EP1706518A1 - Schutzschicht fur eine aluminiumhaltige legierung fur den einsatz bei hohen temperaturen, sowie verfahren zur herstellung einer solchen schutzschicht - Google Patents

Schutzschicht fur eine aluminiumhaltige legierung fur den einsatz bei hohen temperaturen, sowie verfahren zur herstellung einer solchen schutzschicht

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EP1706518A1
EP1706518A1 EP04802781A EP04802781A EP1706518A1 EP 1706518 A1 EP1706518 A1 EP 1706518A1 EP 04802781 A EP04802781 A EP 04802781A EP 04802781 A EP04802781 A EP 04802781A EP 1706518 A1 EP1706518 A1 EP 1706518A1
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alloy
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oxide
aluminium
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    • C23C8/00—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
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/00—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
    • 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

  • the invention relates to a protective layer for an aluminum-containing alloy for use at high temperatures, in particular at temperatures up to 1400 ° C.
  • the invention further relates to methods for producing such protective layers on aluminum-containing alloys.
  • the resistance is based on the formation of a dense and slowly growing aluminum oxide layer, which forms on the material surfaces (alloys) when used at high temperatures.
  • This protective cover layer which is based on a selective oxidation of the alloying element aluminum, only occurs if the aluminum content in the alloy is sufficiently high, e.g. B. at least about 8 wt .-% in Fe-Al or Ni-Al alloys and at least about 3 wt .-% in Fe-Cr-Al or Ni-Cr-A alloys.
  • the alloy element aluminum present in the alloy is regularly used up.
  • the consumption per unit of time is generally proportional to the oxide growth rate and therefore increases with increasing temperature, since the oxide growth rate (k in cm 2 per second) increases with increasing temperature.
  • the total aluminum reservoir in an alloy containing aluminum increases in proportion to the wall thickness of a corresponding component. With one shift or film as a component, the thickness typically corresponds to the layer thickness, for a wire as a component, for example, the diameter.
  • t B typical times (t B ) until the end of the service life of components made of FeCrAl alloys (commercial names, for example KANHAL AF or ALUCHROM YHF) as a function of temperature and wall thickness are known from the literature. For example - for 1 mm wall thickness at 1200 ° C, about 10000 h, for 0.05 mm wall thickness at 1100 ° C about 700 h. for 0.05 mm wall thickness at 1200 ° C about 80 h,
  • the growth rate (k) of the oxide layer disadvantageously shows a clear deviation from the above-mentioned temperature dependency.
  • This deviation occurs particularly in the initial stage (eg up to about 100 h) of the oxidation stress.
  • the reason for this deviation lies in the fact that at temperatures around 800 ° C it is not the ⁇ -Al 2 0 3 (hexagonal structure; corundum lattice) formed at high temperatures (at and above 1000 ° C), but rather metastable Al 2 0 3 modifications, in particular ⁇ - or ⁇ -Al 2 0 3 .
  • These last-mentioned oxide modifications are distinguished by significantly higher growth rates than the ⁇ -Al 2 0 3 .
  • the initially high growth rate of the oxide layer can disadvantageously exhaust the existing, very small aluminum reservoir in just a few hours. This regularly leads to the complete destruction of the component.
  • the actual lifespan is thus orders of magnitude smaller than would be expected due to the extrapolation of the growth rates of the ⁇ -Al 2 0 3 layers at high temperatures (1000 to 1200 ° C).
  • the above-mentioned alloys are therefore not suitable for use in the thin-walled components mentioned, for example car catalysts, gas burners or filter systems.
  • the object of the invention is to provide a process in which aluminum-containing alloys form an oxidic cover layer predominantly composed of ⁇ -Al 2 O 3 at a temperature of more than 800 ° C., in particular in the initial stage of the oxidation, and so on have significantly improved long-term behavior.
  • the object of the invention is achieved by a method for the treatment of aluminum-containing alloys for high-temperature use according to the main claim.
  • Advantageous embodiments of the method can be found in the claims referring back to it.
