FI106472B - Kuumasuihkutuksessa käytettäväksi soveltuva jauhe - Google Patents

Description

, 106472

Kuumasuihkutuksessa käytettäväksi soveltuva jauhe Tämä patenttihakemus koskee jauhetta, joka on " käyttökelpoinen päällysteiden kuumasuihkutuksessa, erityi- 5 sesti metalliosien korroosionestopäällystyksissä.

Kromikarbidipäällysteitä on muodostettu monien vuosien ajan kuumasuihkuttamalla. Yksi sellainen päällyste koostuu nikkeli-kromilejeerinkisideaineessa olevissa Cr3C2 -hiukkasista. Myös muita karbideja on käytetty nikkeli-10 kromilejeeringin kanssa. Tietyntyyppisiin korkealämpötila-sovellutuksiin kromikarbidi on kuitenkin ainoa järkevä vaihtoehto. Esimerkiksi kobolttisideaineessa olevaa karbidia voidaan käyttää eroosionestopäällysteenä monilla len-tokoneenosien pinnoilla, mutta siltä puuttuu riittävä läm-15 mönkestävyys sellaisilla vyöhykkeillä käyttöä ajatellen, joilla lämpötila nousee korkeaksi. Kiinteä volframikarbi-di-titaanikarbidiliuos, jossa on sideaineena nikkeli, on jonkin verran parempi mutta yhä riittämätön korkeisiin lämpötiloihin.

20 Kuumasuihkutuksen aikana jauhe kuumennetaan, mistä on seurauksena täydellinen tai osittainen sulaminen, ja suihkutetaan sitten päällystettävälle pinnalle. Jauhe on yleensä kromikarbidijauheen ja nikkeli-kromijauheen yksin-...: kertainen seos, tavallisimmin seos, joka sisältää 75 pai- 25 no-% kromia ja 25 paino-% Ni-Cr-lejeerinkiä, tai seos, jo- « Ί1Γ# ka sisältää 80 paino-% kromia ja 20 paino-% Ni-Cr-lejee- • · *** rinkiä, mutta yleisesti käytetään seoksia, jotka sisältä- • · · ··** vät 7-25 paino-% Ni-Cr-lejeerinkiä. Suihkutuksen aikana ·· ···’· kromikarbidi säilyy yleensä kiinteänä, kun taas nikkeli- • · · ·.· 1 30 kromilejeerinki sulaa, mistä on seurauksena päällyste, jossa karbidihiukkaset ovat suljettuina nikkeli-kromile- jeeringin sisään. Mikäli karbidihiukkaset ovat suhteelli- «***: sen suuria, syntyvän päällysteen pinta on epätasainen.

• · <

Kyseisissä seoksissa on käytetty nikkeli-kromile- « « . 35 jeerinkinä 80 paino-% nikkeliä ja 20 paino-% kromia sisäl- * « « « • · • · • · · · · 2 106472 tävää lejeerinkiä (esim. Nichrome-lejeerinkiä). Seos levitetään tavallisimmin plasmasuihkumenetelmällä. Suurino-peuksisen h.appi-polttoainesuihkutuksen (HVOF-suihkutuksen) käyttöönoton myötä uusien kromikarbidipäällystysmateriaa-5 lien tarve tuli kuitenkin ilmeiseksi, koska HOVF-menetelmä ei toimi hyvin tunnetuilla kromikarbidia ja Ni-Cr-lejee-rinkiä sisältävillä jauheseoksilla. HVOF-menetelmässä seos pyrkii erottumaan komponenteikseen, jolloin muodostuu epätyydyttävä päällyste.

10 Viimeksi mainitun ongelman ratkaisemiseksi teknii kan tasoa edustavassa jauheessa, jota myy tässä patenttihakemuksessa oikeuden saajana oleva yhtiö, on esisekoitet-tu 20 paino-% kromikarbidihiukkasia 20 paino-%:n kanssa Ni-Cr-sideainetta (80:20). Hiukkaset koostuvat päaasialli-15 sesti kromikarbidiytimestä, joka on päällystetty ainakin osaksi kerroksella, joka koostuu pääasiallisesti nikkeli-kromilejeeringistä. Hiukkasten muodostukseen käytetään peräkkäisiä sintraus-, jauhamis- ja lajitteluvaiheita. Tällä tavalla valmistetut esisekoitetut hiukkaset saivat aikaan 20 käyttäytymisen jonkinasteisen paranemisen, mutta HVOF-suihkutuksella muodostetulle päällysteelle oli yhä vaikeata saavuttaa sekä hyvää sileyttä että hyviä eroosionkesto-ominaisuuksia.

...j Tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi parannetun 25 jauheen, josta voidaan valmistaa päällysteitä, joilla on \···, paljon paremmat eroosionkesto-ominaisuudet kuin aikaisem- • · *** min tunnetulla jauheella, jonka koostumus on samankaltai- • · ♦ **·1 nen.

**♦ ···· Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä sanotaan it- ··♦ • · · *.2 1 30 senäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suo ritusmuodot ovat epäitsenäisten vaatimusten kohteena.

• · · Tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukainen jau- ·3: he, joka soveltuu käytettäväksi termisessä suihkupäällys- « « · tysmenetelmässä, sisältää hiukkasia, jotka koostuvat pää- • · . 35 asiallisesti metallikarbidiytimestä, joka on päällystetty « « • · · 2 « · 3 • 1 1 3 106472 ainakin osaksi kerroksella, joka koostuu pääasiallisesti nikkeli-kromilejeeringistä, joka sisältää metallikarbidia liuenneena itseensä. Hiukkaset muodostetaan kuumentamalla hienojen metallikarbidilähtöhiukkasten seosta nikkeli-kro-5 milejeeringin läsnä ollessa olosuhteissa, jotka ovat te-; hokkaita osan, edullisesti 60 - 90 paino-%:n osuuden, läh- tömetallikarbidista liuottamisessa Ni-Cr-lejeerinkiin. Sitä alkuperäisten karbidihiukkasten määrää, joka säilyy liukenemattomana ennen suihkutusta, on vaikea arvioida, 10 mutta se on yleensä noin 10 - 90 paino-%, erityisesti 10 -40 paino-%, alunperin läsnä olleesta määrästä tarkan määrän riippuessa halutusta päällysteen sileydestä ja suihku-tusolosuhteista.

Karbidimäärän ja Ni-Cr-lejeerinkimäärän suhde va-15 Iitaan sellaiseksi, että jäähdytettäessä suihkutettu päällyste suurin piirtein kaikki karbidi säilyy Ni-Cr-lejeerinkiin liuenneena. Jos karbidin määrä on liian suuri, karbidi saostuu liuoksesta päällysteen jäähtyessä ja muodostaa toisen faasin, joka heikentää päällystettä ja vä-20 hentää eroosionkestävyyttä. Keksinnön mukaisesti muodostetuilla päällysteillä ilmenee sekä sileyden että eroosion-kestävyyden odottamattoman suuri lisääntyminen verrattuna hyvin samankaltaisiin päällysteisiin, erityisesti päällys-teisiin, jotka on muodostettu edellä kuvatusta tekniikan • · 25 tasoa edustavasta jauheesta, joka sisältää kromikarbidia *111 ja Ni-Cr-lej eerinkiä suhteessa 80:20, ja joissa käytetty « · • ♦ **1 karbidimäärä oli niin suuri, että huomattava osa karbidis- ··· •••j ta ei säilynyt liuenneena.

• · · • ••ϊ Keksinnön edellä mainitun suoritusmuodon mukaan • ·· ·.· 1 2 30 karbidihiukkasia ei esiliuoteta täydellisesti Ni-Cr-lejee- rinkiin. Jos liukeneminen on täydellistä, tuloksena ole-:3: valla komposiittilejeeringillä on korkeampi kokonaissula- mispiste ja sen suihkuttaminen saattaa käydä vaikeammaksi.

< 1 · * . Niinpä on edullista, että ainoastaan osa metallikarbidis- 35 ta, edullisesti kromikarbidista, esiliuotetaan Ni-Cr-le- • · • · · 2 t « · 3 « 4 106472 jeerinkiin. Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan, joka soveltuu plasmasuihkutukseen, jauhe voidaan kuitenkin valmistaa edellä esitetyllä tavalla, paitsi että liuotetaan yli 90 paino-% ja jopa täydet 100 paino-% lähtökarbidi-5 hiukkasista. Liuenneen määrän lähestyessä 100 paino-%:a ydin häviää olennaisilta osiltaan.

Keksinnön mukaisia jauheita voidaan kutsua lejee-ratuiksi, komposiitti- tai sidotuiksi metallikarbideiksi. Metallin ollessa kromi kyseisiä materiaaleja muodostetaan 10 menetelmällä, joka tuottaa hiukkasia, jotka sisältävät molempia faaseja, nimittäin CR3C2~ytimen, joka on peitetty täydellisellä tai osittaisella Ni-Cr-sidelejeerinkipääl-lysteellä, joka sisältää liuennutta kromikarbidia. Toisin kuin aikaisemmat suihkutusmenetelmät, kuten plasmasuihku-15 tus tasavirtakaarta käyttäen tai D-sumuttimella suihkutus, joka toimii sykäyksittäin asetyleeniä polttamalla, HVOF-suihkutus toimii jatkuvalla suurinopeuksisella virtauksella. HVOF-virta pyrkii erottamaan kromikarbidin Ni-Cr-le-jeeringistä, mistä on seurauksena erillisten alueiden kum-20 paakin muodostuminen päällysteen pinnalle tai toisen kerrostuminen toisen päälle, mikä johtaa huonompaan päällysteeseen. Kromikarbidia on vaikea sulattaa ja pehmittää, joten sen saostuminen on hyvin pientä.

