NL8320222A - METHOD FOR APPLYING THERMAL SEALING COATINGS TO METALS AND OBTAINED PRODUCT - Google Patents
METHOD FOR APPLYING THERMAL SEALING COATINGS TO METALS AND OBTAINED PRODUCT Download PDFInfo
- Publication number
- NL8320222A NL8320222A NL8320222A NL8320222A NL8320222A NL 8320222 A NL8320222 A NL 8320222A NL 8320222 A NL8320222 A NL 8320222A NL 8320222 A NL8320222 A NL 8320222A NL 8320222 A NL8320222 A NL 8320222A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- metal
- substrate
- coating
- zirconium
- alloy
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 65
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 49
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 43
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 32
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 23
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 14
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 9
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 4
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001029 Hf alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 13
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- -1 superalloys Chemical class 0.000 description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006069 physical mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003126 Zr–Ni Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010744 Boudouard reaction Methods 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 235000015096 spirit Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/10—Oxidising
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
N.0. 32795 ^ 3 2^2 2 2N.0. 32795 ^ 3 2 ^ 2 2 2
Werkwijze voor het aanbrengen van thermische afsluitingsbekledingen op metalen en verkregen produkt_Method for applying thermal barrier coatings to metals and obtained product
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het bekleden van metalen, in het bijzonder bepaalde legeringen, met een beschermende bekleding, die werkt als een thermisch of oxydatieve afsluiting.The present invention relates to the coating of metals, in particular certain alloys, with a protective coating that acts as a thermal or oxidative barrier.
Bepaalde legeringen bekend als "superlegeringen" worden gebruikt 5 als gasturbine-onderdelen, waar een bestandheid tegen oxydatie bij hoge temperatuur en hoge mechanische sterkten vereist zijn. Teneinde het bruikbare temperatuurtraject uit te breiden, dienen de legeringen te worden voorzien van een bekleding, die werkt als een thermische afsluiting om de onderliggende legering of het onderliggende substraat te 10 isoleren en te beschermen tegen hoge temperaturen en oxydatie-omstan-digheden, waaraan zij worden blootgesteld.Certain alloys known as "superalloys" are used as gas turbine parts where resistance to high temperature oxidation and high mechanical strengths are required. In order to extend the useful temperature range, the alloys should be provided with a coating which acts as a thermal barrier to isolate and protect the underlying alloy or substrate from high temperatures and oxidation conditions to which they are exposed. are exposed.
Zirkoniumoxide wordt voor dit doel toegepast, omdat het een thermische uitzettingsco'éfficiënt heeft, die die van superlegeringen benadert en omdat het functioneert als een doelmatige thermische afslui-15 ting.Zirconia is used for this purpose because it has a thermal expansion coefficient approaching that of superalloys and because it functions as an effective thermal barrier.
Zirkoniumoxide is tot dusverre op legeringssubstraten aangebracht door plasmaspuiten. Het zirkoniumoxide vormt een buitenste laag of thermische afsluiting en het zirkoniumoxide wordt ten dele gestabiliseerd met een tweede oxide, zoals calcium-, magnesium- of yttriumoxide.Zirconia has hitherto been applied to alloy substrates by plasma spraying. The zirconia forms an outer layer or thermal barrier, and the zirconia is partially stabilized with a second oxide, such as calcium, magnesium, or yttria.
20 De plasmaspuittechniek geeft vaak niet gelijkmatige bekledingen en is niet toepasbaar of is moeilijk toepasbaar op inspringende oppervlakken.The plasma spraying technique often produces non-uniform coatings and is not applicable or difficult to apply to recessed surfaces.
De door plasmaspuiten verkregen bekledingen hebben vaak microscheurtjes en putjes en de hechting tussen de bekleding en het substraat kan slecht zijn. Al deze effecten kunnen leiden tot een catastrofale mis-25 lukking.The coatings obtained by plasma syringes often have micro-cracks and pits, and the adhesion between the coating and the substrate may be poor. All of these effects can lead to catastrophic failure.
Thermische afsluitingsbekledingen kunnen ook worden aangebracht onder toepassing van kathodeverstuiving of verdamping door elektronenstraling. Deze methoden van aanbrengen zijn kostbaar en beperkt tot vizierlijntoepassing. Variaties in bekledingssamenstellingen komen vaak 30 voor tijdens verdamping met elektronenstralen vanwege verschillen in dampdrukken van de samenstellende elementen van de bekleding. Kathodeverstuiving geeft vezelhoudende en gesegmenteerde structuren, die gepenetreerd kunnen worden door de corrosieve soorten.Thermal barrier coatings can also be applied by sputtering or electron beam evaporation. These methods of application are expensive and limited to line of sight application. Variations in coating compositions often occur during electron beam evaporation due to differences in vapor pressures of the coating's constituent elements. Cathode sputtering provides fibrous and segmented structures that can be penetrated by the corrosive species.