  • the treatment according to the invention is based on the fact that the presence of other, i.e. H. not containing aluminum
  • the non-aluminum-containing oxides act on the surface of the alloy like nucleating agents, which promote the formation of the -Al 2 0 3 modification in particular at temperatures above 800 ° C. This effect advantageously occurs right at the start of the oxidation of the alloy at operating temperatures, so that the harmful formation of metastable aluminum oxides is regularly prevented from the start.
  • Suitable examples of such oxides which have an advantageous effect on the surface are in particular Ni oxides, Fe oxides, Cr oxides and Ti oxides.
  • the oxides can be applied to the surfaces of the components made of the metallic, aluminum-containing alloys mentioned by various methods or can also be produced.
  • an oxide layer is formed on the surface of the alloy, which predominantly does not consist of an aluminum oxide.
  • the Surface layer has further, non-aluminum-containing oxides with a content of at least 20%, and in particular of more than 50%.
  • the surface layer of the alloy is understood to mean a region close to the surface up to a thickness of 1000 nm. It has been found in the context of the invention that the mode of action of the non-aluminum-containing oxides on the surface of the alloy also occurs with layer thicknesses of only a few nm.
  • the dashed lines show the layer thickness of an oxide layer formed on the surface of a corresponding alloy when ⁇ -Al 2 0 3 is exclusively formed at the corresponding temperatures versus time (both in arbitrary units). After an initially somewhat steeper initial course of the growth rate, the growth rate then remains almost constant, which leads to an almost linear increase in the layer thickness for longer times. Overall, the layer thickness that is formed is higher the higher the corresponding operating temperature.
  • the layer thickness is also indicated by a solid line initial formation of metastable aluminum oxides and subsequent formation of ⁇ -Al 2 0 3 entered.
  • the comparison shows the significantly higher growth rate of metastable aluminum oxides, especially in the early stages. In the further course, the growth rate then remains almost constant, so that an almost linearly increasing layer thickness also forms over time.
  • Ni oxide, Fe oxide, Cr oxide or even Ti oxide with a preferred thickness of 5 to 1000 nm is applied to the surface of a component made of an aluminum-containing alloy by vapor deposition.
  • the coating method mentioned corresponds to the prior art.
  • a metallic layer made of Fe, Ni, Cr or Ti is first applied to the surface of a component made of an aluminum-containing alloy by means of customary coating processes up to a thickness of 5 to 1000 nm.
  • customary coating processes up to a thickness of 5 to 1000 nm.
  • vapor deposition, cathode sputtering, galvanic coating are mentioned as suitable methods of application.
  • the metals mentioned were converted into the corresponding oxides in an oxygen-containing atmosphere.
  • a component made of an aluminum-containing alloy is treated in a chloride- and / or fluoride-containing solution or in a gas atmosphere in which such a solution is located.
  • a suitable solution is, for example, a 10% NaCl solution in water. This treatment takes place at room temperature or at a slightly elevated temperature, approx. 80 ° C instead.
  • an Fe- or Ni-containing oxide and / or hydroxide is formed on the surface of the component, depending on the alloy base.
  • the hydroxide which may be present is converted into the desired Fe oxide (Fe 2 0 3 ) or Ni oxide (NiO).
  • a component is first exposed to a temperature of 750 ° C for a period of a few minutes to five hours.
  • an oxide containing Fe or Ni was preferably formed on the surface.