...: Keksinnön mukaiset komposiittihiukkaset voidaan 25 levittää pinnoille, jotka on valmistettu kovista metal-leista, kuten teräksestä tai titaanilejeeringeistä, kuten • · *’* lentokoneen osille, HVOF-suihkutuksella, ilman että tapah- • · · ·'·· tuu erottumista. Päällysteellä, joka on muodostettu HVOF- • · · • ••i suihkutuksella, voi olla sekä vähäinen pinnan karkeus että • «· • » · ·.· * 30 suuri eroosionkestävyys. Normaalisti toisen näistä ominai suuksista parantaminen heikentää toista. Esimerkiksi hiuk-kaskoon pienentäminen tekee syntyvästä päällysteestä si-·***: leämmän, mutta päällyste kuluu helpommin. Tyypillisissä ‘ . sellaisissa päällysteissä, jotka on muodostettu käyttämäl- 35 lä hienompaa jauhetta, esiintyy suurempia jännityksiä, mi- · « · « · 106472 5 kä tekee hiukkasista herkempiä hapettumaan ja lisää siten eroosiota.

Sekä eroosion että pinnan karheuden on täytettävä asetetut lentokoneteollisuuden laatuvaatimukset tai pääl-5 lyste ei ole käyttökelpoinen. Esimerkiksi 737:n suihku-moottoriin (CFM 56) tarkoitetun 12-vaiheisen pyörivän ah-timen vaiheissa 6-12 käytettävien siipien karheuden Ra täytyy olla noin 2,0 μπι (80 mikrotuumaa) tai sitä pienempi, erityisesti noin 0,8 - 2,0 μιη (30 - 80 mikrotuumaa), 10 jolloin Ra tarkoittaa keskimääräistä eroa päällysteessä esiintyvien huippujen ja laaksojen välillä. Eroosion aiheuttaman häviön, mitattuna 600 g:11a hienoa valkoista alumiinioksidia (karkeus 230) ja paineella 340 - 410 kPa (50 - 60 psi) tehtävällä hiekkapuhalluksella, tulisi olla 15 170 μ9/^ tai sitä pienempi, edullisesti korkeintaan 125 μg/g.

Keksinnön mukaista jauhetta valmistettaessa kaupallisesti saatavissa olevat kromikarbidi- ja Ni-Cr-jauhe muunnetaan yksinkertaisesta jauheseoksesta edellä kuvatuk-20 si komposiittijauheeksi. Se voidaan toteuttaa esimerkiksi suihkukuivaamalla kromikarbidihiukkaset Ni-Cr-lejeeringin kanssa. Edullisessa menetelmässä hiukkaset saadaan yhtymään kiinteässä olomuodossa sintraamalla. Sintrauksen ai-' * kana metallikarbidihiukkasten ulkopinta liukenee ympäröi- 25 vään Ni-Cr-lejeerinkiin. Sintrausolosuhteita säädellään • · · kuitenkin jäljempänä kuvatulla tavalla täydellisen liuke- *:* nemisen estämiseksi. Tuloksena oleva lejeerinki, joka ···· ··· koostuu metallikarbidista ja metallikarbidihiukkasten ui- ···· kopinnoille kerrostuneesta Ni-Cr-lejeeringistä, on eutek- * 30 tinen seos, jolla on korkeampi sulamispiste kuin Ni-Cr- ~ ...# lähtölejeeringillä. Kuumasuihkutettaessa loppuosa metalli- • · karbidista sulaa ja saadaan aikaan päällyste, jolla on • · ' ·;· erinomainen eroosionkestävyys, koska siinä ei esiinny heikkoja kohtia saostuneen metallikarbidin tai sulamatto- ·:**: 35 mien metallikarbidihiukkasten muodossa. Päällysteessä, jo- « « • · κ 106472 ο ka valmistettiin jäljempänä esitetyn esimerkin 1 mukaisesti ja käyttämällä sellaista lejeerinkiä, esiintyi yksi ainoa faasi, Ni-Cr-C-lejeerinki, joka mikroskoopilla tutkittaessa osoittautui lähes vapaaksi karbidihiukkasista.

5 Keksinnön mukaisen jauheen valmistusta varten hiukkasmainen metallikarbidi sekoitetaan ensin nikkeli-kromilejeeringin kanssa seoksen muodostamiseksi. Valmistusmenetelmästä riippumatta on tärkeätä käyttää hienoja lähtömetallikarbidihiukkasia. Mikäli lähtökarbidihiukkaset 10 ovat liian karkeita, ei muodostu haluttua liuosta. Jos lähtökarbidihiukkaset ovat liian hienoja, kromikarbidista tulee pyroforinen ja sitä on vaikea käsitellä. Kromikarbi-dihiukkaset, jotka ovat kooltaan 1-10 μπι, ovat osoittautuneet tehokkaimmiksi.

15 Jauheiden seos sintrataan kiinteän massan muodos tamiseksi ja sen annetaan edullisesti jäähtyä. Kiinteä massa jauhetaan sitten uudelleen jauheeksi, ja jauhe lajitellaan halutun hiukkaskokojakautuman saavuttamiseksi sille .