In de samenhangende Amerikaanse octrooiaanvrage nr. 325.504, inge-35 diend 17 november 1981, getiteld "PROCESS FOR APPLYING THERMAL BARRIERR COATINGS TO METALS AND THE RESULTING PRODUCT" wordt een werkwijze beschreven voor het aanbrengen van thermische afsluitingsbekledingen op 8320222 2 substraatmetalen, zoals superlegeringen, waarbij het vrije metaal, waarvan het oxide de thermische afsluiting wordt, op het substraatme-taal wordt aangebracht als een fysisch mengsel of als een legering met een ander metaal, zoals nikkel of kobalt, en de bekleding van metaal 5 wordt aan selectieve oxydatie onderworpen door blootstelling bij een hoge temperatuur aan een atmosfeer met een zeer geringe partiële zuurst of druk. Onder deze omstandigheden vormt het metaal, waarvan het oxide de thermische afsluiting moet verschaffen, genaamd M]_, een stabiel oxide, maar het andere metaal, genaamd M2, vormt geen stabiel oxide.Co-pending U.S. Patent Application No. 325,504, filed November 17, 1981, entitled "PROCESS FOR APPLYING THERMAL BARRIERR COATINGS TO METALS AND THE RESULTING PRODUCT" describes a method of applying thermal barrier coatings to 8320222 2 substrate metals, such as superalloys, the free metal, the oxide of which becomes the thermal barrier, is applied to the substrate metal as a physical mixture or as an alloy with another metal, such as nickel or cobalt, and the metal 5 coating is subjected to selective oxidation by exposure at a high temperature to an atmosphere with a very low partial acid or pressure. Under these conditions, the metal, the oxide of which is to provide the thermal barrier, called M], forms a stable oxide, but the other metal, called M2, does not form a stable oxide.
10 Als gevolg wordt een laag of bekleding van oxide van en het vrije metaal M2 gevormd. Het oxide van zorgt voor de thermische afsluiting en het vrije metaal M2 dient om het oxide aan het substraat-metaal te verbinden.As a result, a layer or coating of oxide of and the free metal M2 is formed. The oxide of provides the thermal barrier and the free metal M2 serves to bond the oxide to the substrate metal.
Deze werkwijze, die vaak dompelbekleding wordt genoemd, omdat zij 15 doelmatig wordt uitgevoerd door de te bekleden voortbrengsels in een gesmolten legering van M]^ en M2 te dompelen, is gemakkelijker uit te voeren dan bekledingen met een metaaloxide volgens de plasmamethode en de verkregen bekleding is meer hechtend en is een betere thermische afsluiting.This process, which is often referred to as dip coating, because it is efficiently performed by dipping the articles to be coated in a molten alloy of M1 and M2, is easier to perform than metal oxide coatings by the plasma method and the obtained coating is more adhesive and is a better thermal seal.
20 Volgens de onderhavige uitvinding wordt een legering of een fy sisch mengsel van (1) het metaal M2 en (2) zirkonium, hafnium of een mengsel of legering van deze twee metalen verschaft. In het geval dat het tweede metaal zirkonium is, kunnen toevoegingen van metalen zoals yttrium, calcium of magnesium worden gedaan in hoeveelheden, die vol-25 doende zijn om zirkoniumoxide in de regulaire vorm te stabiliseren. Het metaal M2 wordt gekozen volgens de hierna beschreven kriteria. Deze legering of dit metaalmengsel wordt vervolgens gesmolten onder vorming van een gelijkmatige smelt, die vervolgens op een metaalsubstraat wordt aangebracht door het substraat in de smelt te dompelen. In een ander 30 geval wordt het metaalmengsel of de metaallegering tot een fijnverdeel-de toestand fijngemaakt en het fijnverdeelde metaal wordt in een vluchtig oplosmiddel opgenomen onder vorming van een suspensie, die op het metaalsubstraat door spuiten of borstelen wordt aangebracht. De verkregen bekleding wordt verhit om verdamping van het vluchtige oplosmiddel 35 en het smelten van de legering of het metaalmengsel op het oppervlak van het substraat te bewerkstelligen (wanneer fysische mengsels van metalen worden gebruikt, worden zij omgezet tot een legering door smelten of zij worden in situ gelegeerd bij de suspensiemethode van de aanvrage).According to the present invention, an alloy or a physical mixture of (1) the metal M2 and (2) zirconium, hafnium or a mixture or alloy of these two metals is provided. In case the second metal is zirconium, additions of metals such as yttrium, calcium or magnesium can be made in amounts sufficient to stabilize zirconia in the regular form. The metal M2 is selected according to the criteria described below. This alloy or metal mixture is then melted to form a uniform melt, which is then applied to a metal substrate by dipping the substrate in the melt. In another case, the metal mixture or metal alloy is comminuted to a finely divided state and the finely divided metal is taken up in a volatile solvent to form a slurry which is applied to the metal substrate by spraying or brushing. The resulting coating is heated to effect evaporation of the volatile solvent and melting of the alloy or metal mixture on the surface of the substrate (when physical mixtures of metals are used, they are converted to an alloy by melting or they are alloyed in situ in the suspension method of the application).
40 Zirkonium en hafnium vormen thermisch stabiele oxiden bij bloot- 8320222 3 stelling aan een atmosfeer, die een kleine concentratie zuurstof bevat, zoals die voortgebracht door een mengsel van kooldioxide en koolmonoxide bij een temperatuur van ongeveer 800°C. Hét metaal M2 vormt onder dergelijke omstandigheden geen stabiel oxide en blijft geheel of nage-5 noeg geheel in de vorm van het niet-geoxydeerde metaal. Voorts is M2 verenigbaar met het substraatmetaal. Het zal duidelijk zijn, dat M2 een mengsel of een legering van twee of meer metalen, die voldoen aan de eisen van M2> kan zijn.Zirconium and hafnium form thermally stable oxides when exposed to an atmosphere containing a small concentration of oxygen, such as those produced by a mixture of carbon dioxide and carbon monoxide at a temperature of about 800 ° C. Under such conditions, the metal M2 does not form a stable oxide and remains almost entirely in the form of the non-oxidized metal. Furthermore, M2 is compatible with the substrate metal. It will be understood that M2 can be a mixture or an alloy of two or more metals that meet the requirements of M2>.
