FR2467243A1 - CARBON-TYPE MCRALY-TYPE COATINGS, COATED ARTICLES AND METHODS THEREFOR - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne des revêtements du type MCrAlY comportant du carbone, des articles revêtus par ces revêtements et un procédé d'application de ces revêtements. Le revêtement protecteur est un alliage du type MCrAlY comprenant du carbone en quantité de 0,6-11 % et se caractérise dans un mode de réalisation préféré en ce que la matrice comportant du carbone contient des carbures de métal de transition ayant des dimensions de l'ordre de 1 à 2 microns et des carbures de chrome ayant des dimensions inférieures à 12 microns. Le revêtement est obtenu par pulvérisation à l'arc plasma d'un mélange de poudre de MCrAlY et de Cr3C2 pour former un revêtement comprenant à la fois des carbures fins et des carbures plus gros du type Cr3C2 dans une matrice de MCrAlY. Un traitement thermique à 1 080 degrés C lie le substrat et le revêtement et forme davantage de carbures fins. (CF DESSIN DANS BOPI)The present invention relates to coatings of the MCrAlY type comprising carbon, articles coated with these coatings and a method of applying these coatings. The protective coating is an MCrAlY type alloy comprising carbon in an amount of 0.6-11% and is characterized in a preferred embodiment in that the matrix comprising carbon contains transition metal carbides having dimensions of 1. of the order of 1 to 2 microns and chromium carbides having dimensions less than 12 microns. The coating is obtained by plasma arc spraying a powder mixture of MCrAlY and Cr3C2 to form a coating comprising both fine carbides and larger carbides of the Cr3C2 type in an MCrAlY matrix. Heat treatment at 1080 degrees C bonds the substrate and the coating and forms more fine carbides. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
- 1 - La présente invention concerne des revêtements protecteurs et desThe present invention relates to protective coatings and
articles revêtus et, plus précisément, des revêtements ayant une résistance élevée aux hautes températures contre l'oxydation, la corrosion et l'usure, pouvant être appliqués à des articles en superalliage et un procédé pour appliquer ces revêtements sur un substrat coated articles and, more specifically, coatings having high resistance to high temperatures against oxidation, corrosion and wear, which can be applied to superalloy articles and a process for applying such coatings to a substrate
de superalliage.superalloy.
Dans les moteurs à turbine à gaz moderne, certains éléments du moteur tes que les aubes et ailettes en superalliage de la turbine doivent être pourvus d'une résistance élevée à l'oxydation et à l'usure à haute température. Ces propriétés sont spécialement importantes en ce qui concerne la région de l'entaille Z sur la bague d'étanchéité disposée autour du sommet des ailettes qui frotte contre les entailles Z des ailettes de turbine adjacente et qui est soumise à une oxydation et usure sévère. Dans le passé l'entaille Z a été protégeepar divers matériaux y compris des revêtements de durcissement soudés dont un exemple typique est un revêtement à base de cobalt ayant la composition nominale en poids 28% Cr, 5% Ni, 19,5% W, 1% V, le complément étant du cobalt. Bien qu'il sdentcapablEfs de fournir une protection à la zone de l'entaille Z de la bague d'étanchéité disposée autour du sommet des ailettes pendant le fonctionnement du moteur, de tels revêtements de durcissement sont coûteux In modern gas turbine engines, certain engine components such as super turbine turbine blades and vanes must be provided with high resistance to oxidation and high temperature wear. These properties are especially important with respect to the region of the notch Z on the sealing ring disposed around the top of the fins which rubs against the notches Z of the adjacent turbine blades and which is subjected to oxidation and severe wear. In the past the Z-notch has been protected by various materials including welded hardening coatings, a typical example of which is a cobalt-based coating having the nominal composition by weight 28% Cr, 5% Ni, 19.5% W, 1% V, the balance being cobalt. Although it is possible to provide protection to the area of the Z-notch of the sealing ring disposed around the top of the fins during engine operation, such curing coatings are expensive.
et dans certains! leur durée de vie a été moins que satisfai- and in some! their service life was less than satisfactory
sante. D'autres techniques plus économiques pour appliquer ces revêtements de durcissement tEksque3pulvérisation à 1' arc plasma ne sont pas satisfaisantes à cause d'une adhérenceinsuffiisante du revêtement pendant la mise en service. Un autre type de matière qui a été utilisé- comme revêtement protecteur à température élevée,résistant à la chaleur à l'usure et à la corrosion est celui o des particules dures sont encastres dans une matrice plus douce dont le carbure de tungstène dans une matrice de health. Other more economical techniques for applying these plasma arc plasma cure coatings are unsatisfactory because of insufficient adhesion of the coating during commissioning. Another type of material that has been used as a high temperature protective coating, resistant to heat to wear and corrosion is where hard particles are embedded in a softer matrix including tungsten carbide in a matrix. of
cobalt est un exemple familier pour les températures infé- cobalt is a familiar example for lower temperatures than
rieures jusqu'à 5400C. D'après le brevet US No. 3 023 130 les particules de carbure réfractaires sont incorporées -2- dans des alliages pour soudage à base de fer résistantsà la chaleur. On a souvent préféré des particules de carbure up to 5400C. According to US Pat. No. 3,023,130 the refractory carbide particles are incorporated into heat-resistant iron-based alloys. Carbide particles have often been preferred
de chrome, habituellement en quantit(rjusqu'à 90% en poids. chromium, usually in amounts of up to 90% by weight.
Par exemple, dans le brevet US, 3 150 938, des particules ayant une dimension de 40 microns et moins ont été incorporées dans un alliage de nickel-chrome (80%-20%). dans le brevet US numéro 3 556 747 des particules ont été incorporées dans une matrice de molybdène avec des quantités minimes de nickel -chrome et; dans le brevet US No. 3 230 097 on les a incorporéesdans un alliage de brasage de chrome et de For example, in US Pat. No. 3,150,938, particles having a size of 40 microns and less have been incorporated into a nickel-chromium alloy (80% -20%). in US Pat. No. 3,556,747, particles have been incorporated into a molybdenum matrix with minimal amounts of nickel-chromium and; in US Pat. No. 3,230,097 they were incorporated into a chromium brazing alloy and
nickel à point de fusion inférieur. Ces revêtements mention- nickel with lower melting point. These coatings mention
nés précédemment sont appliqués par divers procédés y compris le soudage, mais la pulvérisation à l'arc plasma previously produced are applied by various methods including welding, but plasma arc spraying
ou à la flamme est le procédé le plus prometteur. or flame is the most promising process.
Il existe deux propriétés des alliages et des revê- There are two properties of alloys and coatings
tements qui sont à noter. Tout d'abord, les matrices n'ont pas une résistance à l'oxydation-corrosion suffisante pour des applications avec les entailles Z des moteurs à turbine à gaz. Deuxièmement, les particules de carbure de chrome en elles-mêmessont incorporées dans le revêtement tel qu'il est utilisé. C'est-à-dire, les particules de carbure de chrome exactesdans le mélange appliqué sont les particules qu'on a prévu qu'elles devaient être présentes dans l'alliage du revêtement. La fonction de l'alliage de la matrice est simplement un liant. Par conséquent, les revêtements à particules de carbure de chrome et matrice métallique connus jusqu'à présent sont susceptibles de se rompre à cause de l'usure,érosion et corrosion et oxydation de la matrice. Par conséquent le rendement des revêtements which are to be noted. First, the dies do not have sufficient oxidation-corrosion resistance for applications with Z-notches of gas turbine engines. Second, the chromium carbide particles themselves are incorporated into the coating as used. That is, the exact chromium carbide particles in the applied mixture are the particles that were expected to be present in the alloy of the coating. The function of the alloy of the matrix is simply a binder. As a result, chromium carbide particle and metal matrix coatings known to date are likely to break due to wear, erosion and corrosion and oxidation of the matrix. Therefore the performance of coatings
composites contenant des particules est limité par la matrice. composites containing particles is limited by the matrix.