20 Seosta sintrataan edullisesti lämpötilassa 1 200 - 1 500 °C noin 0,3 - 3 tuntia, edullisemmin lämpötilassa 1 250 - 1 450 °C noin 30 - 90 minuuttia. Liiallinen lämpö tai liian pitkä aika (tai molemmat) saa aikaan suurien ki-teiden muodostumisen, jotka vaikuttavat haitallisesti tt*|* 25 päällysteen ominaisuuksiin. Toisaalta riittämätön sintraus merkitsee sitä, että keksinnön etuja ei saavuteta. Seoksen

IM

··· lämpötila pysyy sintrauksen aikana yleensä kyseisten kah- ·*·· den komponentin sulamispisteen alapuolella, jotka ovat ···· esimerkiksi 1 700 - 1 800 °C kromikarbidin tapauksessa ja 30 noin 1 400 °C Ni-Cr:n (Cr liuenneena Niriin) tapauksessa.

.*·*. Sintraus voidaan toteuttaa ilman ulkopuolista paineen muo- « · · .·»·. dostusta.

Sintrattu ja jäähdytetty massa, joka on yhteensu-* ’ latetun harkon muodossa, palautetaan sitten jauheen muo- 35 toon jauhamalla. Se on helposti toteutettavissa yhden tai 106472 7 useamman karkean murskausvaiheen avulla, joissa harkko ja Suuret harkonpalaset rikotaan kooltaan hyvin erilaisiksi hiukkasiksi, ja sitä/niitä seuraavan jauhatusvaiheen avulla, jossa karkeiden hiukkasten kokoa pienennetään edelleen 5 hienohiukkasisen seoksen aikaansaamiseksi, jossa hiukkasten koko vaihtelee noin 1 fjm:stä 100 jomiiin.

Jauhetut hiukkaset lajitellaan sen jälkeen, edullisesti käyttämällä tavanomaista ilmaseulaa, halutun hiuk-kaskokojakautuman saavuttamiseksi. Kuumasuihkutuksessa 10 voidaan käyttää laajaa hiukkaskokoaluetta noin 2 μm:stä 100 μπι: iin ja lajittelu voidaan jättää tekemättä, jos jauhaminen tuottaa tulokseksi halutun hiukkaskokojakautuman. Keksinnön mukaisen jauheen plasmasuihkutukseen hiukkaskoot 4 4 μm:stä 100 μιη:ϋη ovat edullisimpia; vertailun vuoksi 15 mainittakoon, että kromikarbidijauheen ja Ni-Cr-lejeerin-kijauheen seoksen tapauksessa plasmasuihkutuksessa käytetään normaalisti kokoaluetta 3-30 μπι.

Mitä tulee HVOF-suihkutukseen, toisin kuin niiden tekniikan tasoa edustavien kromikarbidin ja Ni-Cr-hiukkas-20 ten seosten tapauksessa, joita on käytetty ahtimien siipien päällystyksiin ja joissa hiukkasten koko vaihtelee noin 10 μm:stä 40 μιη: iin keskiarvon ollessa 25 - 30 μπι, keksinnön mukainen vaihteluväli noin 2 μm:stä noin • · 44 μιη:ϋη keskiarvon ollessa noin 9-13 μιη, erityisesti .·**. 25 9 - 11 μπι, tuottaa tulokseksi sileämraän päällysteen, jolla ··· on yllättäen yhtä hyvä tai parempi eroosionkestävyys kuin • ··♦ aikaisemmalla lejeeringillä, jonka kokonaishiukkaskoko on paljon suurempi. Suihkutettavuus on yleensä paras hiukkas- • · · kokoon ollessa alueen keskellä, noin 15 - 44 μιη, ja vii-30 meksi mainittu alue on edullinen sovelluksiin, joissa ei « · Φ ♦ **’ vaadita korkeatasoista viimeistelyä heti suihkutettuna.

Esimerkiksi venttiilikomponentit voidaan päällystää kek- **.·". sinnön tämän suoritusmuodon mukaisesti ja hioa ja kiillot- ·;·*: taa sitten paremman viimeistelyn saavuttamiseksi.

• · • · • · · • · 106472 8 Tämän keksinnön yhteydessä "keskiarvo" tarkoittaa sellaista hiukkaskokoa, että noin puolet hiukkasista on kooltaan sitä suurempia ja puolet sitä pienempi. Mainittu keskiarvo on myös hyvin lähellä massakeskimääräistä hiuk-5 kaskokoa. "Hiukkaskoko" tarkoittaa tämän keksinnön yhteydessä suurin piirtein pallomaisen hiukkasen läpimittaa tai ei-pallomaisen hiukkasen suurinta dimensiota.

Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan valmis jauhe, joka on käyttökelpoinen korkealämpötilasovelluksissa, 10 sisältää olennaisina komponentteinaan 4-7 paino-% Ni:ä, 11 - 13 paino-% C:tä ja korkeintaan noin 5 paino-% muita alkuaineita (tavallisesti epäpuhtauksia), kuten yhtä tai useampaa alkuaineista Fe, Mn, Si, W, Co, Mo ja Zr, loppuosan ollessa Cr:a (tyypillisesti 79 - 83 paino-%). Vaihte-15 luvälit 4-6 paino-% Ni:ä, 11,5 - 12,5 paino-% C:tä ja korkeintaan noin 2,5 paino-% epäpuhtauksia ovat edullisia optimaalisen pinnan tasaisuuden ja eroosionkestävyyden saavuttamisen kannalta. Tekniikan tasoa edustava, suhteessa 80:20 muodostettu jauhe, jota kuvattiin edellä, sisälsi 20 noin 16 paino-% Ni:ä, 10,5 paino-% C:tä ja korkeintaan noin 3 paino-% muita alkuaineita loppuosan ollessa Cr:a (noin 70,5 paino-%).