Zirkonium en hafnium hebben een of meer van de volgende voordelen 10 ten opzichte van cerium en andere lanthanide metalen: de bekledingen zijn aanzienlijk meer hechtend aan het substraat. Wanneer cerium wordt gebruikt wordt niet geoxydeerd metaal uit het substraat in de oxidelaag opgenomen. Dit metaal kan vervolgens geoxydeerd worden, wanneer het beklede voortbrengsel aan een oxyderende atmosfeer wordt blootgesteld.Zirconium and hafnium have one or more of the following advantages over cerium and other lanthanide metals: the coatings are considerably more adherent to the substrate. When cerium is used, non-oxidized metal from the substrate is incorporated into the oxide layer. This metal can then be oxidized when the coated article is exposed to an oxidizing atmosphere.
15 Dit leidt tot afsplintering en uiteindelijke breuk van de bekleding. Wanneer zirkonium in plaats van cerium wordt gebruikt, wordt deze moeilijkheid niet ontmoet of wordt in veel mindere mate ontmoet.This leads to spalling and eventual breakage of the coating. When zirconium is used instead of cerium, this difficulty is not met or is encountered to a much lesser degree.
Wanneer een bekleding met geschikte dikte op de substraatlegering is aangebracht volgens het boven beschreven dompelbekledingsproces of 20 volgens het suspensieproces (en in het laatstgenoemde geval nadat het oplosmiddel is verdampt en de zirkonium en/of hafnium-M2 legering of het mengsel op het oppervlak van het substraat is gesmolten), wordt het oppervlak blootgesteld aan een selectief oxyderende atmosfeer, zoals een mengsel van kooldioxide en koolmonoxide (hierna vermeld als 25 CO2/CO). Een gebruikelijk CO2/CO mengsel bevat 99 procent CO2 en 1 procent CO. Wanneer een dergelijk mengsel op een hoge temperatuur wordt verhit, resulteert een evenwichtsmengsel volgens de volgende vergelijking: 30 CO + 1/2 dg----*co2When a coating of suitable thickness is applied to the substrate alloy by the above-described dip coating process or by the suspension process (and in the latter case after the solvent has evaporated and the zirconium and / or hafnium-M2 alloy or mixture is applied to the surface of the substrate), the surface is exposed to a selectively oxidizing atmosphere, such as a mixture of carbon dioxide and carbon monoxide (hereinafter referred to as CO2 / CO). A common CO2 / CO mixture contains 99 percent CO2 and 1 percent CO. When such a mixture is heated at a high temperature, an equilibrium mixture according to the following equation results: 30 CO + 1/2 dg ---- * co2
De concentratie van zuurstof in dit evenwichtsmengsel is zeer gering, bijvoorbeeld is bij 827°C de partiële evenwichtsdruk van zuurstof ongeveer 2 x 10“^ atmosfeer, maar is bij een dergelijke tempera-35 tuur voldoende om selectieve oxydatie van zirkonium en/of hafnium teweeg te brengen. Andere oxyderende atmosferen kunnen gebruikt worden, bijvoorbeeld mengsels van zuurstof en inerte gassen, zoals argon, of mengsels van waterstof en waterdamp, die partiële zuurstofdrukken geven, die lager zijn dan de dissociatiedrukken van de oxiden van de ele-40 menten in M2 en hoger dan de dissociatiedruk van zirkoniumoxide en 8320222 4 hafniumoxide. Een mengsel van waterstof, waterdamp en een inert gas, zoals argon, verdient in werkelijkheid de voorkeur, omdat het niet een ongewenste carbide zal voortbrengen. Dergelijke carbiden kunnen bij verhoogde temperaturen, bijvoorbeeld bij 627°C ontstaan, volgens de 5 Boudouard-reactie: 2 CO C + C02The concentration of oxygen in this equilibrium mixture is very low, for example at 827 ° C the partial equilibrium pressure of oxygen is approximately 2 x 10 4 atmosphere, but at such a temperature is sufficient to effect selective oxidation of zirconium and / or hafnium to bring. Other oxidizing atmospheres can be used, for example, mixtures of oxygen and inert gases, such as argon, or mixtures of hydrogen and water vapor, giving oxygen partial pressures lower than the dissociation pressures of the oxides of the elements in M2 and higher than the dissociation pressure of zirconia and 8320222 4 hafnium oxide. A mixture of hydrogen, water vapor and an inert gas, such as argon, is actually preferred because it will not produce an unwanted carbide. Such carbides can form at elevated temperatures, for example at 627 ° C, according to the Boudouard reaction: 2 CO C + CO2
Het metaal M2 wordt, afhankelijk van het gebruikstype en de aard 10 van de substraatlegering bij voorkeur gekozen uit tabel I.Depending on the type of use and the nature of the substrate alloy, the metal M2 is preferably selected from Table I.
Tabel I (M2) nikkel Ni kobalt Co 15 ijzer FeTable I (M2) Nickel Ni Cobalt Co 15 Iron Fe
Het spreekt vanzelf, dat twee of meer metalen gekozen uit tabel I toegepast kunnen worden voor de vorming van de M2 component van de bekledingslegering of het bekledingsmengsel. In dergelijke legeringen 20 of mengsels kunnen ondergeschikte hoeveelheden aluminium, yttrium en/of chroom aanwezig zijn. In het algemeen kan elk metaal M2 gebruikt worden, dat geen stabiel oxide bij een hoge temperatuur bij aanwezigheid van een zeer geringe concentratie zuurstof vormt, die dient om het zir-konium- en/of hafniumoxide aan het substraat te verbinden en die ge-25 schikt is voor het beoogde gebruikstype. Deze omvatten eveneens platina, palladium, ruthenium of rhodium.It goes without saying that two or more metals selected from Table I can be used to form the M2 component of the clad alloy or cladding mixture. Minor amounts of aluminum, yttrium and / or chromium may be present in such alloys or mixtures. In general, any metal M2 can be used that does not form a stable oxide at a high temperature in the presence of a very low concentration of oxygen, which serves to bond the zirconium and / or hafnium oxide to the substrate and which is suitable for the intended use type. These also include platinum, palladium, ruthenium or rhodium.