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Abstract

Aluminiumhaltige Legierungen zeichnen sich durch eine her­vorragende Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen aus, die unter anderem auf der Ausbildung einer dichten und langsam wachsenden Aluminiumoxidschicht auf den Werkstoff­oberflächen beruht. Wird durch die Bildung der Aluminium­oxidschicht der Aluminiumgehalt der Legierung so weit redu­ziert, dass eine kritische Aluminiumkonzentration unter­schritten wird, so kann sich keine weitere schützende Alumi­niumoxidschicht mehr ausbilden. Dies führt nachteilig zu einer sehr schnellen 'Breakaway Oxidation' und zur Zerstö­rung des Bauteils. Dieser Effekt tritt verstärkt bei Temperaturen ab 800 °C auf, da hier häufig nicht das bei hohen Temperaturen gebildete α-A1203, sondern vielmehr metastabile A1203-Modi­fikationen, insbesondere θ - oder Ϝ-A1203, ausgebildet werden. Diese letztgenannten Oxidmodifikationen zeichnen sich nachteilig durch wesentlich höheren Wachstumsraten aus. Die Erfindung betrifft Verfahren, bei welchen aluminiumhal­tige Legierungen bei einem Temperatureinsatz von mehr als 800 °C, insbesondere im Anfangsstadium der Oxidation, vor­teilhaft eine überwiegend aus α-Al2O3 aufgebaute oxidische Deckschicht ausbilden, und so ein deutlich verbessertes Langzeitverhalten aufweisen.

Description

Beschreibung
Schutzschicht für eine aluminiumha.ltige Legierung für den Einsatz bei hohen Temperature , sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Schutzschicht
Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht für eine aluminiumhaltige Legierung für den Einsatz bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen bis zu 1400 °C. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung solchen Schutz- schichten auf aluminiumhaltigen Legierungen.
Stand der Technik
Legierungen auf der Basis von Fe-Al, Ni-Al, Ni-Cr-Al oder
Fe-Cr-Al zeichnen sich durch eine hervorragende Oxidations- beständigkeit bis zu sehr hohen Einsatztemperaturen (=
1400°C) aus. Die Beständigkeit beruht auf der Bildung einer dichten und langsam wachsenden Aluminiumoxidschicht, die sich bei Hochtemperatureinsatz auf den WerkstoffOberflächen (Legierungen) bildet. Diese schützende Deckschicht, die auf einer selektiven Oxidation des Legierungselementes Aluminium beruht, tritt nur dann auf, wenn der Aluminiumgehalt in der Legierung ausreichend hoch ist, z. B. mindestens etwa 8 Gew.-% in Fe-Al- oder Ni-Al-Legierungen und mindestens etwa 3 Gew.-% in Fe-Cr-Al- oder Ni-Cr-A -Legierungen.
Durch die Bildung der Deckschicht auf Aluminiumoxidbasis wird regelmäßig das in der Legierung vorhandene Legierungs- element Aluminium verbraucht. Der Verbrauch pro Zeiteinheit ist in der Regel proportional zur Oxidwachstumsrate und nimmt daher mit steigender Temperatur zu, da die Oxidwachstumsrate (k in cm2 pro Sekunde) mit steigender Temperatur zunimmt. Das insgesamt in einer alu.miniumh.altigen Legierung vorhandene Aluminiumreservoir nimmt proportional zur Wandstärke eines entsprechenden Bauteils zu. Bei einer Schicht oder Folie als Bauteil entspricht die Stärke typischerweise der Schichtdicke, bei einem Draht als Bauteil beispielsweise dem Durchmesser.
Wird durch einen Langzeiteinsatz eines Bauteils aus einer aluminiumhaltigen Legierung durch die Bildung der Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche der Aluminiumgehalt der Legierung so weit reduziert, dass eine kritische Aluminiumkonzentration unterschritten wird, so kann sich keine weitere schützende Aluminiumoxidschicht mehr ausbilden. Dies führt zu einer sehr schnellen "Breakaway Oxidation". Dieser Zeitpunkt entspricht dem so genannten Lebensdauerende der Komponente (Bauteil) .
Damit ergibt sich aus den vorgenannten Überlegungen, dass die Lebensdauer eines Bauteils einerseits mit zunehmender Oxidwachstumsrate und andererseits mit abnehmender Wandstärke abnimmt .