Tässä keksinnön käytettävä metallikarbidi on edul-)<(: lisimmin kromikarbidi tai sen ja jonkin toisen metallikar- 4 « , 25 bidin seos tai karbidi, jolla on vastaavat ominaisuudet, 4 4« 4 kuten titaanikarbidi. Tässä keksinnössä käytettävä Ni-Cr- • · *··** lejeerinki koostuu pääasiallisesti nikkelistä ja kromista ··· ...I mutta voi sisältää oleellisia määriä muita alkuaineita.

Esimerkiksi lejeerinki, jota käytettiin jäljempänä esite- ··· : 30 tyssä esimerkissä 2, sisälsi Ni:n ja Cr:n lisäksi 7 pai no-% rautaa ja 4 paino-% niobia. Niobi on noin 1-8 pai-;*“· no-%:n suuruisena määränä käyttökelpoinen lisäaine, mikäli .*·*. se estää rakeiden kasvua päällysteessä.

• 4 4 * . Lähtöjauheiden suhteelliset määrät ja Cr:n määrä 35 Ni:ssä säädetään sellaisiksi, kuin on tarpeen sellaisten 4 · • · • » • ** « « · 106472 9 koostumusten aikaansaamiseksi, joissa metallikarbidi on osaksi Ni-Cr-lejeerinkiin liuenneena ennen suihkutusta ja karbidin määrä on sellainen, että se liukenee kuumasuihku-tettaessa suurin piirtein täydellisesti Ni-Cr-lejeerinkiin 5 ja säilyy päällysteessä liuenneena, kun se jäähdytetään. Mainitut määrät vaihtelevat huomattavasti ja riippuvat käytettävästä karbidista ja Ni-Cr-lejeeringin tarkasta koostumuksesta; verratkaa jäljempänä esitettyjen esimerkkien 1 ja 2 tuloksia.

10 Yhdessä edullisessa suoritusmuodossa, jossa metal likarbidi on kromikarbidi ja Ni-Cr-lejeerinki on edellä kuvatun kaltainen lejeerinki, joka sisältää 4-7 paino-% Ni:ä, 11 - 13 paino-% C:tä ja korkeintaan noin 5 paino-% muita alkuaineita loppuosan ollessa Cr:a, lähtökromikarbi-15 din ja Ni-Cr-lähtölejeeringin määrät vaihtelevat edullisesti 92 paino-%:sta 85 paino-%:iin Cr3C2:a ja 8 pai-no-%:sta 15 paino-%:iin Ni-Cr-lejeerinkiä. Ni:n ja Cr:n suhteelliset määrät Ni-Cr-lejeeringissä poikkeavat tässä suoritusmuodossa tavanomaisesta Nichrome-materiaalista, 20 jossa suhde on 80:20. Ni:n ja Cr:n massasuhde on 70:30 -50:50. Jäljempänä esitetyssä esimerkissä 1 käytettiin noin 12 paino-% Ni-Cr-materiaalia, jossa Ni:n suhde Cr:iin oli 50:50, ja 88 paino-% Cr3C2:a. Ni:n osuuden ollessa yli 70 paino-% Cr:n määrä lejeeringissä käy riittämättömäksi • * . 25 liuottamaan karbidia täydellisesti. Ni:n osuuden ollessa « « « * ·*** alle 50 paino-% Ni-Cr-lejeeringin muodostuminen loppuu ja • · *···* muodostuu ei-toivottu toinen faasi. Jos läsnä kuitenkin on m ··· ...I huomattavia määriä muita alkuaineita, kuten rautaa tai ..ΙΓ niobia, edellä esitetyt rajat ovat erilaisia, mitä valai- ♦ 30 see esimerkki 2 jäljempänä.

Tämän keksinnön mukainen jauhe kehitettiin eroo-·***: sionestopäällysteen muodostamiseksi lentokoneen turpiinia .·**. varten. Muihin käyttökelpoisiin sovelluksiin kuuluvat kui-

«M

• # tenkin öljylähteiden venttiilit ja porauslaitteiden kompo- « · · ♦ · 35 nentit, höyryputket ja -venttiilit sekä muut komponentit, • 4 · · · Λ · * • « ♦ · * » *4 ♦ 106472 10 joissa pinnat ovat säännöllisesti alttiina kuumalle kaasulle tai nesteelle, joka voi aiheuttaa eroosiota. Eräät eroosionestosovellukset eivät, toisin kuin ilmatyynykui-vaimien eroosionestopäällysteet, vaadi hienoa viimeiste-5 lyä, missä tapauksessa voidaan käyttää suurempia hiukkas-kokoja.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkki 1 Lähtömateriaalit koostuivat kromikarbidijauheesta 10 (Cr3C2) ja nikkeli-kromilejeerinkijauheesta. Niiden tuote selosteet olivat seuraavanlaiset:

Kromikarbidi

Koko: 15 <11 pm 100%

Koostumus:

Hiili vähintään 12 %

Pii enintään 0,25 %

Rauta enintään 0,30 % 20 Muut enintään 1,0 %

Kromi loppuosa

Nikkeli-kromilejeerinki ...I Koko: 25 <31 pm 80 % • a 4 t .···. Koostumus: • · **· Kromi 49 - 50 % ·« · "'I Nikkeli 49 - 50 % • · · ·*·* Muut enintään 1,0 % IM ' « · · 30

Raaka-aineet sekoitettiin keskenään suhteessa M* 90 paino-% kromikarbidia ja 10 paino-% nikkeli-kromile jee- • · * rinkiä. Seos laitettiin grafiittisiin polttokoteloihin, jotka kukin oli sivelty kalsiumkarbonaattilietteellä hii- * « · 35 Ien mukaan tarttumisen estämiseksi. Polttokotelot työnnet- *« · • * • · • * * m «·»>· • · 11 106472 tiin molybdeenikäämityksellä varustetun muhveliuunin läpi vety-typpikaasukehässä. Uunin kuumennusvyöhyke oli noin 91 cm (36 tuumaa) pitkä, ja kukin polttokotelo kulki kuu-mennusvyöhykkeen läpi noin tunnissa. Lämpötila pidettiin 5 kuumennusvyöhykkeen keskellä arvossa 1 300 ± 25 °C.

Poistuttuaan kuumennusvyöhykkeestä polttokotelo saapui vesivaipalla varustettuun jäähdytysvyöhykkeeseen, jonka pituus oli noin 1,5 m (5 ft). Polttokotelo ja materiaali jäähdytettiin noin lämpötilaan 100 °C, ennen kuin 10 ne tulivat ulos uunista. Sekä uunin sisäänmeno- että ulos-tuloaukolla pidettiin yllä liekkiverho tuotteen suojaamiseksi hapettumiselta. Uunista ulos tullut tuote oli noin 46 cm (18 tuumaa) pitkän, 8 cm (3 tuumaa) leveän ja 2,5 -5 cm (1-2 tuumaa) paksun harkon muodossa.

15 Harkot murskattiin sitten suurella leukamurskai- mella karkeasti paloiksi, jotka olivat kooltaan pienempiä kuin noin 2,5 cm (1 tuuma). Sitten käytettiin pienempää leukamurskainta keskimääräisen hiukkaskoon saamiseksi pienemmäksi kuin noin 6,3 mm (0,25 tuumaa). Murskattu tuote 20 syötettiin sitten suuritehoiseen täryputkimyllyyn, · joka oli rautakontaminaation minimoivaa tyyppiä, hiukkaskoon pienentämiseksi edelleen. Myllyssä käsittelyn jälkeen jauhe laskettiin seulan läpi, jonka meshluku oli 270, ja yli-:*· suuri materiaali palautettiin myllyyn edelleen murskatta- 25 vaksi. 270 meshin seulan läpäissyt materiaali ilmalajitel- • ·· · .·*·, tiin Vortec C-l -sarjaseulaa käyttäen niin, että saavutet- • · **·. tiin lopullisen tuotteen hiukkaskoko. Tarkka koko välit- t *’*j tiin tavoitteena olleen päällystetyn tuotteen, nimittäin ·”’· 737 :n suihkumoottoriin (CFM 56) tarkoitetun 12-vaiheisen ·’· ! *· 30 pyörivän ahtimen vaiheissa 6-12 käytettävien siipien, lopullisen käytön perusteella.

• I*

Kuudella näytteellä A - F oli alla olevassa taulu- * ti’* kossa 1 esitetyt koostumukset ja likimääräiset hiukkasko- kojakautumat. Mitä tulee osaan B, kullekin näytteelle il- * « « . 35 moitetut arvot tarkoittavat kaikkien niiden hiukkasten * \ « * « « • · · • · 12 106472 prosenttiosuutta, joiden koko oli pienempi kuin vasemmassa sarakkeessa mikrometreinä ilmoitettu hiukkaskoko. Osassa C mv = keskiarvo ja kunkin prosentti-luvun kanssa samalla rivillä olevat arvot ilmaisevat sen rajakoon mikrometrei-5 nä, joka mainitulla prosenttiosuudella hiukkasista oli tai jonka alle ne jäivät.

Taulukko 1 A. Koostumus

Näyte ABC D E F

Cr ! 79,19 82,50 80,03 80,67 81,24 81,46 N 5,55 4,12 6,17 5,71 5,02 4,6

Mn 0,04 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 15 Fe 2,3 0,7 1,19 0,95 1,1 0,87

Si 0,01 0,01 0,08 0,12 0,07 0,05 C 12,31 11,76 11,69 12,02 12,02 12,43 OT* 0,6 0,89 0,81 0,5 0,52 0,56 o n Koko b. Kokojakautuma (pm) 44 100 100 100 100 100 100 31 100 100 100 96,2 100 97,7 :··· 22 96,6 100 100 91,1 100 94,8 16 87,4 92,4 93,6 8 0,9 97.5 87,4 mc 25 11 56,1 68 65,5 57,1 81.4 62,3 7.8 28,7 37,3 35,4 32,1 56,2 36 *'*j# 5,5 11,3 15,9 13,9 13,9 31,5 16,8 3.9 3,5 6,5 4,3 4,9 14,3 6,9 2,8 0,6 0,7 0,5 0,6 3 1,4 30 7 ?