De verhoudingen zirkonium, hafnium (of mengsels of legeringen van beide) en M2 kunnen vari'éren van ongeveer 50 tot 90 gew.% zirkonium en/of hafnium tot ongeveer 50 tot 10 gew.% M2, bij voorkeur ongeveer 30 70 tot 90 % zirkonium en/of hafnium en ongeveer 30 tot 10 % M2· De legering, die resultreert uit een mengsel van zirkonium en/of hafnium met M2 (plus eventuele ondergeschikte legeringstoevoegsels) dienen een smeltpunt te hebben, dat voldoende laag is opdat de eigenschappen van de substraatlegering niet worden afgebroken door blootstelling aan 35 de dompelingstemperatuur. De verhouding zirkonium en/of hafnium dient voldoende te zijn voor de vorming van een buitenste oxidelaag, die voldoende is om een thermische afsluiting te verschaffen en oxydatie van het substraat te remmen en de verhouding M2 dient voldoende te zijn om de bekleding aan het substraat te verbinden.The ratios of zirconium, hafnium (or mixtures or alloys of both) and M2 can range from about 50 to 90 wt% zirconium and / or hafnium to about 50 to 10 wt% M2, preferably about 70 to 90% zirconium and / or hafnium and about 30 to 10% M2 · The alloy resulting from a mixture of zirconium and / or hafnium with M2 (plus any minor alloy additives) should have a melting point sufficiently low for the properties of the substrate alloy will not degrade by exposure to the immersion temperature. The zirconium and / or hafnium ratio should be sufficient to form an outer oxide layer, which is sufficient to provide a thermal barrier and inhibit oxidation of the substrate, and the M2 ratio should be sufficient to bond the coating to the substrate. to connect.
40 Tabel II geeft voorbeelden van substraatlegeringen, waarop de be- 8320222 5 schermende bekledingen volgens de onderhavige uitvinding worden aangebracht. Opgemerkt wordt, dat de uitvinding kan worden toegepast op su-perlegeringen in het algemeen en in het bijzonder op superlegeringen op basis van kobalt en nikkel.Table II gives examples of substrate alloys to which the protective coatings of the present invention are applied. It is noted that the invention can be applied to superalloys in general and in particular to superalloys based on cobalt and nickel.
55
Tabel BTable B
superlegering op nikkelbasis IN 738 superlegering op kobaltbasis MAR-M509 verbonden bekledingslegering van het NiCrAlY type 10 verbonden bekledingslegering van het CoCrAlY typenickel-based superalloy IN 738 cobalt-based superalloy MAR-M509 bonded clad alloy of the NiCrAlY type 10 bonded clad alloy of the CoCrAlY type
De uitvinding kan eveneens worden toegepast op elk metaalsub-straat, dat een bekleding benut, die hechtend is en die een thermische afsluiting en/of bescherming tegen oxydatie door de omgevingstempera-15 tuur verschaft. Het metaal of de metalen van het substraat dient of dienen vanzelfsprekend edeler te zijn dan zirkonium of hafnium, zodat zij geen stabiele oxiden vormen onder de omstandigheden van de selectieve oxydatie.The invention can also be applied to any metal substrate which utilizes a coating which is adhesive and which provides a thermal seal and / or protection against oxidation by the ambient temperature. The metal or metals of the substrate should or should of course be more noble than zirconium or hafnium so that they do not form stable oxides under the conditions of the selective oxidation.
De dompelbekledingsmethode verdient de voorkeur. Bij deze methode 20 wordt een gesmolten zirkonium en/of hafnium-!^ legering verschaft en de substraatlegering wordt in een massa van de bekledingslegering gedompeld. De temperatuur van de legering en de tijd, gedurende welke het substraat in de gesmolten legering wordt gehouden, zal de dikte van de bekledingen regelen. De dikte van de aangebrachte bekleding kan vari'é-25 ren tussen 100 micrometer en 1000 micrometer. Bij voorkeur wordt een bekleding van ongeveer 300 micrometer tot 400 micrometer aangebracht. Het spreekt vanzelf, dat de dikte van de bekleding zal worden verschaft in overeenstemming met de eisen van een bijzonder eindgebruik.The dip coating method is preferred. In this method, a molten zirconium and / or hafnium alloy is provided, and the substrate alloy is immersed in a mass of the coating alloy. The temperature of the alloy and the time during which the substrate is held in the molten alloy will control the thickness of the coatings. The thickness of the applied coating can vary between 100 µm and 1000 µm. Preferably, a coating of about 300 microns to 400 microns is applied. It goes without saying that the thickness of the coating will be provided in accordance with the requirements of a particular end use.