Il existe donc une nécessité de réaliser un revêtement forte- There is therefore a need to achieve a strong coating
ment amélioré qui tend à être plus homogène et monolithique improved, which tends to be more homogeneous and monolithic
et avoir un meilleur rendement.and have a better return.
Il est bien connu que la famille des vêtements protecteurs généralement désignée MCrAlY, o M est choisi parmi le nickel, cobalt et fer et leur mélange, peut donner une résistance à l'oxydation corrosion dans un milieu de moteur à température élevée par comparaison à d'autres types de revêtements et de matières de matrice des revêtements -3- contenant du carbure mentionr&s çrécédemment. Voir par exemple les brevets US Nos. 3 676 085, 3 754 903, 3 928 026 et 3 542 530. Cependant, dans le passé ces alliages de revêtements du type MCrAlY ont été appliqués à la partie aérodynamique et à la racine de l'aube en superalliage It is well known that the family of protective clothing generally referred to as MCrAlY, where M is selected from among nickel, cobalt and iron and their mixture, can give resistance to corrosion oxidation in a high temperature engine environment as compared to other types of coatings and matrix materials of the carbide-containing coatings previously mentioned. See, for example, US Patent Nos. 3 676 085, 3 754 903, 3 928 026 and 3 542 530. However, in the past these alloys of MCrAlY type coatings have been applied to the aerodynamic part and to the root of the superalloy blade.
o il n'existe aucun frottement ou autre conditions similai- o there is no friction or other similar conditions
res favorisant l'usure d'une manière presqu 'aussi sévère que celle à laquelle l'entaille Z de la bague d'étanchéité favoring wear in a manner almost as severe as that at which the notch Z of the sealing ring
disposée autour du sommet des ailettes est soumise. arranged around the top of the fins is subject.
Jusqu'à présent,les revêtements MCrAlY ne comportaient volontairement pas de quantités substantielles de carbone étant donné qu'on ne considérait pas sa présence comme bénéfique.En fait, la migration du carbone de certains Until now, MCrAlY coatings voluntarily did not involve substantial amounts of carbon as its presence was not considered beneficial. In fact, the carbon migration of some
des superaliages a été observée comme provoquant la forma- superaliages has been observed as causing the formation of
tion de carbure de chrome indésirable à l'interface revête- undesirable chromium carbide at the interface
ment - métal de base et on a recherché la suppression de ce carbone comme par exemple dans le brevet US No. 3 955 935. Un cas relativement ésotérique se produit au contraire lorsque certains alliages spéciaux contiennent une teneur relativement élévée en carbone, par exemple les alliages eutectiques Ni-Ta-C. Ici, comme il est décrit dans It is a relatively esoteric case, on the contrary, when certain special alloys contain a relatively high carbon content, for example carbon monoxide. Ni-Ta-C eutectic alloys. Here, as it is described in
le brevet US No. 4 117 179, un revêtement de MCrAlY conte- U.S. Patent No. 4,117,179, a coating of MCrAlY containing
nant un peu de carbone (environs 0,1% en poids) est utilisé a little carbon (about 0.1% by weight) is used
pour éviter la migration visible du carbone de l'alliage. to avoid visible carbon migration of the alloy.
Mais la teneur en carbone dans le revêtement est réduite au minimum pour éviter la formation de carburé et il n'existe aucune suggestion ni tendance d'obtention d'une résistance But the carbon content in the coating is minimized to prevent the formation of carbide and there is no suggestion or tendency to obtain resistance
améliorée à l'usure.improved wear.
Il existe un autre brevet US ayant un rapport avec la présente invention. Dans le brevet US No. 4 124 137 on décrit un revêtement en alliage de CoCr contenant du carbure de tantale pour résister à l'usure à température élevée. Dans sa forme la plus large, ce revêtement consiste essentiellement en 17-35 Cr, 5-20 Ta, 0,5-3,5 C, complément Co.D'autres modes de réalisation contiennent des métaux de terres rares Al, Si et divers oxydes métalliques. Bien entendu ainsi qu'il est bien connu et indiqué dans le brevet US No. 4 124 137, Ta est un élément durcisseur de la There is another US patent relevant to the present invention. US Pat. No. 4,124,137 discloses a CoCr alloy coating containing tantalum carbide to withstand high temperature wear. In its broadest form, this coating consists essentially of 17-35 Cr, 5-20 Ta, 0.5-3.5 C, complement Co. Other embodiments contain rare earth metals Al, Si and various metal oxides. Of course, as is well known and indicated in US Pat. No. 4,124,137, Ta is a hardener of
solution solide dans les alliages de température élevée. solid solution in high temperature alloys.
Bien qu'il soit préféré à W et Mo pour la résistance à l'oxy- Although it is preferred to W and Mo for resistance to oxy-
dation - corrosion, en tant que métal réfractaire Ta au mieux n'améliore pas la résistance à l'oxydation-corrosion dans l'alliage du type CoCrAlY et plus vraisemblablement d'autres éléments dans As a refractory metal Ta, corrosion at best does not improve the oxidation-corrosion resistance in the CoCrAlY-type alloy and more likely other elements in the CoCrAlY alloy.
dégrade de celle-ci, s'il -remplace seulement/le système. degrades it, if it only replaces the system.
Bien entendu, ainsi qu'il est parfaitement décrit dans la littérature, les moteurs à turbine à gaz fonctionnent Of course, as is well described in the literature, gas turbine engines operate
aux conditions extrêmes de la durabilité de la matière. the extreme conditions of the durability of the material.
Une matière dont les propriétés ont été portées au maxiAium pour une application, par exemple oxydation à 1100 OC, peut A material whose properties have been brought maxiAium for an application, for example oxidation at 1100 OC, can
se comporter plutôt médiocrement au cours d'une autre situa- behave rather badly in another situation.
tion, par exemple la corrosion à chaud à 9000C et vice versa. En conséquence, il existe souvent des compromis nécessaires. L'addition de la nécessité d'une résistance à l'usure ajoute une variable supplémentaire dont on doit tenir compte. Donc, il existe plusieurs nécessités et de la place pour un perfectionnement des alliages de revêtements pour obtenir le rendement maximum dans un moteur à turbine for example hot corrosion at 9000C and vice versa. As a result, there are often necessary trade-offs. The addition of the need for wear resistance adds an additional variable that must be taken into account. So, there are several necessities and room for refinement of coatings alloys to achieve maximum efficiency in a turbine engine
à gaz.gas.
Il est un but de la présente invention de réaliser un alliage de revêtement résistant à l'usure,à l'oxydation et à la corrosion et un article en superalliage revêtu par ce revêtement utilisable aux températures jusqu'à 10000C It is an object of the present invention to provide a coating alloy resistant to wear, oxidation and corrosion and a superalloy article coated with this coating usable at temperatures up to 10000C.
ou davantage.or more.