Aus der Literatur sind einige Beispiele für typische Zeiten (tB) bis zum Lebensdauerende von Komponenten aus FeCrAl- Legierungen (kommerzielle Bezeichnungen z. B. KANHAL AF oder ALUCHROM YHF) als Funktion von Temperatur und Wandstärke bekannt. Beispielsweise - für 1 mm Wandstärke bei 1200°C, etwa 10000 h, für 0,05 mm Wandstärke bei 1100°C etwa 700 h. für 0,05 mm Wandstärke bei 1200°C etwa 80 h,
Aus theoretischen Überlegungen lässt sich ableiten, dass die Lebensdauer bei einer Temperaturerhöhung von 100 °C etwa um den Faktor 10 abnimmt. Die Temperaturabhängigkeit von tB ergibt sich dabei aus der bekannten Temperaturabhängigkeit der Oxidwachstumsrate k. Diese ist wie folgt definiert: k = kn -Q/RT mit Q = Aktivierungsenergie für Diffusionsvorgänge in der Schicht, T = Temperatur und R = allgemeine Gaskonstante. Die Abhängigkeit der Zeit bis zum Lebensdauerende (tB) von der Komponentenwandstärke (d) ergibt sich für die meisten Anwendungsfälle näherungsweise wie folgt: tB proportional zu d3
Hierdurch wird die starke Reduzierung der Zeit bis zum Le- bensdauerende bei Verringerung Komponentenwandstärke deutlich. Für sehr dünnwandige Komponenten aus oben genannten Legierungen wie sie z. B. in Trägermaterialien von PKW- Katalysatoren (Foliendicken 0,02 bis 0,1 mm), in faserbasierten Gasbrennern oder Filtern (Faserdurchmesser 0,015 bis 0,1 mm) vorliegen, sind daher die in der Praxis geforderten Betriebszeiten von einigen Tausend Stunden nur dann erreichbar, wenn die Betriebstemperaturen relativ niedrig gehalten werden, z. B. um 900 °C.
In diesem Temperaturbereich, insbesondere zwischen 800 und 950 °C, zeigt die Wachstumsrate (k) der Oxidschicht jedoch nachteilig eine deutliche Abweichung von der oben genannten Temperaturabhängigkeit . Diese Abweichung tritt insbesondere in dem Anfangsstadium (z. B. etwa bis zu 100 h) der Oxidati- onsbeanspruchung auf. Der Grund für diese Abweichung liegt in der Tatsache, dass bei Temperaturen um 800 °C nicht das bei hohen Temperaturen (bei und oberhalb 1000 °C) gebildete α-Al203 (hexagonale Struktur; Korund-Gitter) auftritt, sondern vielmehr metastabile Al203-Modifikationen, insbesondere θ - oder γ-Al203. Diese letztgenannten Oxidmodifikationen zeichnen sich durch wesentlich höhere Wachstumsraten aus als das α-Al203. Sie treten generell nur in den AnfangsStadien der Oxidation auf . Nach langen Zeiten tritt ein Übergang in stabiles α-Al203 mit der entsprechenden niedrigen Wachstums- rate auf. Die Lebensdauer einer Komponente bei 900 °C lässt sich somit in der Regel nicht aus den bei höheren Temperaturen bekannten Oxidwachstumsraten extrapolieren. Für dickwandige Kompo- nenten mit beispielsweise 1 bis 2 mm Wandstärke ist dies in der Regel nicht problematisch, da das Aluminiumreservoir in der Legierung so hoch ist, dass die anfängliche hohe Wachstumsrate bei Temperaturen um 900 °C, bedingt durch die metastabilen Oxidmodifikationen, keine signifikante Reduzierung des gesamten Aluminiumreservoirs bewirkt.
Bei sehr dünnen Komponenten, wie beispielsweise 0,003 bis 0,1 mm dünnen Folien, kann jedoch durch die anfänglich hohe Wachstumsrate der Oxidschicht, das vorhandene, sehr geringe Aluminiumreservoir nachteilig bereits in wenigen Stunden erschöpft werden. Dies führt regelmäßig zu einer völligen Zerstörung der Komponente. Die tatsächliche Lebensdauer ist somit um Größenordnungen kleiner als man auf Grund der Extrapolation der Wachstumsraten der α-Al203-Schichten bei ho- hen Temperaturen (1000 bis 1200 °C) erwarten würde. Die vorgenannten Legierungen sind daher für den Einsatz in den genannten dünnwandigen Komponenten beispielsweise PKW- Katalysatoren, Gasbrennern oder Filtersystemen nicht geeignet .