De suspensie-smeltmethode heeft het voordeel, dat het de bekle-30 dingslegering of het metaalmengsel verdunt en het derhalve mogelijk maakt een betere regeling van de dikte van de op het substraat aangebrachte bekleding te bewerkstelligen. Gewoonlijk kan de suspensie-bekleding stechniek als volgt worden toegepast: een legering of een mengsel van zirkonium en/of hafnium met M2 wordt gemengd met een minerale 35 spiritus en een organisch bindmiddel zoals Nicrobraz 500, Well Colmonoy Corp.) en MPA-60 (Baker Coaster Oil Co.). Gebruikelijke verhoudingen, die in de suspensie worden gebruikt, zijn bekledingsmetaal 45 gew.%, minerale spiritus 10 gew.% en organisch bindmiddel 45 gew.%. Dit mengsel wordt vervolgens gemalen, bijvoorbeeld in een molen met keramische 40 kogels onder toepassing van aluminiumoxidekogels. Na scheiding van de 8320222 6 verkregen suspensie van de aluminiumoxidekogels, wordt het mengsel (dat geroerd wordt om een gelijkmatige dispersie van de legeringsdeeltjes in het vloeibare milieu te waarborgen) op het substraatoppervlak aangebracht en het oplosmiddel wordt verdampt, bijvoorbeeld in lucht bij om-5 gevingstemperatuur of bij een enigszins verhoogde temperatuur. Het residu van metaal en bindmiddel wordt vervolgens op het oppervlak gesmolten door dit op een geschikte temperatuur, bijvoorbeeld 1000°C te verhitten in een inerte atmosfeer, zoals argon, die over hete calcium-schilfers is geleid om zuurstof te verkrijgen. Het bindmiddel zal ont-10 leed worden en de ontledingsprodukten worden vervluchtigd.The slurry melting method has the advantage of diluting the coating alloy or metal mixture and thus permitting better control of the thickness of the coating applied to the substrate. Usually, the slurry coating technique can be applied as follows: an alloy or a mixture of zirconium and / or hafnium with M2 is mixed with a mineral spirit and an organic binder such as Nicrobraz 500, Well Colmonoy Corp.) and MPA-60 ( Baker Coaster Oil Co.). Common proportions used in the slurry are coating metal 45 wt%, mineral spirits 10 wt% and organic binder 45 wt%. This mixture is then milled, for example, in a ceramic ball mill using aluminum oxide balls. After separation of the 8320222 6 suspension from the alumina balls, the mixture (which is stirred to ensure even dispersion of the alloy particles in the liquid medium) is applied to the substrate surface and the solvent is evaporated, for example in air at about 5 ° C. ambient temperature or at a slightly elevated temperature. The metal and binder residue is then melted on the surface by heating it to a suitable temperature, for example 1000 ° C, in an inert atmosphere, such as argon, which has passed over hot calcium flakes to obtain oxygen. The binder will be decomposed and the decomposition products volatilized.
Het volgende specifieke voorbeeld zal dienen om de praktijk en de voorbeelden van de uitvinding verder toe te lichten.The following specific example will serve to further illustrate the practice and examples of the invention.
Voorbeeld IExample I
De bekledingslegeringssamenstelling was 70 % Zr-25 % Ni-5 % Y be-15 trokken op gewicht. Yttrium werd aan de Zr-Ni bekledingslegering toegevoegd voor het verschaffen van een doteringsstof om ZrÜ2 in de regulaire structuur tijdens de selectieve oxydatietrap te stabiliseren en ook omdat er enig bewijs is, dat yttrium de hechting van de door plas-ma-spuiten verkregen ZrÜ2 bekledingen verbetert. De gewichtsverhou-20 ding Zr tot Ni in deze legering was 2,7, hetgeen soortgelijk is aan die van de eutectische NiZ^-NiZr samenstelling. De 5 % Y wijzigde de smelttemperatuur van het Zr-Ni eutecticum niet wezenlijk. De substraten werden bij 1027°C in de gesmolten bekledingslegering gedompeld.The clad alloy composition was 70% Zr-25% Ni-5% Y-15 by weight. Yttrium was added to the Zr-Ni clad alloy to provide a dopant to stabilize ZrÜ2 in the regular structure during the selective oxidation stage and also because there is some evidence that yttrium adheres the plasma sprayed ZrÜ2 coatings. improves. The weight ratio of Zr to Ni in this alloy was 2.7, which is similar to that of the eutectic Ni2-Ni2r composition. The 5% Y did not substantially change the melting temperature of the Zr-Ni eutectic. The substrates were immersed in the molten coating alloy at 1027 ° C.
Twee substraatlegeringen werden bekleed, namelijk MAR-M509 en 25 Co- 10 % Cr-3 % Y. De verkregen resultaten geven aan, dat de volgens deze techniek aangebrachte bekledingen op Zr02-basis sterk hechtend en gelijkmatig zijn en een zeer geringe poreusheid bezitten. Praktisch geen diffusiezone werd tussen de bekleding en de substraatlegering waargenomen. De bekledingslaag was totaal boven het substraatoppervlak 30 tot stand gebracht en de samenstelling ervan was niet wezenlijk gewijzigd door de substraatbestanddelen.Two substrate alloys were coated, namely MAR-M509 and 25 Co-10% Cr-3% Y. The results obtained indicate that the ZrO 2 -based coatings applied by this technique are highly adhesive and uniform and have very low porosity. Practically no diffusion zone was observed between the coating and the substrate alloy. The coating layer had been completely created above the substrate surface 30 and its composition had not been substantially altered by the substrate components.
EDAX-concentratieprofielen werden bepaald van verschillende elementen binnen de Zr-rijke laag na heet dompelen van de substraatlegering (Co-10Cr-3Y) in de bekledingslegering, gevolgd door een ontla-35 tingsbehandeling. De bekledingslaag was ongeveer 150-160 ym dik met een relatief dunne (= 20 ym) diffusiezone bij het grensvlak met het onderliggende substraat. Cr was praktisch niet bestaand binnen de bekledingslaag en een kleine hoeveelheid Co diffundeerde uit het substraat recht door de bekleding naar het uitwendige oppervlak.EDAX concentration profiles of various elements within the Zr-rich layer were determined after hot dipping the substrate alloy (Co-10Cr-3Y) into the clad alloy, followed by a annealing treatment. The coating layer was about 150-160 µm thick with a relatively thin (= 20 µm) diffusion zone at the interface with the underlying substrate. Cr was practically nonexistent within the coating layer and a small amount of Co diffused from the substrate straight through the coating to the exterior surface.