Selon 1' invention le revêtement perfection- According to the invention the coating perfection-
né comprend du chrome, de l'aluminium, de l'yttrium et du carbone, le complément étant choisi dans le groupe consistant born comprises chromium, aluminum, yttrium and carbon, the complement being selected from the group consisting of
en nickel, cobalt, fer ou des mélanges de ceux-ci. L'inven- nickel, cobalt, iron or mixtures thereof. The inventors
tion résulte en un revêtement consistant essentiellement en une matrice de MCrAlY riche en carbone contenant de fins carbures ayant une dimension de l'ordre de 1 à 2 microns This results in a coating consisting essentially of a carbon-rich MCrAlY matrix containing fine carbides having a size of the order of 1 to 2 microns.
et des carbures de chrome plus gros de l'ordre de 12 microns. and larger chromium carbides of the order of 12 microns.
Un mode de réalisation comprend une composition de revêtement consistant en 18-80% de chrome, 1,2 -29% d'aluminium, jusqu'à 4,8% d'yttrium, 0,611% de carbone, le complément étant choisi dans le groupe consistant en nickellcobalt et fer et des mélanges de ceux-ci. Avantageusement, le revêtement consiste en 23-68% de chrome, 4-22% d'aluminium, jusqu'à 4,4 % d'yttrium, 1,5-7,8% de carbone, le complément étant -5- choisi dans le groupe consistant en nickel, cobalt, et fer et des mélanges de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, la composition de revêtement consiste essentiellement en poids en 36% de chrome, 10% d'aluminium, 2,6% de carbone, 0,52 % d'yttrium et le complément est du cobalt. Le revêtement perfectionné consiste en composés complexes des éléments déposés par comparaison aux particules de carbure de chrome simplement piégées dans une matrice métallique comme il est connu dans la technique. On, admet que le revêtement comprend dans sa structure des composés complexes de MCrAlY avec une teneur substantielle en carbone ensemble avec des carbures de métaux de transition non-stéochiométriquesaussi bien que One embodiment comprises a coating composition consisting of 18-80% chromium, 1.2-29% aluminum, up to 4.8% yttrium, 0.611% carbon, the balance being selected from group consisting of nickellcobalt and iron and mixtures thereof. Advantageously, the coating consists of 23-68% of chromium, 4-22% of aluminum, up to 4.4% of yttrium, 1.5-7.8% of carbon, the complement being -5- chosen in the group consisting of nickel, cobalt, and iron and mixtures thereof. In a preferred embodiment, the coating composition consists essentially of 36% chromium, 10% aluminum, 2.6% carbon, 0.52% yttrium and the balance is cobalt. The improved coating consists of complex compounds of the deposited elements compared to the chromium carbide particles simply trapped in a metal matrix as is known in the art. It is admitted that the coating comprises in its structure complex compounds of MCrAlY with a substantial carbon content together with non-stoochiometric transition metal carbides as well as
du Cr3C2.Cr3C2.
Selon un autre but de l'invention, on applique un revêtement amélioré du type MCrAlY contenant des carbures de chrome par pulvérisation à l'arc plasma d'une poudre. Suivant un mode de réalisation, la poudre comprend un mélange de According to another object of the invention, an improved coating of the MCrAlY type containing chromium carbides is applied by plasma arc spraying of a powder. According to one embodiment, the powder comprises a mixture of
MCrAlY et de Cr3C2 et le revêtement déposé consiste essentiel- MCrAlY and Cr3C2 and the deposited coating consists essentially of
lement en poids en 18-80 Cr, 1,2-29A1, jusqu'à 4,8 Y, 0,6- by weight in 18-80 Cr, 1.2-29A1, up to 4.8 Y, 0.6-
llC, le complément étant choisi dans le groupe consistant en Ni, Co, et Fe ou des mélanges de ceux-ci. Avantageusement le revêtement consiste essentiellement à 23-68Cr, 4-22A1, 11C, the complement being selected from the group consisting of Ni, Co, and Fe or mixtures thereof. Advantageously, the coating essentially consists of 23-68Cr, 4-22A1,
jusqu'à4,4 Y, 1,5-7,8C, le complément étant revendiqué ci- up to4.4 Y, 1.5-7.8C, the remainder being claimed above
dessous. Une composition particulièrement préférée consiste en 36% Cr, l0%Al, 2,6 %C, 0,5%Y, le complément étant Co. Les revêtements perfectionnés en outre se caractérisent par la matrice de MCrAlY contenant de fins carbures de l'ordre de 1 à 2 microns et des carbures de chrome plus gros de l'ordre de 12 microns, les fins carbures étant formés pendant le procédé de pulvérisation lorsque le mélange de poudre est utilisé. Encore mieux, le substrat sur lequel on a procédé à la pulvérisation à l'arc plasma es soumis à un traitement thermique à 10800C pour obtenir la soudure par diffusion du revêtement et former encore davantage de fins carbures de métaux de transition dans la matrice qui est saturée de carbone. Le procédé d'application du revêtement trouve une application spéciale comme revêtement protecteur des bagues d'étanchéité disposées autour des sommets des aubes des turbinesréalisées en superalliage à base de nickel ou below. A particularly preferred composition is 36% Cr, 10% Al, 2.6% C, 0.5% Y, the balance being C. The further improved coatings are characterized by the MCrAlY matrix containing fine carbides of the order of 1 to 2 microns and larger chromium carbides of the order of 12 microns, the carbides being formed during the spraying process when the powder mixture is used. Even better, the substrate on which plasma arc spraying is subjected to a heat treatment at 10800C to obtain the diffusion bonding of the coating and to further form fine transition metal carbides in the matrix which is saturated with carbon. The coating application method finds special application as a protective coating for sealing rings arranged around turbine blade tips made from nickel-based superalloys or
cobalt et de fer pour obtenir une durée de vie significati- cobalt and iron to achieve a significant shelf life
vement accrue dans les milieux du moteur à turbine à gaz. increased in gas turbine engine environments.
La morphologie spéciale du revêtement, la combinai- The special morphology of the coating, the combination
son de carbures fins et de carbures plus gros, donne une matrice particulièrement durable et dure comprenant des complexes de carbures de chrome plus gros résistant à its fine carbides and larger carbides, gives a particularly durable and hard matrix including larger chromium carbide complexes resistant to
l'usure et bien soudés.wear and well welded.
Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux figures suivantes o: Les figures 1 et 2 sont des sections transversales au travers d'un revêtement selon l'invention ayant subi So that the invention can be better understood, reference is made to the following figures: FIGS. 1 and 2 are transverse sections through a coating according to the invention which has undergone
un traitement thermique,de microphotographie avec grossis- heat treatment, microphotography with magnification
sement 250x et 500x, respectivement après décapage 250x and 500x, respectively after stripping
électrolytique avec une solution d'acide chromique à 5%. electrolytic with a 5% chromic acid solution.
La figure 3 est une microphotographie au microscope électronique de balayage d'une section transversale au travers d'un revêtement de la présente invention avec Figure 3 is a scanning electron micrograph of a cross-section through a coating of the present invention with
grossissement 1000 x.magnification 1000 x.
La figure 4 est similaire à la figure 3 mais Figure 4 is similar to Figure 3 but
représente le revêtement après traitement thermique. represents the coating after heat treatment.