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei welchem aluminiumhaltige Legierungen bei einem Temperatureinsatz von mehr als 800 °C, insbesondere im Anfangsstadium der Oxidation, eine überwiegend aus α-Al203 aufgebaute oxidische Deckschicht ausbilden, und so ein deutlich verbessertes Langzeitverhalten aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung von aluminiumhaltigen Legierungen für den Hochtemperatureinsatz gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens finden sich in den darauf rückbezogenen Ansprüchen wieder.
Gegenstand der Erfindung
Es wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass eine Oberflächenbehandlung von Aluminium aufweisenden Legierungen auf der Basis Fe-Al-, Ni-Al, Ni-Cr-Al und Fe-Cr-Al bei Einsatz dieser Legierungen bei Temperaturen, bei denen metastabile A1203-Modifikationen auftreten, eine verbesserte Langzeitstabilität bewirkt. Diese Oberflächenbehandlung bewirkt vorteilhaft, dass die Bildung der metastabilen AI-Oxide bei einem nachfolgendem Betriebseinsatz bei höheren Temperaturen um 900 °C, insbesondere im Temperaturbereich von 800 bis 950 °C, regelmäßig unterdrückt wird.
Die erfindungsgemäße Behandlung beruht auf der Tatsache, dass die Anwesenheit anderer, d. h. nicht aluminiumhaltiger
Oxide auf der Oberfläche einer aluminiumhaltigen Legierung, bzw. eines entsprechenden Bauteils, die Bildung des vorteilhaften α-Al203 bei Betriebstemperaturen oberhalb von 800 °C fördert. Auf diese Weise wird die nachteilige Bildung meta- stabiler Al203-Modifikationen, wie beispielsweise der 0- oder γ-Al203 unterdrückt. Dabei wirken die nicht aluminium- haltigen Oxide auf der Oberfläche der Legierung wie Keimbildner, die bei Temperaturen oberhalb von 800 °C insbesondere die Ausbildung der -Al203 Modifikation fördern. Dieser Effekt tritt vorteilhaft direkt schon zu Beginn der Oxidation der Legierung bei Betriebstemperaturen ein, so dass die schädliche Bildung metastabiler Aluminiumoxide regelmäßig von Anfang an unterbunden wird. Geeignete Beispiele für solche auf der Oberfläche vorteilhaft wirkenden Oxide sind insbesondere Ni-Oxide, Fe-Oxide, Cr-Oxide und Ti-Oxide. Die Oxide können auf den Oberflächen der Komponenten aus den genannten metallischen, aluminium- haltigen Legierungen durch verschiedene Verfahren aufgebracht oder auch erzeugt werden.
Dazu zählt insbesondere
- das direkte Aufbringen dieser vorgenannten Oxide auf die Legierungsoberfläche beispielsweise durch Aufdampfen oder durch eine Kathodenzerstäubung.
- das direkte Aufbringen einer metallischen Schicht aus Ti, Cr, Ni oder Fe auf die Oberfläche der Legierung mittels aus dem Stand der Technik bekannter Beschichtungsverfah- ren. Bei einem Hochtemperatureinsatz von mehr als 800 °C wandeln sich die genannten Metalle in sauerstoffhaltiger Atmosphäre in die gewünschten Oxide um.
- die Behandlung der Legierung in einer chlorid- oder/und fluoridhaltigen Lösung oder in einer Gasatmosphäre in der sich eine derartige Lösung befindet. Dabei entsteht an der Oberfläche der Legierung in Abhängigkeit von der Legierungsbasis beispielsweise ein Fe-, Ni- oder Cr- haltiges Oxid oder Hydroxid. Bei Hochtemperatureinsatz wandeln sich die Hydroxide in die entsprechenden Oxid um. - eine Temperaturbehandlung der Legierung, bei der zunächst eine Temperatur unterhalb von 800 °C eingestellt wird, bei der bevorzugt die weiteren Legierungselemente (außer Aluminium) eine Oxidschicht auf der Oberfläche ausbilden.