40 De selectieve oxydatie werd bij 1027°C uitgevoerd in een gasmeng- 8 3 2 0 2 2 ?.The selective oxidation was carried out in a gas mixture at 1027 ° C.
7 sel van waterstof/waterdamp/argon bij geschikte verhoudingen om een partiële zuurstofdruk van ongeveer 10”^ atmosfeer te verschaffen. Bij deze druk worden zowel nikkel als kobalt thermodynamisch stabiel in de metallieke vorm. De afzetting, die met deze werkwijze wordt 5 voortgebracht, bestaat uit een buitenste oxidelaag met een dikte van ongeveer 40 ym en een binnenste samengestelde onderlaag met een dikte van ongeveer 120 ym. De buitenste laag bevatte slechts Zr0£ en Y2O3. De onderlaag bestond eveneens uit een Ζγο2/Υ2^3 matrix, maar bevatte een groot aantal fijn gedispergeerde metallieke deeltjes, 10 in hoofdzaak nikkel en kobalt.7 hydrogen / water vapor / argon selection at appropriate ratios to provide a partial oxygen pressure of about 10% atmosphere. At this pressure, both nickel and cobalt become thermodynamically stable in the metallic form. The deposit produced by this method consists of an outer oxide layer of about 40 µm thickness and an inner composite underlayer of about 120 µm thickness. The outer layer contained only Zr0 £ and Y2O3. The bottom layer also consisted of a ογο2 / Υ2 ^ 3 matrix, but contained a large number of finely dispersed metallic particles, mainly nickel and cobalt.
Hoewel nikkel en kobalt gelijkmatig aanwezig waren binnen het buitenste gebied van de metallieke bekleding na heet dompelen en ontlaten en voor de omzetting van Zr en Y tot oxiden, waren zij nagenoeg in dit zelfde gebied afwezig na de selectieve oxydatiebehandeling. Röntgen-15 straaldiffractie-analyse van het oppervlak van het monster gaf aan, dat deze buitenste oxidelaag uitsluitend was gevormd uit een mengsel van monoclien zirkoniumoxide en yttriumoxide.Although nickel and cobalt were uniformly present within the outer region of the metallic coating after hot dipping and annealing and before the conversion of Zr and Y to oxides, they were substantially absent in the same range after the selective oxidation treatment. X-ray beam diffraction analysis of the sample surface indicated that this outer oxide layer was formed exclusively of a mixture of monoclinic zirconia and yttria.
Verondersteld wordt, dat de uiteindelijke verdeling van elementen over de dubbele bekledingslaag en de latere oxidemorfologie grotendeels 20 bepaald worden door de omstandigheden van de uiteindelijke, selectieve oxydatiebehandeling. Wij veronderstellen dat de oxydatie als volgt verloopt: de smeltsamenstelling bij het monsteroppervlak vbbr de selectieve oxydatiebehandeling bestaat grotendeels uit Zr en Ni, kleinere concentraties Y en Co en praktisch geen Cr. Wanneer eenmaal zuurstof wordt 25 toegelaten bij P = ΙΟ"17 diffunderen Zr- en Y-atomen snel in de smelt naar het buitenste zuurstof/metaal-grensvlak onder vorming van een vaste 2^2^2¾ mengsel. De edelere elementen (Ni en Co) worden vervolgens van de smelt uitgesloten en accumuleren aan de metaalzijde van 30 het grensvlak. De uitputting van Zr uit deze smelt vergroot het nikkel-gehalte van de legering en maakt deze moeilijker smeltbaar. Wanneer eenmaal de bekledingslegering vast wordt, worden atomen van alle elementen in het overblijvende metallieke deel van de bekleding minder beweeglijk dan in de gesmolten toestand en verdere oxydatie verloopt als 35 een reactie in de vaste toestand. De voortgezette groei van het Zr02/Y2^3 gaat voort onder bevordering van een tegenstroom diffusieproces in de vaste toestand aan de metaalzijde van het grensvlak, waarin Zr en Y diffunderen naar het grensvlak, terwijl nikkel en kobalt wegdiffunderen van het grensvlak.It is believed that the final distribution of elements over the double coat layer and the subsequent oxide morphology are largely determined by the conditions of the final, selective oxidation treatment. We assume that the oxidation proceeds as follows: the melt composition at the sample surface for the selective oxidation treatment consists largely of Zr and Ni, smaller concentrations of Y and Co and practically no Cr. Once oxygen is admitted at P = ΙΟ "17, Zr and Y atoms rapidly diffuse in the melt to the outer oxygen / metal interface to form a solid 2 ^ 2 ^ 2¾ mixture. The nobler elements (Ni and Co ) are then excluded from the melt and accumulate on the metal side of the interface. The depletion of Zr from this melt increases the nickel content of the alloy and makes it more difficult to melt. Once the clad alloy solidifies, atoms of all elements in the remaining metallic portion of the coating less mobile than in the molten state and further oxidation proceeds as a solid state reaction The continued growth of the ZrO2 / Y2 ^ 3 continues to promote a countercurrent solid state diffusion process on the metal side of the interface, where Zr and Y diffuse to the interface, while nickel and cobalt diffuse away from the interface.
40 Het profiel gaf aan dat, onder de uitwendige Zr02/Y2% laag, 8 3 2 0 2 ?.?.The profile indicated that, under the external ZrO2 / Y2% low, 8 3 2 0 2?.?.