• M

·...* C. Kokojakautumayhteenveto • · · • · ’** mv 10,77 9,55 9,7 11,97 7,81 10,74 90% 17,38 15,49 15,35 21,32 13,65 18,09 35 50% 10,28 9,11 9,34 10,08 7,22 9,49 j\ 10% 5,22 4,48 4,83 4,79 3,47 4,39 • · 13 106472 OT* tarkoittaa muita alkuaineita. Näytteet A - F levitettiin HVOF-suihkutuksella [hapen paine 1 100 kPa (160 psi), vedyn paine 700 kPa (100 psi)] ruostumattomasta teräksestä valmistetuille koekappaleille käyttämällä muun-5 nettua Jet-Kote -suihkutinta (Stellite). Tulokseksi saaduille päällysteille tehtiin eroosiotesti hiekkapuhaltamalla ne 600 g:11a hienoa valkoista alumiinioksidia (karkeus 230) ja paineella 340 - 410 kPa (50 - 60 psi).

Päällysteet, jotka muodostettiin käyttämällä näyt-10 teitä· A - F, testattiin niiden Rockwell 15N -kovuuden, Vickers-kovuuden eli mikrokovuuden (DPH), edellä kuvatun eroosiohäviön (Ew) ja sileyden Ra mikrometreinä (mikro-tuumina) selvittämiseksi. Lentokoneisiin tarkoitettujen päällysteiden tapauksessa toivottavat tasot ovat seuraa-15 via: 15N-kovuus vähintään 80, mikrokovuus vähintään 750, eroosiohäviö pienempi kuin 125 μg/g ja sileys Ra pienempi kuin noin 2,0 μπι (80 mikrotuumaa) . Taulukossa 2 on esitelty yhteenveto tuloksista, jotka saatiin keksinnön mukaista jauhetta käyttäen valmistetuilla näytteillä.

20

Taulukko 2

Ra i-i «sr» Keski- 15* DPH EW (mikro- <„m) “Ä 10,77 9ÖT§ 816,8 109,3 7671 Γ777 25 B 9,55 91,2 876,7 110,4 74,9 1,90 ".I. C 9,70 90,8 831,5 109,9 73,8 1,87 D 11,97 91,2 839,7 108,1 80,2 2,04 ::i e 7,si 107,3 59,9 1,52 : F 10,74 91,0 828,7 104,2 74,8 1,90 30 Korkea 10,77 91,2 876,8 110,4 76,1 1,93

Matala 9,55 90,8 828,7 104,2 73,8 1,87 vtlitelU~ M2 °>4 48;1 6,2 2,3 0,06 - Keskim. 10,19 91,0 853,4 108,4 74,9 1,90 • · « * • · · • · 106472 14

Kuten tulokset osoittavat, keksinnön mukaista jauhoa käyttäen valmistetuilla näytteillä oli sekä erinomainen sileys että eroosionkestävyys. Vertailun vuoksi mainittakoon, että tunnettu suhteessa 80:20 muodostettu jau-5 he, jota käsiteltiin edellä, ja sen muunnelmat, jotka testattiin, olivat useimmilta ominaisuuksiltaan vastaavia, mutta sileysarvot vaihtelivat 1,90 pmrstä 2,30 μπι:ϋη (75 - 90 mikrotuumaa) ja kulumisarvot (Ew) noin 125 μg:sta/g 148 μg:aan/g. Näytteiden eroosionkestävyyden 10 suuri paraneminen on aivan yllättävä, kun otetaan huomioon päällysteiden kokonaiskoostumuksen suhteellisen pieni ero. Esimerkki 2

Valmistettiin toinen keksinnön mukainen jauhe käyttämällä suurin piirtein samaa menettelytapaa kuin esi-15 merkissä 1, paitsi että lähtöjauhe koostui 90 paino-%:sta kromikarbidia ja 10 paino-%:sta Ni-Cr-lejeerinkiä, jokaa sisälsi 20 paino-% Cr:a, 4 paino-% Nb:a, 7 paino-% Fe:a, pieniä määriä C:ä ja Mn:a ja 62,5 paino-% Ni:ä. HVOF-suih-kutuksella levitettäessä ja tehtäessä eroosiotesti tulos 20 oli 117 μς/g, ja sileys oli tyydyttävä korkealämpötila-ahtimen siivissä käyttöä ajatellen. Tässä esimerkissä, samoin kuin esimerkissä 1, karbidi oli osaksi Ni-Cr-lejee-:**: rinkiin liuenneena ennen suihkutusta ja karbidin määrä oli «· sellainen, että se liukeni suihkutettaessa suurin piirtein i 1 1 ,···. 25 täydellisesti Ni-Cr-lej eerinkiin ja säilyi päällysteessä ··· liuenneena.