All diesen Verfahren ist gemeinsam, dass zunächst eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Legierung ausgebildet wird, die überwiegend nicht aus einem Aluminiumoxid besteht. Dabei kann es für die gewünschte Wirkung der vorteilhaften Ausbildung einer α-Al203 Schicht, bzw. der Unterdrückung von meta- stabilen Aluminiumoxidschichten, schon ausreichen, wenn die Oberflächenschicht weitere, nicht aluminiumhaltige Oxide mit einem Gehalt von wenigstens 20 %, und insbesondere von mehr als 50 % aufweist.
Unter der Oberflächenschicht der Legierung ist dabei ein oberflächennaher Bereich bis zu 1000 nm Dicke zu verstehen. Es hat sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt, dass die Wirkungsweise der nicht aluminiumhaltigen Oxide auf der Oberfläche der Legierung auch schon bei Schichtdicken von nur wenigen nm auftritt.
Spezieller Beschreibungsteil
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand einer Figur und mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne daß der Gegenstand der Erfindung dadurch beschränkt wird.
Eine schematische Darstellung der Temperaturabhängigkeit des Oxidwachstums auf Legierungen vom Typ Fe-Al, Fe-Cr-Al, Ni-Al oder Ni-Cr-Al ist in der Figur zu sehen.
Die gestrichelten Linien zeigen die Schichtdicke einer auf der Oberfläche einer entsprechenden Legierung ausgebildeten Oxidschicht bei der ausschließlichen Bildung von α-Al203 bei den entsprechenden Temperaturen gegen die Zeit (beides in willkürlichen Einheiten) . Nach einem zunächst etwas steiler verlaufenden Anfangsverlauf der Wachstumsrate bleibt die Wachstumsrate danach nahezu konstant, was zu einer nahezu linearen Erhöhung der Schichtdicke für längere Zeiten führt. Insgesamt ist die ausgebildete Schichtdicke umso höher, je höher die entsprechende Betriebstemperatur ist.
Für eine Temperatur von 900 °C ist, durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet, zusätzlich die Schichtdicke bei einer anfänglichen Bildung von metastabilen Aluminiumoxiden und nachfolgender Bildung von α-Al203 eingetragen. Der Vergleich macht die deutlich höhere Wachstumsrate der metastabilen Aluminiumoxide gerade im Anfangsstadium deutlich. Im weite- ren Verlauf bleibt dann auch hier die Wachstumsrate nahezu konstant, so dass sich mit der Zeit ebenfalls eine nahezu linear ansteigende Schichtdicke ausbildet.
Als Behandlungsmethoden zur Erzielung der vorteilhaften nicht aluminumhaltigen Oxide auf der Oberfläche von aluminiumhaltigen Legierungen haben sich insbesondere die nachfolgend aufgeführten Verfahren bewährt :
1. Auf die Oberfläche eines Bauteils aus einer aluminiumhal- tigen Legierung wird ein Ni-Oxid, Fe-Oxid, Cr-Oxid oder auch Ti-Oxid mit einer bevorzugten Dicke von 5 bis 1000 nm durch Aufdampfen aufgebracht . Die genannte Beschichtungsmethode entspricht dabei dem Stand der Technik.
2. Auf die Oberfläche eines Bauteils aus einer aluminiumhaltigen Legierung wird zunächst eine metallische Schicht aus Fe, Ni, Cr oder Ti mittels üblicher Beschichtungsverfahren bis zu einer Dicke von 5 bis 1000 nm aufgebracht. Als geeignete Verfahren zum Aufbringen sind dabei insbesondere Auf- dampfen, Kathodenzerstäubung, galvanische Beschichtung zu nennen. Bei Betriebseinsatz, d. h. bei Temperaturen oberhalb von 800 °C wandelten sich die genannten Metalle in Sauerstoffhaltiger Atmosphäre in die entsprechenden Oxide um.