8 nikkel en kobalt bestaan als kleine deeltjes ingebed in de samengestelde onderlaag. De reden voor hun voorkomen in een dergelijke verdeling binnen een matrix van de onderlaag wordt niet geheel begrepen. Het dient te worden benadrukt, dat de gewichtsfractie van 5 nikkel aanwezig in de bekledingslaag, voor oxydatie, ongeveer 25 % bedraagt, hetgeen overeenkomt met ongeveer 20 % in volumefractie. Deze hoeveelheid zal in de onderlaag toenemen na de uitsluiting van nikkel uit de buitenste afzetting tijdens selectieve oxydatie.Nickel and cobalt exist as small particles embedded in the composite bottom layer. The reason for their appearance in such a distribution within a matrix of the substrate is not fully understood. It should be emphasized that the weight fraction of nickel contained in the coating layer, before oxidation, is about 25%, which corresponds to about 20% in volume fraction. This amount will increase in the substrate after the exclusion of nickel from the outer deposit during selective oxidation.
Deze aanzienlijke hoeveelheid nikkel, opgeteld bij kobalt, die uit het 10 substraat diffundeert, wordt verwacht te blijven opgesloten in de onderlaag van de bekleding tijdens de voltooiing van de selectieve oxydatie van Zr en Y.This significant amount of nickel added to cobalt diffusing from the substrate is expected to remain entrapped in the undercoat of the coating during the completion of the selective oxidation of Zr and Y.
De configuratie en verdeling van nikkel en kobalt binnen deze zone wordt waarschijnlijk bepaald door de oxydatiemechanismen van Zr en Y 15 binnen de onderlaagzone. Ten minste twee mogelijkheden bestaan: (1) De concentratie van nikkel en kobalt in het metaal voor het grensvlak wordt zeer hoog als gevolg van hun uitsluiting uit de Ζγ02/Υ2% afzetting, die aanvankelijk uit de smelt wordt gevormd.The configuration and distribution of nickel and cobalt within this zone is likely to be determined by the oxidation mechanisms of Zr and Y 15 within the underlayer zone. At least two possibilities exist: (1) The concentration of nickel and cobalt in the metal for the interface becomes very high due to their exclusion from the Ζγ02 / Υ2% deposit, which is initially formed from the melt.
Een dergelijke terugdiffusie van beide elementen in de vaste toestand 20 gaat waarschijnlijk voort tijdens verdere blootstelling, maar het overblijvende deel van beide elementen kan worden overstroomd door het vooruitgaande oxide/metaal-grensvlak.Such back diffusion of both solid state elements is likely to continue during further exposure, but the remaining portion of both elements may be flooded by the advancing oxide / metal interface.
(2) Een overgang van inwendige naar uitwendige oxydatie heeft plaats. Na de aanvankelijke vorming van een Zr02/Y2% laag bij 25 het oppervlak, kan ZrÜ2 inwendige oxidedeeltjes vormen voèr het grensvlak, wanneer de concentratie van opgeloste zuurstof en zirkonium het voor hun kernvorming noodzakelijke oplosbaarheidsprodukt te boven gaat. Vervolgens kunnen deze deeltjes ten dele verdere Zr-0 reactie blokkeren, omdat de diffusie van zuurstofatomen naar het reactiefront 30 (van de inwendige oxydatie) alleen kan plaats hebben in de kanalen tussen de deeltjes, die eerder waren neergeslagen. Verdere reactie bij het reactiefront kan plaats hebben hetzij door zijdelingse groei van de bestaande deeltjes, die een zeer kleine oververzadiging vereist, hetzij door kernvorming van een nieuw deeltje. De zijdelingse groei van de 35 deeltjes kan derhalve leiden tot een compacte oxidelaag, die metaalbestanddelen, die binnen hetzelfde gebied bestaan, kunnen insluiten.(2) A transition from internal to external oxidation takes place. After the initial formation of a ZrO2 / Y2% layer at the surface, ZrO2 can form internal oxide particles at the interface when the concentration of dissolved oxygen and zirconium exceeds the solubility product necessary for their nucleation. Subsequently, these particles can partially block further Zr-0 reaction, because the diffusion of oxygen atoms to the reaction front (from the internal oxidation) can only take place in the channels between the particles, which had previously precipitated. Further reaction at the reaction front can take place either by lateral growth of the existing particles, which requires very small supersaturation, or by nucleation of a new particle. The lateral growth of the particles can therefore lead to a compact oxide layer, which can enclose metal components existing within the same range.
In het algemeen is, ongeacht het betrokken mechanisme, bij het bepalen van de morfologie en de verdeling van de metallieke deeltjes binnen de onderlaagzone, de vorming van een dergelijke keramische/metal-40 lieke samengestelde laag tussen de buitenste keramische laag en het 8320222 4 9 binnenste metallieke substraat zeer voordelig. Dit is toe te schrijven aan het vermogen ervan de spanningen ontwikkeld door de onvoldoende aansluiting in thermische uitzettingsco'éffici'énten van de buitenste keramische bekleding en het binnenste metallieke substraat te verminde-5 ren.In general, regardless of the mechanism involved, in determining the morphology and distribution of the metallic particles within the underlayer zone, the formation of such a ceramic / metal-40-like composite layer is between the outer ceramic layer and the 8320222 4 9 inner metallic substrate very advantageous. This is due to its ability to reduce the stresses generated by the insufficient thermal expansion coefficient bonding of the outer ceramic coating and inner metallic substrate.