Les superalliages sont généralement ces alliages caractérisés par des alliages de nickel, de cobalt ou de fer qui possèdent des résistances mécaniques élevées aux températures élevées. Il existe un certain nombre de superalliages qui sont utilisés dans les moteurs à turbine à gaz. Parmi ceux-ci, les propriétés physiques les plus grandes sont généralement exigées de ces alliages utilisés pour les ailettes et les aubes de cesmoteuis étant donné que les ailettes et les aubes subissent les contraintes les plus élevées aux températures les plus élevées. En ce qui concerne les aubes, le service le plus sévère en ce qui concerne l'oxydation et l'usure est subi par la zone de l'entaille Z des bagues d'étanchéité disposées autour des sommets des ailettes, lesquelles zones frottent Superalloys are generally those alloys characterized by alloys of nickel, cobalt or iron which have high mechanical strengths at high temperatures. There are a number of superalloys that are used in gas turbine engines. Among these, the greatest physical properties are generally required of these alloys used for the vanes and vanes of these engines since the vanes and blades experience the highest stresses at the highest temperatures. With regard to the blades, the most severe service with regard to oxidation and wear is experienced by the zone of the notch Z of the sealing rings arranged around the tops of the fins, which zones rub
l'une contre l'autre pendant le fonctionnement du moteur. against each other during engine operation.
Les figures 1,2, 3 et 4 montrent un revêtement ayant une épaisseur de 0, 023 mm selon l'invention o la -7- composition consiste en poids en 36 % Cr, 10% Ai, 2,6% C et 0,52% Y et le complément est du cobalt1qui a été appliqué à un substrat en superalliage d'Inconel 718. (désignation commerciale). Comme on peut le voir dans les figures, il existe une structure multiphase qui,à la microanalyse, semble comprendre des particules de carbures complexes dispersées plus ou moins au hasard au travers de la matrice qui comporte du carbone. Les carbures complexes plus grands ot des dimensions très fines avec un diamètre moyen d'environ 10 microns et sont généralement inférieures à FIGS. 1, 2, 3 and 4 show a coating having a thickness of 0.023 mm according to the invention; the composition consists of weight of 36% Cr, 10% Al, 2.6% C and 0, 52% Y and the balance is cobalt1 which has been applied to an Inconel 718 superalloy substrate (commercial designation). As can be seen in the figures, there is a multiphase structure which, at the microanalysis, seems to comprise complex carbide particles dispersed more or less randomly through the matrix which comprises carbon. The larger complex carbides and very fine dimensions with an average diameter of about 10 microns and are generally smaller than
-20 microns.-20 microns.
Pour garantir une densité de revêtement élevée et la structure complexe souhaitée, on applique le revêtement au substrat par le procédé de pulvérisation à l'arc plasma et l'appareilydécrit dans la demande de brevet US no. 974 666 déposé le 3 novembre 1978. Dans cette technique de pointe, les poudres nécessaires pour former le revêtement sont injectées dans un courant de gaz plasma refroidi et ensuite pulvérisées sur le substrat. Cette technique de pointe a été utilisée pour former le revêtement représenté dans les figures. Un mélange physique de deux poudres ayant une dimension de grains inférieure à 44 microns, l'une une poudre d'alliage du type MCrAlY comprenant en poids 63% cobalt, 23% chrome, 13% aluminium et 0,65% d'yttrium et l'autre une poudre de carbure de chrome (Cr3C2) comprenant 87% de chrome et 13 % de carbone,ont été injectées dans le courant de gaz plasma. Environ 50% du mélange était de la poudre de CoCrAlY. Après pulvérisation à l'arc plasma inerte par cette technique, l'article revêtu avec la structure représentée dans la figure 3 a subi un traitement thermique In order to ensure a high coating density and the desired complex structure, the coating is applied to the substrate by the plasma arc spraying method and the apparatus is described in US Pat. 974 666 filed Nov. 3, 1978. In this advanced technique, the powders needed to form the coating are injected into a stream of cooled plasma gas and then sprayed onto the substrate. This advanced technique was used to form the coating shown in the figures. A physical mixture of two powders having a grain size of less than 44 microns, one a MCrAlY type alloy powder comprising by weight 63% cobalt, 23% chromium, 13% aluminum and 0.65% yttrium and the other a chromium carbide powder (Cr3C2) comprising 87% chromium and 13% carbon, were injected into the plasma gas stream. About 50% of the mixture was CoCrAlY powder. After inert plasma arc spraying by this technique, the article coated with the structure shown in FIG.
à 10800C durant 4 heures pour former une soudure par diffu- at 10800C for 4 hours to form a diffusion weld
sion entre le revêtement et le substrat et on a obtenu une structure quelque peu différente représentée dans les figures 1,2 et 4. D'autres combinaisons de températureset de temps sont applicables pour obtenir le même résultat between the coating and the substrate and a somewhat different structure shown in Figures 1, 2 and 4 is obtained. Other combinations of temperatures and times are applicable to obtain the same result.
que décrit ci-dessus.as described above.
Le revêtement décrit ci-dessus et d'autres de nature similaire ont été examinés par diverses techniques métallurgiques, analyses chimiques, microscopies à la lumière, -8- diffraction des rayons X et microscope électronique de balayage pour identifier lesconstituantset leursmorphologies La composition chimique pour le revêtement tel que déposé représentée dans la figure 3 a été déterminée en utilisant l'analyse à la microsor b d'électronique au moyen d'un appareil Etec Auto Probe avec analyseur d'énergie des rayons X du type Kevex 5100 détectant un nombre d'endroits différents pour Co, Cr et Al et calculant Y et C. On a trouvé que la coirposition chimique en poids était nominalement 51% cobalt, 36% chrome, 10% aluminium, 2,6% yttrium. Ceci montre que la poudre a bien passé au travers du dispositif de pulvérisation à l'arc plasma en déposant une composition qui résulte du rapport 80% MCrAlY et 20% Cr3C2. Bien entendu de faibles variations de pourcentages sont normalement attenduesdans la composition des compositions depoudres du revêtement MCrAlY ainsi que des variantes dans l'analyse The above-described coating and others of a similar nature have been examined by various metallurgical techniques, chemical analyzes, light microscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscope to identify the constituents and their morphologies. The coating as depicted in FIG. 3 was determined using electron microsor analysis using an Etec Auto Probe apparatus with Kevex 5100-type X-ray energy analyzer detecting a number of different locations for Co, Cr and Al and calculating Y and C. It was found that the chemical weight distribution was nominally 51% cobalt, 36% chromium, 10% aluminum, 2.6% yttrium. This shows that the powder passed well through the plasma arc spraying device by depositing a composition which results in the ratio of 80% MCrAlY and 20% Cr3C2. Of course, small variations in percentages are normally expected in the composition of the MCrAlY coating powder compositions as well as variations in the analysis.
de la composition au moyen de la microsor &d'électronique. of the composition by means of the microsor & electronics.
Par conséquent, il doit être compris que les conclusions ici sont soumises à ces limites de précision. Il est bien connu des ces spécialistes en la matière du domaine des revêtements que la totalité de la poudre passant au travers du dispositif de pulvérisation à l'arc plasma ne se dépose pas sur le substrat et que différentes poudres ont des vitesses de dépôt différentes ou des rendements de dépôt Therefore, it must be understood that the conclusions here are subject to these precision limits. It is well known to those skilled in the art of coatings that not all of the powder passing through the plasma arc sputter will deposit on the substrate and that different powders will have different deposition rates. deposit yields
différents pour lesmêmes conditions de pulvérisation. different for the same spraying conditions.