3. Ein Bauteil aus einer aluminiumhaltigen Legierung wird in einer Chlorid- oder/und fluoridhaltigen Lösung oder in einer Gasatmosphäre in der sich eine derartige Lösung befindet behandelt. Eine geeignete Lösung ist beispielsweise eine 10 %-ige NaCl-Lösung in Wasser. Diese Behandlung findet bei Raumtemperatur oder bei leicht erhöhter Temperatur, ca. 80 °C, statt. Während dieser Behandlung, die in einem Zeitraum von wenigen Minuten bis zu zwei Stunden durchgeführt wird, entsteht an der Oberfläche des Bauteils, je nach Legierungsbasis ein Fe- oder Ni-haltiges Oxid und/oder Hydro- xid. Bei einem sich anschließenden Hochtemperatureinsatz wandelt sich das ggf. vorhandene Hydroxid in das gewünschte Fe-Oxid (Fe203) bzw. Ni-Oxid (NiO) um.
4. Ein Bauteil wird zunächst einer Temperatur von 750 °C für einen Zeitraum von einigen Minuten bis zu fünf Stunden ausgesetzt. Dabei bildete sich auf der Oberfläche bevorzugt je nach Legierungsbasis ein Fe- oder Ni-haltiges Oxid aus.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht für einer aluminiumhaltigen Legierung des Typs Fe-Al, Fe-Cr-Al, Ni-Al oder Ni-Cr-Al, mit den Schritten - auf der Oberfläche der Legierung wird eine Oxid- Schicht ausgebildet, die nicht aluminiumhaltigen Oxide aufweist, - bei Erwärmung der Legierung auf Temperaturen oberhalb von 800 °C unterdrücken die nicht aluminiumhaltigen O- xide auf der Oberfläche der Legierung die Ausbildung von metastabilen Aluminiumoxiden, so dass überwiegend nur α-Al203-Oxide gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der ein nicht aluminium- haltige Oxidschicht in einer maximalen Dicke von 5000 nm, insbesondere von nur 1000 nm und besonders vorteil- haft von nur 100 nm ausgebildet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem zur Ausbildung der nicht aluminiumhaltigen Oxidschicht wenigstens eins der Oxide aus der Gruppe (Ni-Oxid, Fe- Oxid, Cr-Oxid oder Ti-Oxid) auf die aluminiumhaltige Legierung aufgebracht wird.
4. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch 3 , bei dem das Aufbringen durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung realisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem zur Ausbildung der nicht aluminiumhaltigen Oxidschicht wenigstens ein Metall aus der Gruppe (Ni, Fe, Cr oder Ti) auf die aluminiumhaltige Legierung aufgebracht wird, und sich daraus in sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine dem Metall entsprechende Oxidschicht ausbildet.
6. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch 5 , bei dem das Aufbringen durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder eine galvanische Abscheidung realisiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem zur Ausbildung der nicht aluminiumhaltigen Oxidschicht die aluminiumhaltige Legierung in ein Chlorid- und/oder fluorithaltiges Medium eingebracht, wobei sich an der Oberfläche der aluminiumhaltigen Legierung aus einem Legierungsmetall, welches nicht Aluminium ist, eine entsprechende Oxid- bzw. Hydroxidschicht ausbildet.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , bei dem das Einbringen der aluminiumhaltigen Legierung in das Medium für einen Zeitraum von einer Minute bis zu fünf Stunden erfolgt .
9. Verfahren nach Anspruch 7 , bei dem das Einbringen der aluminiumhaltigen Komponente in das Medium bei Temperaturen zwischen 30 und 100 °C erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem zur Ausbildung der nicht aluminiumhaltigen Oxidschicht die aluminiumhaltige Legierung auf eine Temperatur un- terhalb von 800 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 500 bis 800 °C erhitzt wird, wobei sich an der Oberfläche der aluminiumhaltigen Legierung aus einem Legierungsmetall, welches nicht Aluminium ist, eine entsprechende Oxidschicht ausbildet.
EP04802781A 2004-01-21 2004-11-20 Schutzschicht fur eine aluminiumhaltige legierung fur den einsatz bei hohen temperaturen, sowie verfahren zur herstellung einer solchen schutzschicht Expired - Lifetime EP1706518B1 (de)

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