EP1129231B1 - Verfahren zum vakuumbeschichten von metallbauteilen - Google Patents

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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising

Definitions

  • metal components with an oxide layer it is often necessary to have metal components with an oxide layer to provide in order to determine the components on their surface impart mechanical or chemical properties; oxide layers are also used as an adhesion promoter layer Metal components often required, so in further process steps Coatings made on the metal components can be.
  • US 5,763,107 discloses a method of making a Thermal insulation layer for superalloys, in which below the Thermal insulation layer a platinum-enriched aluminum layer is present, on which a thin oxide layer is applied becomes.
  • the thin oxide layer is preferably created by easy heating in an oxygen-containing The atmosphere.
  • the invention has for its object a method for Propose creating a homogeneous oxide layer on metal components, with which the oxide layer is controlled and reproducible can be applied.
  • a method for producing a homogeneous oxide layer on metal components in which the metal components are heated uniformly in all their areas in a vacuum chamber and after reaching a predetermined temperature with an oxygen-argon mixture for a predetermined period of time about 10 minutes with a predetermined pressure between 1x10 -3 and 8x10 -2 mbar.
  • the turbine blades are accommodated in a chamber which is evacuated.
  • the described method can be modified in such a way that the metal components to be provided with an oxide layer via special gas showers with the oxygen-argon mixture component-specific to a particular to produce a homogeneous oxide layer.

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Description

Häufig ist es erforderlich, Metallbauteile mit einer Oxidschicht zu versehen, um den Bauteilen an ihrer Oberfläche bestimmte mechanische oder chemische Eigenschaften zu verleihen; auch als Haftvermittlerschicht werden Oxidschichten auf Metallbauteilen häufig benötigt, damit in weiteren Prozeßschritten Beschichtungen auf den Metallbauteilen vorgenommen werden können. Dies gilt z. B für Turbinenschaufeln darstellende Metallbauteile, die zunächst mit einer Bond- bzw. Oxidationsschutzschicht z. B. aus MCrAlY ("M" steht hier für verschiedene Metalle) oder PtAl bedeckt sind und später mit einer Oxidschicht als Haftvermittlerschicht zu versehen sind.
Die US 5,763,107 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht für Superlegierungen, bei der unterhalb der Wärmedämmschicht eine Platin angereicherte Aluminiumschicht vorhanden ist, auf die eine dünne Oxidschicht aufgebracht wird. Die dünne Oxidschicht entsteht vorzugsweise durch einfaches Hochheizen in einer sauerstoffenthaltenden Atmosphäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen einer homogenen Oxidschicht auf Metallbauteilen vorzuschlagen, mit dem sich die Oxidschicht kontrolliert und reproduzierbar aufbringen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Erzeugen einer homogenen Oxidschicht auf Metallbauteilen vorgeschlagen, bei dem die Metallbauteile in allen ihren Bereichen in einer Vakuumkammer gleichmäßig erwärmt werden und nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur mit einem Sauerstoff -Argon Gemisch für eine vorgegebene Zeitdauer von etwa 10 Min. mit einem vorbestimmten Druck zwischen 1x10-3 und 8x10-2 mbar beaufschlagt werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit ihm homogene Oxidschichten kontrolliert auf mit MCrAlY oder PtAl beschichteten Metallbauteilen aufbringbar und reproduzierbar sind, also in ihrer Schichtdicke und Struktur gezielt erzeugt werden können. Damit besteht die Möglichkeit, die Oxidationsschicht im Hinblick auf Haftungsund andere mechanische oder chemische Eigenschaften gezielt als eine eigenständige Schicht zu optimieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer homogenen Oxidschicht auf Turbinenschaufeln, die als Basismaterial Nickel- oder Kobaltbasis aufweisen und mit MCrAlY oder PtAl beschichtet sind, werden die Turbinenschaufeln in einer Kammer untergebracht, die evakuiert wird. Danach erfolgt unter Berücksichtigung der Masseverteilung der Turbinenschaufeln eine Elektronenbestrahlung mit unterschiedlicher Dosierung für den Fuß, das Blatt und die Kopfplatte der Turbinenschaufeln, wobei wegen der größeren Masse in den Füßen und in der Kopfplatte dort eine erheblich höhere Dosierung an Elektronenbestrahlung als für das Blatt vorgesehen wird. Hat die Turbinenschaufel überall gleich eine Mindesttemperatur von etwa 750 bis 850°C erreicht, dann wird für eine Mindestzeit von etwa 10 Minuten ein Sauerstoff-Argon-Gemisch mit einem Partialdruck zwischen 1x10-3 und 8x10-2mbar in die evakuierte Kammer eingefüllt. Ergebnis ist eine Turbinenschaufel, die eine homogene Oxidschicht mit einer Dicke zwischen 0,01 bis 5 µm hat.
Das beschriebene Verfahren kann in der Weise abgeändert werden, daß die mit einer Oxidschicht zu versehenden Metallbauteile über spezielle Gasduschen mit dem Sauerstoff-Argon-Gemisch bauteilspezifisch beaufschlagt werden, um eine besonders homogene Oxidschicht zu erzeugen.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Vakuumbeschichten von Metallbauteilen, bei dem
    die Metallbauteile in allen ihren Bereichen in einer Vakuumkammer mittels Elektronenbestrahlung gleichmäßig auf eine Temperatur von etwa 800°C vorgewärmt werden,
       dadurch gekennzeichnet, daß
    nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur zum Erzeugen einer homogenen Oxidschicht auf mit MCrAlY oder PtAl beschichteten Metallbauteilen diese mit einem Sauerstoff-Argon-Gemisch für eine Zeit von etwa 10 Minuten mit einem Druck zwischen 1x10-3 und 8x10-2 mbar beaufschlagt werden.
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