden kann.
Bevorzugt macht das Zugabepulver bis zu 35 Gew.-% des Gesamtgewichts aus Ausgangspulver und Zugabepulver aus.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Ausgangspulver aus MCrAIY und das Zugabepulver aus AI. Bei dem MCrAIY steht das M für eine Mischung aus Ni und Co. Zur Herstellung des Schlickerwerkstoffs werden 75 Gew.-% MCrAIY und 25 Gew.-% AI bezogen auf das Gesamtgewicht aus Ausgangsund Zugabepulver gemischt. Zugemischt wird ferner ein anorganisches Bindemittel bzw. eine Bindemittel-Lösung, wie z.B. eine 30 %-ige Chromphosphat-Lösung.
Zur Herstellung der Schlickerschicht wird der so gemischte Schlickerwerkstoff auf ein Bauteil, das gegen Korrosion und Oxidation geschützt werden soll, wie z.B. eine Turbinenschaufel einer Gasturbine, mit einem Pinsel aufgetragen. Das Bauteil kann z.B. aus einer Superlegierung auf Nickel- und Kobaldbasis bestehen. Aufgrund des anorganischen Bindemittels erfolgt eine Aushä rtung bei 350° C.
Abschließend wird die Schlickerschicht bei einer Temperatur von 1060° C wärmebehandelt, um ein Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil zu erreichen. Die Wärmebehandlung erfolgt 2 Stunden lang in einer Argonatmosphäre. Je nach Anwendungsfall könnte die Wärmebehandlung alternativ auch in Vakuum oder einer Normalatmosphäre erfolgen.

Claims

4Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen Schlickerschicht, gekennzeichnet durch die Schritte
a) Herstellen eines Schlickerwerkstoffs durch Mischen von einer Bindemittel- Lösung mit einem AI oder Cr enthaltenden Ausgangspulver und einem wenigstens ein Element aus AI,Pt,Pd oder Si umfassenden Zugabepulver, wobei das Zugabepulver bei einem ausschließlich AI enthaltenden Ausgang s- pulver kein AI umfaßt, b) Auftragen des Schlickerwerkstoffs auf ein Bauteil, c) Aushärten der Schlickerschicht bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 450° C und d) Wärmebehandeln zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil bei Temperaturen von 750° C bis 1250° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das AI oder Cr enthaltende Ausgangspulver aus MCrAIY und/oder NiAl und/oder NiCrAI und/oder AI und/oder Cr besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulver aus MCrAIY besteht und M wenigstens ein Element aus Ni, Co oder Fe umfaßt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver jeweils eine Korngrößenverteilung von 5 bis 120 μm aufweisen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen des Schlickerwerkstoffs mit einem Pinsel, ei- ner Spritzpistole oder durch Tauchen erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlickerwerkstoff auf ein Bauteil aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaldbasis aufgetragen wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Vakuum durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch geken n- zeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch g e- kennzeichnet, daß die Wärmebehandlung über etwa 2 Stunden durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel organisch oder anorganisch ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch g e- kennzeichnet, daß das Zugabepulver bis zu 35 Gew.-% des Gesamtgewichts aus Ausgangs- und Zugabepulver ausmacht.
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