Par conséquent on doit prendre soin de faire la distinction Therefore care must be taken to distinguish
entre la matière qui est pulvérisée et celle qui est déposée. between the material that is sprayed and that which is deposited.
Une telle distinction n'est pas toujours présents dans la Such a distinction is not always present in the
technique.technical.
De nombreux composés étaient présents que l'on n'a pas pu caractérisé en se référant aux modèles standarëb de la Many compounds were present that could not be characterized by reference to standard models of the
diffraction aux rayons X ou examer préliminairEs des revête- X-ray diffraction or preliminary examination of the coatings
ments MCrAlY. Par conséquent, on a estimé que le revêtement comprend des très fins carbures de métal complexes (1 à 2 microns), des carbures nonstoéchiométriqueDtet des composés etant des métastables. Des phases identifiables comme/carbures de Cr3C2 étaient présentes dans le revêtement tel que déposé comme il est montré dans la figure 3 mais en dimensions(rarermnt dépassant 12 microns) considérablement plus petites que la -9- dimension moyenne de 15 microns des particules de carbures qui avient été incorpordsdans le mélange passant au travers des dispositifs de pulvérisation. En outre, l'analyse à la microsonde a montré que seulement 5 à 10 % du revêtement tel que déposé en poids étaient constitués par du composé cristallographique Cr3C2. Le restant du chrome et du carbone doit par conséquent avoir été allié avec ou précipité dans les fins composés de la matrice de CoCrAlY. Ceci est un résultat inattendu si on tient compte de ce qui connu dans la technique qui ne semble pas décrire des systèmes de MCrAlY. Therefore, it has been estimated that the coating comprises very fine complex metal carbides (1 to 2 microns), nonstoechiometric carbides, and compounds being metastable. Identifiable phases such as Cr3C2 carbides were present in the coating as deposited as shown in Fig. 3 but in dimensions (rarer than 12 microns) considerably smaller than the average particle size of 15 microns of the carbide particles. which has been incorporated into the mixture passing through the spraying devices. In addition, the microprobe analysis showed that only 5 to 10% of the coating as deposited by weight consisted of crystallographic compound Cr3C2. The remaining chromium and carbon must therefore have been alloyed with or precipitated in the compound ends of the CoCrAlY matrix. This is an unexpected result taking into account what is known in the art that does not seem to describe
revêtements o de tèeis interactions se produisent. coatings or interactions occur.
Il est vraisemblable que les régions identifiées comme étant Cr3C2 peuvent être partiellement diluées par des métaux de la matrice, au moins à leur périphérie et par conséquent par référence à une particule, le terme carbure de chrome tel qu'il est utilisé ici doit également It is likely that the regions identified as Cr3C2 may be partially diluted by matrix metals, at least at their periphery and hence by reference to a particle, the term chromium carbide as used herein should also be
comprendre des composés plus complexes et dilués de Cr3C2. include more complex and diluted Cr3C2 compounds.
L'examen du revêtement après le traitement. thermique ainsi a montré que la composition n'a pas changé mais/qu'on peut Examination of the coating after treatment. thermal and showed that the composition has not changed but / can be
le voir dans la figure 4, la morphologie était significati- see Figure 4, the morphology was significant
vement différente. Les particules qui peuvent être des carbures fins CoCr de l'ordre de 1 micron de diamètre peuvent être vues dans la matrice; du fait de leur finesse, differently. The particles which may be fine carbides CoCr of the order of 1 micron in diameter can be seen in the matrix; because of their finesse,
la composition ou structure exacte n'était pas déterminable. the exact composition or structure was not determinable.
Cependant, elles ont été caractérisées comme étant des carbures de métaux de transition pour autant que seulement des métaux de transition sont présents et capables de former However, they have been characterized as transition metal carbides as long as only transition metals are present and capable of forming
des carbures substantiels dans les revêtements (à l'excep- carbides in coatings (with the exception of
tion de combinaisons improbables et non substantielles de Al et Y). Les carbures fins dans le revêtement non traité seront caractérisés de façon similaire. On a constaté que les zones précédemment observées comme étant Cr 3C2 ont substantiellement changées d'aspect et sont moins clairement défiribs étant donné qu'elles ont étérendues sensiblement plus petites 10 microns ou moins. On présume que ces improbable and non-substantial combinations of Al and Y). Fine carbides in the untreated coating will be similarly characterized. It has been found that previously observed areas as Cr 3C 2 have substantially changed appearance and are less clearly defiribable since they have been substantially smaller than 10 microns or less. It is assumed that these
résultats sont dus à la diffusion et à la formation d'allia- results are due to the spread and formation of alliances
ges.La fluorescence aux rayons X du revêtement tel que déposé et après traitement thermique indique que le carbone est dispersé au travers du revêtement plutôt que d'être The X-ray fluorescence of the coating as deposited and after heat treatment indicates that the carbon is dispersed through the coating rather than being
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entièrement concentré dans les particules de carbure de chrome. La quantité de carbone et de chrome ajoutée aux alliages du type MCrAlY de base pour produire les nouveaux alliages résistant à l'usure peut varier pour être adaptée au milieu particulier à rencontrE.Dans un but de simplicité, il est indiqué que le chrome et le carbone sont ajoutés à l'alliage de base MCrAlY en termes de Cr3C2 dont les additions sont représentatives, même si comme il est fully concentrated in the chromium carbide particles. The amount of carbon and chromium added to the base MCrAlY alloys to produce the new wear-resistant alloys may vary to suit the particular environment to be encountered. For the sake of simplicity, it is indicated that chromium and carbon are added to the MCrAlY base alloy in terms of Cr3C2 whose additions are representative, even though it is
expliqué ci-dessus, les éléments ne sont pas tous chimique- explained above, the elements are not all chemical-
ment combinés sous forme de Cr3C2 dans le revêtement. combined as Cr3C2 in the coating.
On a trouvé que les revêtements utilisables étaient ceux comprenant 5 à 85 % en poids de Cr3C2. Ce domaine, lorsqu'il est combiné avec la composition de MCrAlY utiliséedans le mode de réalisation préféré, donne un revêtement avec le poids total de chrome variant entre 26 et 78%, et de carbone It has been found that the usable coatings are those comprising 5 to 85% by weight of Cr3C2. This area, when combined with the MCrAlY composition used in the preferred embodiment, gives a coating with the total chromium weight of between 26 and 78%, and carbon
entre 0,65 et 11%. Pour des faibles températures, par exem- between 0.65 and 11%. For low temperatures, for example
ple inférieures à 7500C, o des applications nlus sévères les teneurs en chrome et carbone se trouve dans la partie à forte teneur de lintervale étant donné que les phases de carbure donnent une résistance à l'usure. La limite supérieure est déterminée par la nécessité d'une matrice suffisante pour lier lescarbures ensemble et au substrat. Au-dela de la limite supérieure, le revêtement dégénérera du fait de la perte physique des carbures. Aux températures élevées, dans le domaine de 9500C, des At temperatures below 7500 ° C, where applications are more severe, the chromium and carbon content is found in the high-grade portion of the intervale since the carbide phases give resistance to wear. The upper limit is determined by the need for a sufficient matrix to bind the carbons together and to the substrate. Beyond the upper limit, the coating will degenerate due to the physical loss of carbides. At high temperatures, in the 9500C range,
conditions d'usure moindre ou exigeant une ductilité supé- conditions of lesser wear or requiring higher ductility
rieure, la partie inférieure du domaine de composition convient. La limite inférieure est déterminée par la nécessité d'obtenir une résistance améliorée à l'usure the lower part of the composition range is suitable. The lower limit is determined by the need to obtain improved wear resistance
par rapport aux alliages habituels du type MCrAlY. compared to the usual alloys of the MCrAlY type.