***I On huomattava, että edellä on kuvattu tämän kek-

Ml ' sinnön edullisia esimerkkisuoritusmuotoja ja että keksintö ♦ · · ei rajoitu esitettyihin erikoismuotoihin. Koostumukseen 30 sekä sen valmistusmenetelmään ja käyttöön voidaan tehdä ··· ·...1 muutoksia joutumatta tämän keksinnön piirin ulkopuolelle,

• M

*,,,· joka piiri on ilmaistu oheisissa patenttivaatimuksissa.

« » · • · • 1 1 · · · · • ·

Claims (10)

106472 15

1. Termisessä suihkupäällystysmenetelmässä käytettäväksi soveltuva jauhe, joka sisältää hiukkasia, jotka 5 koostuvat pääasiallisesti metallikarbidiytimestä, joka on päällystetty ainakin osaksi kerroksella, joka koostuu pääasiallisesti nikkeli-kromilejeeringistä, joka sisältää me-tallikarbidia liuenneena itseensä, tunnettu siitä, että hiukkaset on muodostettu kuumentamalla hienojen 10 metallikarbidilähtöhiukkasten seosta nikkeli-kromilejee-ringin läsnä ollessa olosuhteissa, jotka ovat tehokkaita noin 60- 90 paino-%:n osuuden lähtömetallikarbidista liuottamisessa mainittuun lejeerinkiin ja että karbidimäärän ja nikkeli-kromilejeerinkimäärän suhde valitaan sel-15 laiseksi, että jäähdytettäessä mainitusta jauheesta valmistettu kuumasuihkutettu päällyste suurin piirtein kaikki metallikarbidi säilyy nikkeli-kromilejeerinkiin liuenneena .

2. Termisessä suihkupäällystysmenetelmässä käytet-20 täväksi soveltuva jauhe, joka sisältää hiukkasia, jotka koostuvat pääasiallisesti nikkeli-kromilejeeringistä, joka sisältää metallikarbidia liuenneena itseensä, t u n - • n e t t u siitä, että hiukkaset on muodostettu kuumenta- I I I I ' • I , maila hienojen metallikarbidilähtöhiukkasten seosta nikke- < 1 t I ;;; 25 li-kromilejeeringin läsnä ollessa olosuhteissa, jotka ovat '···' tehokkaita yli 90 paino-%:sta 100 paino-%:iin vaihtelevan • · · ..·ί osuuden lähtömetallikarbidista liuottamisessa mainittuun lejeerinkiin ja että karbidimäärän ja nikkeli-kromile jee- • · · V : rinkimäärän suhde valitaan sellaiseksi, että jäähdytet- 30 täessä mainitusta jauheesta valmistettu kuumasuihkutettu päällyste suurin piirtein kaikki metallikarbidi säilyy ··· .··1. nikkeli-kromilejeerinkiin liuenneena. ··1

• 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jauhe, tunnettu siitä, että metallikarbidi koostuu pää- ’1 1 35 asiallisesti kromikarbidista. • · • » · · · · • · 16 106472

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jauhe, tunnettu siitä, että lähtömetallikarbidin hienot hiukkaset ovat kooltaan 1-10 μιη.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 5 jauhe, tunnettu siitä, että valmiin jauheen hiukkaset ovat kooltaan noin 2 - 44 μπ\ keskimääräisen hiukkas-koon ollessa noin 9-13 μπι.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jauhe, tunnettu siitä, että keskimääräinen hiukkaskoko on 9 - 10 11 μιη.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jauhe, tunnettu siitä, että mainittu jauhe on muodostettu sekoittamalla hiukkasmainen kromikarbidi hiuk-kasmaisen nikkeli-kromilejeeringin kanssa seoksen muodos- 15 tamiseksi, sintraamalla seos kiinteän massan muodostamiseksi, jauhamalla kiinteä massa ja lajittelemalla jauhettu kiinteä massa mainitun jauheen aikaansaamiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhe, tunnettu siitä, että seos sintrataan lämpötilassa, joka 20 saa kromikarbidin diffundoitumaan kiinteässä olomuodossa tehokkaasti nikkeli-kromilejeeringin sisään kiinteän massa muodostuksen aikana, josta massasta tulee siten eutektinen seos, jolla on korkeampi sulamispiste kuin nikkeli-kromi- « lähtölejeeringillä.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen jauhe, ··· tunnettu siitä, että seosta sintrataan lämpötilas- • •M 1 • · sa 1 250 - 1 450 °C noin 30 - 90 minuuttia.

• · · · ·'·*: 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jauhe, tunnettu siitä, että lähtökromikarbidin ja .···, 30 nikkeli-kromilähtölej eeringin määrät vaihtelevat * · IV·' 92 paino-%:sta 85 paino-%:iin Cr3C2:a ja 8 paino-%:sta *1’ 15 paino-%:iin nikkeli-kromilej eerinkiä. • · % * • · • · 4 4 · 17 106472