Suffisamment de carbone doit être présent pour obtenir la présence de carbure détectable qui communique la résistance à l'usure. L'yttrium est incorporé dans les revêtements Sufficient carbon must be present to obtain the presence of detectable carbide that communicates the wear resistance. Yttrium is incorporated in coatings
de MCrAlY pour augmenter les performances en ce qui concer- MCrAlY to increase performance with regard to
ne l'oxydation-corrosion aux températures d'utilisation les plus élevées notamment au-delà de 950 OC. La fonction de l'yttrium dans les alliages MCrAlY a été bien définie dans la technique et la teneur en yttrium des inventions sera do oxidation-corrosion at the highest use temperatures especially above 950 OC. The function of yttrium in MCrAlY alloys has been well defined in the art and the yttrium content of the inventions will be
- il -- he -
par conséquent déterminée par le même critère. Etant donné que l'yttrium augmente significativement les propriétés à températures élevêes,il est admis qu 'au moins un peu d'yttrium doit être présent. Pour des applications à des températures plus basses, il est possible d' omettre therefore determined by the same criterion. Since yttrium significantly increases the properties at elevated temperatures, it is recognized that at least some yttrium must be present. For applications at lower temperatures, it is possible to omit
l'yttrium sans avoir d'effets nuisibles sur les performan- yttrium without having a detrimental effect on performance
ces dans les revêtements du type MCrAlY comprenant du these in the MCrAlY type coatings comprising
carbone selon l'invention.carbon according to the invention.
La dureté du revêtement est mesurée par divers essais, par exemple au moyen d'un dispositif de mesure de la dureté par pénétration d'un diamant (DPH) en utilsant une charge de 300 g, donnant une largeur d'impression de 0,025 mm ou davantage donnant ainsi une dureté nominale pour la matrice. La dureté moyenne du revêtement selon l'invention peut être située entre 600 DPH jusqu'à plus de 1000 DPH en faisant varier la teneur en carbone-chrome. La dureté de la matrice obtenue par l'invention est spécialement souhaitable pour la résistance à l'usure. Les pénétrations même des régions de carbure de chrome plus dures sont donc ainsi évitées. La dureté apparente mesurée de la matrice est attribuable aux très fins carbures dispersés dans celle -ci et obtenus par l'invention. Les épaisseurs les plus convenables pour le revêtement de l'invention sont déterminées par l'application particulière envisagée et la dimension spécifiée est normalement celle d'un The hardness of the coating is measured by various tests, for example by means of a diamond penetration hardness measuring device (DPH) using a load of 300 g, giving a printing width of 0.025 mm or further giving a nominal hardness for the matrix. The average hardness of the coating according to the invention can be between 600 DPH up to more than 1000 DPH by varying the carbon-chromium content. The hardness of the matrix obtained by the invention is especially desirable for wear resistance. Even penetrations of the harder chromium carbide regions are thus avoided. The measured apparent hardness of the matrix is attributable to the very fine carbides dispersed therein and obtained by the invention. The most suitable thicknesses for the coating of the invention are determined by the particular application envisaged and the dimension specified is normally that of a
revêtement qui est dans son état fini après usinage. coating which is in its finished state after machining.
L'épaisseur préférée de revêtement peut se situer entre 0,013 à 0,09 cm et typiquement se trouve dans l'intervalle The preferred coating thickness can range from 0.013 to 0.09 cm and typically lies in the range
de 0,020 - 0,038 cm bien que bien entendu pour des appli- 0.020 - 0.038 cm, although of course for
cations spéciales autres que pour les entailles Z, des revêtements plus minces de 0,0025 cm ou moins peuvent cations other than for Z-notches, thinner coatings of 0.0025 cm or less may
être utilisés.to be used.
Pour obtenir une résistance à l'oxydation et à l'usure optimum ainsi qu'une adhérence optimum du revêtement sur le substrat, la densité du revêtement doit être In order to obtain optimum oxidation and wear resistance as well as optimum adhesion of the coating to the substrate, the density of the coating must be
élevée, par exemple au moins 95% de la densité théorique. high, for example at least 95% of the theoretical density.
Le revêtement montré a une densité de 98%. The coating shown has a density of 98%.
La forte dureté en combinaison avec la résistance à l'oxydation et à la corrosion de l'alliage du type The high hardness in combination with the resistance to oxidation and corrosion of the alloy of the type
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CoCrAlY donne un revêtement ayant une structure et une combi- CoCrAlY gives a coating with a structure and a combination
naison de propriétés uniques utilisables dans un grand domai- unique properties that can be used in a wide range of
ne d'applications dans desmilieux destructeurs. De telles propriétés comprennent une beaucoup meilleure combinaison no applications in destructive mines. Such properties include a much better combination
d'adhérence résistarce à l'oxydation, à la corrosion et à l'usu- adhesion resistant to oxidation, corrosion and
re aux températures élevées que les alliages de surfaçage durs et les revêtements composites ou de cermet tel que ceux comprenant des particules de carbure de chrome dispersés at high temperatures that hard surfacing alloys and composite or cermet coatings such as those including scattered chromium carbide particles
dans un liant de nickel-chrome ou d'autres alliages similai- in a nickel-chromium binder or other similar alloys
res. En outre, le revêtement de l'invention peut être déposé de façon économique sur les substrats par la technique de pointe de pulvérisation à l'arc plasma décrite ci-dessus res. In addition, the coating of the invention can be economically deposited onto the substrates by the plasma arc sputtering technique described above.
ainsi que par d'autres techniques.as well as by other techniques.
On peut espérerque-erevêtement perfectionné résistant à l'usure ayant une nouvelle morphologie résulte de l'addition et du chrome du carbone aux intervalles de revêtement du type MCrAlY décris dans la technique. Ces intervalles ont été décrits précédemment en rapport avec divers brevets US cités It is hoped that the improved wear-resistant garment having a new morphology results from the addition and chromium of the carbon at the MCrAlY type coating intervals described in the art. These ranges have been previously described in connection with various US patents cited
dans la partie introductive de la présente description et in the introductory part of this description and
les compositions de ces brevets sont incorporées ici par référence. (Il est également prévu/de tels perfectionnements ou raffinements de la composition du revêtement du type MCrAlY réalisés dans le future seront utilisables avec la présente invention.) Lorsque les compositions mentionnées ci -dessus, en particulier celles du brevet US No. 3 676 085 sont utilisées avec 5 à 85 % de carbure de chrome (Cr3C2), the compositions of these patents are incorporated herein by reference. (It is also anticipated that such improvements or refinements in the composition of the MCrAlY type coating made in the future will be usable with the present invention.) When the compositions mentioned above, in particular those of US Patent No. 3,676,085 are used with 5 to 85% chromium carbide (Cr3C2),
les intervalles de composition indiqués ci-dessus sont obte- the compositional intervals indicated above are obtained
nus. Alors que le chrome ettcarbone sont ajoutés de façon avantageuse sous forme de grains de Cr3C2, o le chrome et le carbone sont ajoutés en quantité de 87% de chrome et 13% de carbone, ils peuvent être ajoutés sous forme d'autres composés tels que des carbures complexes, souscarbures,-ou naked. Whereas chromium and carbon are advantageously added in the form of Cr 3 Cl 2 grains, where chromium and carbon are added in an amount of 87% of chromium and 13% of carbon, they may be added in the form of other compounds such as complex carbides, subcarbons, or
alliages riche en carbone étant donné qu'il n'est pas néces- carbon-rich alloys since it is not nec-
saire que les particules contenant du carbone conservent entièrement intacte leur identité de particules Cr3C2 that carbon-containing particles retain fully intact their Cr3C2 particle identity
dans le revêtement pour mettre en oeuvre l'invention. Egale- in the coating to implement the invention. Equal-
ment, les revêtements de l'invention peuvent être préparés en fabriquant un alliage-mère ayant la composition souhaitée et en le transformant en une poudre et en pulvérisant cette -13 - poudre à l'arc plasma. Des poudres ayant des dimensions de particules dans un domaine de 5 à 40 microns peuvent In addition, the coatings of the invention can be prepared by making a parent alloy having the desired composition and converting it into a powder and spraying it into the plasma arc. Powders having particle sizes in the range of 5 to 40 microns can
être utilisées en fonction de l'installation de pulvérisa- used depending on the spray installation
tion utilisée. Bien entendu d'autres moyens pour obtenir la used. Of course other ways to get the
composition du revêtement souhaité sur l'article de super- composition of the desired coating on the article of super-
alliage peuvent être mis en oeuvre par ces spécialistes alloy can be implemented by these specialists
dans la technique.in the art.
On peut remarquer ici que par comparaison à d'autres revêtements, le revêtement selon l'invention présente It may be noted here that compared to other coatings, the coating according to the present invention
des effets inhabituels. Tout d'abord, il existe une inter- action de la matrice MCrAlY avec les particules de carbure unusual effects. First, there is an interaction of the MCrAlY matrix with the carbide particles
de chrome pour former des structures complexes déposées. of chromium to form deposited complex structures.
Avec les alliages les moins complexes connus dans le passé With the least complex alloys known in the past
un tel effet n'a jamais été observé ni estimé souhaitable. such an effect has never been observed or considered desirable.
Deuxièmement, la composition de l'alliage du revêtement Second, the composition of the coating alloy
diffère sensiblement de celle du brevet US No. 4 124 137. differs substantially from that of US Patent No. 4,124,137.
On utilise dans la présente invention le métal de transition chrome aulieu du métal réfractaire tantale; le tantale est In the present invention, the chromium transition metal is used in addition to the tantalum refractory metal; tantalum is
un élément durcisseur alors que le chrome ne l'est pas. a hardener element while chromium is not.
Inversément, le chrome augmente la résistance à la corrosion alors que le tantale ne le fait pas. En outre, les carbures de chrome du revêtement selon l'invention sont présenb alors que dans le revêtement du brevet US No. 4 124 173 des carbures de tantale sont présents et ces carbures ont Conversely, chromium increases the resistance to corrosion whereas tantalum does not. In addition, the chromium carbides of the coating according to the invention are present while in the coating of US Pat. No. 4,124,173 tantalum carbides are present and these carbides have
des propriétés différentes.different properties.
Pour mieux illustrer la présente invention,les exem- To better illustrate the present invention, the examples
ples suivants ayant une but purement illustratifs sont offerts. Exemle 1: Un mélange de deux poudres de particules de dimensions infér:iuÉs à 44 microns, l'une en alliage de nickel-chrome comprenant 80% en poids de nickel et 20% en poids de chrome et l'autre un carbure de chrome (Cr3C2), o l'alliage de nickel-chrome constituait 12 % du mélange a été appliqué par le procédé de pulvérisation à l'arc plasma sur un substrat en superalliage de nickel. Le revêtement déposé consistait en 25% de nickelchrome et 75% de Cr3C2. L'examen par diffraction aux rayons X du revêtement a montré que les constituant nickel-chrome et Cr3C2 étaentprésentsdans le The following purely illustrative purposes are offered. EXAMPLE 1 A mixture of two powders of particles of less than 44 micron dimensions, one of nickel-chromium alloy comprising 80% by weight of nickel and 20% by weight of chromium and the other a chromium carbide (Cr3C2), where the nickel-chromium alloy constituted 12% of the mixture was applied by the plasma arc spraying method on a nickel superalloy substrate. The deposited coating consisted of 25% nickelchrome and 75% Cr3C2. X-ray diffraction examination of the coating showed that the nickel-chromium and Cr3C2 components were present in the
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revêtement déposé. Les particules de Cr3C2 étaient essen- deposited coating. Cr3C2 particles were essentially
tiellement présentes avec la dimension des particules du mélange de départ. Etant donné qu'il est bien connu de ces spécialistes en la matière que le nickel-chrome a des propriétés de résistance à l'oxydation et à la corrosion moins favorables dans un milieu de moteur à turbine à gaz que le revêtement MCrAlY et étant donné que les particules de carbure de chrome sont présentes tially present with the particle size of the starting mixture. Since it is well known to those skilled in the art that nickel-chromium has less favorable oxidation and corrosion resistance properties in a gas turbine engine medium than the MCrAlY coating and because that the particles of chromium carbide are present
en quantités habituelles dans un cermet, on pouvait s'atten- in usual quantities in a cermet, one could expect
dre que la matrice aitles propriétés limitées du nickel- that the matrix has the limited properties of nickel-
chrome est que les particules étaient susceptibles d'être chromium is that the particles were likely to be
tirés hors de la matrice. On a mesuré que le revê- pulled out of the matrix. It has been measured that the coating
tement avait une dureté de 400-700 DPH. L'examen du revête- had a hardness of 400-700 DPH. Examination of the
ment après traitement thermique à 10800C durant 4 heures ne montrait pas de changements substantielles de la morphologie du revêtement par rapport à celle telle que déposée. Néanmoins, après avoir soumis le revêtement à des essais, le revêtement soumis au traitement thermique After heat treatment at 10800C for 4 hours did not show any substantial changes in the morphology of the coating compared to that as deposited. Nevertheless, after having subjected the coating to tests, the coating subjected to heat treatment
était inférieur au revêtement n'ayant pas subi le traite- was less than the untreated coating
ment thermique, présentait une perte d'adhérence sur le temperature, had a loss of adhesion to the
substrat, s'écafllaitet présentait une dégradation géné- substrate, was spreading and showed a general
rale. Ceci sert à montrer l'avantage de l'invention par' comparaison à une matière connue dans la technique en ce qui concerne les résultats obtenus par le traitement technique. rale. This serves to show the advantage of the invention compared to a material known in the art with respect to the results obtained by the technical treatment.
Exemple 2:Example 2
Un mélange de poudre de particules de dimensions inférieures à 44 microns, l'une un alliage de MCrAlY comprenant 63% de cobalt, 23% de chrome, 13% d'aluminium et 0,65% d'yttrium en poids, et l'autre une poudre de carbure de chrome (Cr3C2)o l'alliage MCrAlY constituait %du mélange, était appliqué sur un substrat en alliage de nickel IN-718 en utilisant le procédé de pulvérisation à l'arc plasma. On a soumis le revêtement à un traitement thermique durant 4 heures à 10800C. On a trouvé que la composition du revêtement était nominalement 51% Co, 36% Cr, 10% Al, 2,6% C et 0,52% Y. On a mesuré la densité et on a trouvé 98% du maximum possible par dénombrement métallographique des pores et par calcul. L'examen du A powder mixture of particles smaller than 44 microns, one a MCrAlY alloy comprising 63% cobalt, 23% chromium, 13% aluminum and 0.65% yttrium by weight, and other a chromium carbide powder (Cr3C2) where the MCrAlY alloy was% of the mixture, was applied to a nickel alloy substrate IN-718 using the plasma arc spraying method. The coating was heat treated for 4 hours at 10800C. The composition of the coating was found to be nominally 51% Co, 36% Cr, 10% Al, 2.6% C and 0.52% Y. Density was measured and found to be 98% maximum by count. metallographic pores and by calculation. The examination of the
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revêtement au microscope électronique de balayage et à la sonde électronique a montré des carbures complexes scanning electron microscope coating and electron probe showed complex carbides
non identifiables avec des limites de grains diffus, indi- unidentifiable with diffuse grain boundaries, indi-
quant une interaction de la matrice MCrAlY avec les carbures, ce qui n'était pas prévu dans l'état connu dans as an interaction of the MCrAlY matrix with the carbides, which was not expected in the state known in
la technique des revêtements matrice métallique -carbures. the technique of metal matrix coatings -carbures.
Les carbures les plus petits ayant undiamètre de 1 à 2 microns étaient dispersés dans la matrice mais ne pouvaient être identifiés. La.présence de carbure dans la matrice métallique descermets est inattendue comme l'est la présence des carbures dans le revêtement de MCrAlY. La dureté était The smaller carbides having a diameter of 1 to 2 microns were dispersed in the matrix but could not be identified. The presence of carbide in the metal matrix is unexpected as is the presence of carbides in the MCrAlY coating. Hardness was
mesurée entre 600 -700 DPH.measured between 600-700 DPH.
Exemple 3:Example 3
Onze aubes d'un troisième étage d'un moteur à turbine à gaz de haute performance ont été revêtues à Eleven blades of a third stage of a high-performance gas turbine engine were coated at
l'endroit de l'entaille Z sur la bague d'étanchéité dispo- the location of the notch Z on the sealing ring
sée autour du sommet des aubes par un revêtement de 0,20 à 0,25 mm d'épaisseur décrits dans l'exemple 2. Les parties ont été installées dans un moteur o elles ont été exposées à des températures d'environ 9270C. Après plus de 500 heures de fonctionnement du moteur, les revêtements ne montraient aucune indication de dégradation The parts were installed in an engine where they were exposed to temperatures of about 92.degree. C. and were wound around the top of the blades by a coating of 0.20 to 0.25 mm in thickness. After more than 500 hours of engine operation, the coatings showed no evidence of degradation
ou de rupture.or break.
Exemple 4: Un revêtement ayant la composition 64% en chrome, 22,8% de cobalt, 5,2 % d'aluminium, 7,8% de carbone et 0,2% d'yttrium était appliqué aux aubes des turbines Example 4: A coating having the composition 64% chromium, 22.8% cobalt, 5.2% aluminum, 7.8% carbon and 0.2% yttrium was applied to the blades of the turbines
et soumis à des tests similaires à ceux de l'exemple 3. and subjected to tests similar to those of Example 3.
Une performance favorable a également été observée A favorable performance was also observed
Exemple 5:Example 5
Un revêtement ayant une composition de 56,8% de cobalt, 29,6% de chrome, 11,7% d'aluminium, 1, 4% de carbone et 0,6% d'yttrium était appliqué aux aubes des turbines et soumis à des essais similaires à ceux décrits dans l'exemple 3. Une performance favorable a également A coating having a composition of 56.8% cobalt, 29.6% chromium, 11.7% aluminum, 1.4% carbon and 0.6% yttrium was applied to the turbine blades and subjected to similar to those described in Example 3. A favorable performance also
été observée.been observed.
Bien entendu diverses modifications ont été apportées par l'homme de l'art aux revêtements qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples Of course, various modifications have been made by those skilled in the art to the coatings which have just been described solely as examples.
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non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. non-limiting without departing from the scope of the invention.
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Claims (14)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US06/085,132 US4275090A (en) | 1978-10-10 | 1979-10-15 | Process for carbon bearing MCrAlY coating |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0096810A2 (en) * | 1982-06-11 | 1983-12-28 | General Electric Company | Coated superalloy gas turbine components |
EP0167793A1 (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-15 | M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft | Method and coating material for producing ceramic metal bond coats |
FR2587368A1 (en) * | 1985-09-17 | 1987-03-20 | Electric Power Res Inst | PROCESS FOR FORMING A COATING OF WEAR RESISTANT CHROMIUM CARBIDE ON A METAL SURFACE AND COMPOSITION THEREFOR |
EP0482831A1 (en) * | 1990-10-18 | 1992-04-29 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Production of chromium carbidenickel base coatings |
EP0522583A1 (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-13 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Rotary seal member coated with a chromium carbide-age hardenable nickel base alloy |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3304320C1 (en) * | 1983-02-09 | 1988-07-07 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8900 Augsburg | Light alloy piston for internal combustion engines, especially those operated using heavy oil |
CH663219A5 (en) * | 1984-01-31 | 1987-11-30 | Castolin Sa | FLAME INJECTION MATERIAL. |
GB2214523B (en) * | 1985-09-17 | 1990-04-04 | Electric Power Res Inst | Chromium carbide compositions |
IL84067A (en) * | 1986-10-30 | 1992-03-29 | United Technologies Corp | Thermal barrier coating system |
JPH11343564A (en) * | 1998-05-28 | 1999-12-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | High temperature equipment |
US7601431B2 (en) | 2005-11-21 | 2009-10-13 | General Electric Company | Process for coating articles and articles made therefrom |
US20070116884A1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-24 | Pareek Vinod K | Process for coating articles and articles made therefrom |
US8262812B2 (en) | 2007-04-04 | 2012-09-11 | General Electric Company | Process for forming a chromium diffusion portion and articles made therefrom |
US20090022259A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | General Electric Company | Fuel rod with wear-inhibiting coating |
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1980
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0096810A2 (en) * | 1982-06-11 | 1983-12-28 | General Electric Company | Coated superalloy gas turbine components |
EP0096810A3 (en) * | 1982-06-11 | 1986-06-25 | General Electric Company | Coated superalloy gas turbine components |
EP0167793A1 (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-15 | M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft | Method and coating material for producing ceramic metal bond coats |
FR2587368A1 (en) * | 1985-09-17 | 1987-03-20 | Electric Power Res Inst | PROCESS FOR FORMING A COATING OF WEAR RESISTANT CHROMIUM CARBIDE ON A METAL SURFACE AND COMPOSITION THEREFOR |
EP0482831A1 (en) * | 1990-10-18 | 1992-04-29 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Production of chromium carbidenickel base coatings |
EP0522583A1 (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-13 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Rotary seal member coated with a chromium carbide-age hardenable nickel base alloy |
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