Bekledingsadhesie werd gewaardeerd door blootstelling van verscheidene proefmonsters aan 10 thermische cycli tussen 1000°C en omgevingstemperatuur in lucht. De Zr02/Y2O3 bekleding op de legering Co-10Cr-3Y bleef volledig hechtend en vertoonde geen tekenen van af-10 splinteren of barsten. Zorgvuldig metallurgisch onderzoek over de totale lengte van het monster gaf geen enkel teken van scheuren. De bekleding blijkt volledig vrij van pori'én. Voorts liet micromonsteranalyse over de doorsnede zien, dat de verdelingen van Zr, Y, Ni, Co en Cr in hoofdzaak dezelfde waren als die monsters, die niet aan de cycli zijn 15 onderworpen. De bekledingen zijn niet gelijk werkzaam op alle substraten. Bijvoorbeeld schilferde een soortgelijke Zr02/Y2^3 bekleding op de legering MAR-M509 na de tweede cyclus af.Coating adhesion was assessed by exposure of several test samples to 10 thermal cycles between 1000 ° C and ambient air temperature. The ZrO2 / Y2O3 coating on the Co-10Cr-3Y alloy remained fully adhesive and showed no signs of splintering or cracking. Careful metallurgical examination of the total length of the sample did not show any signs of cracking. The coating appears to be completely free from pores. Furthermore, cross-sectional microsample analysis showed that the distributions of Zr, Y, Ni, Co, and Cr were essentially the same as those samples that were not cycled. The coatings are not equally effective on all substrates. For example, a similar ZrO2 / Y2 ^ 3 coating on the MAR-M509 alloy flaked after the second cycle.
Het zal dus duidelijk zijn, dat een nieuwe doelmatige werkwijze en een nieuw en doelmatig produkt zijn verschaft.Thus, it will be understood that a new efficient method and a new and efficient product have been provided.
83202228320222
Claims (12)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US48774583A | 1983-04-22 | 1983-04-22 | |
| US48774583 | 1983-04-22 | ||
| US8300748 | 1983-05-13 | ||
| PCT/US1983/000748 WO1984004335A1 (en) | 1983-04-22 | 1983-05-13 | Process for applying thermal barrier coatings to metals and resulting product |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8320222A true NL8320222A (en) | 1985-02-01 |
Family
ID=23936949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8320222A NL8320222A (en) | 1983-04-22 | 1983-05-13 | METHOD FOR APPLYING THERMAL SEALING COATINGS TO METALS AND OBTAINED PRODUCT |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0140889A4 (en) |
| JP (1) | JPS60501162A (en) |
| CA (1) | CA1237609A (en) |
| DE (1) | DE3390480T1 (en) |
| GB (1) | GB2158844A (en) |
| IT (1) | IT1209837B (en) |
| NL (1) | NL8320222A (en) |
| NO (1) | NO845144L (en) |
| SE (1) | SE8406442D0 (en) |
| WO (1) | WO1984004335A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3822802A1 (en) * | 1988-07-06 | 1990-03-22 | Atilla Dipl Chem Dr Ing Akyol | Process for improving the adhesion of wear-resistant layers to tools |
| US6532657B1 (en) * | 2001-09-21 | 2003-03-18 | General Electric Co., | Pre-service oxidation of gas turbine disks and seals |
| US20030118873A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-06-26 | Murphy Kenneth S. | Stabilized zirconia thermal barrier coating with hafnia |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US375784A (en) * | 1888-01-03 | Apparatus for electric welding | ||
| US2269601A (en) * | 1934-06-02 | 1942-01-13 | Electrochimie D Electro Metall | Process for the manufacture of articles resistant to gaseous corrosion |
| GB1086708A (en) * | 1966-02-01 | 1967-10-11 | Gen Electric Co Ltd | Improvements in or relating to metal bodies and their manufacture |
| CA850045A (en) * | 1966-07-11 | 1970-08-25 | Cominco Ltd. | Process for the production of coloured coatings |
| FR1536493A (en) * | 1966-07-22 | 1968-08-16 | Montedison Spa | High strength protective coatings and method thereof for their application to interior surfaces of hydrocarbon cracking reactors |
| GB1194600A (en) * | 1967-11-03 | 1970-06-10 | Gen Electric & English Elect | Improvements in or relating to Metal Bodies and their Manufacture |
| JPS5569250A (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-24 | Toshiba Corp | Manufacture of high-temperature gas turbine blade |
| US4483720A (en) * | 1981-11-27 | 1984-11-20 | S R I International | Process for applying thermal barrier coatings to metals |
-
1983
- 1983-05-13 WO PCT/US1983/000748 patent/WO1984004335A1/en not_active Application Discontinuation
- 1983-05-13 DE DE19833390480 patent/DE3390480T1/en not_active Withdrawn
- 1983-05-13 GB GB08426443A patent/GB2158844A/en not_active Withdrawn
- 1983-05-13 EP EP19830902322 patent/EP0140889A4/en active Pending
- 1983-05-13 NL NL8320222A patent/NL8320222A/en unknown
- 1983-05-13 JP JP58502496A patent/JPS60501162A/en active Pending
- 1983-09-12 CA CA000436457A patent/CA1237609A/en not_active Expired
-
1984
- 1984-04-19 IT IT8448073A patent/IT1209837B/en active
- 1984-12-18 SE SE8406442A patent/SE8406442D0/en not_active Application Discontinuation
- 1984-12-20 NO NO845144A patent/NO845144L/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO845144L (en) | 1984-12-20 |
| IT1209837B (en) | 1989-08-30 |
| CA1237609A (en) | 1988-06-07 |
| GB8426443D0 (en) | 1984-11-28 |
| SE8406442L (en) | 1984-12-18 |
| EP0140889A4 (en) | 1986-02-13 |
| WO1984004335A1 (en) | 1984-11-08 |
| EP0140889A1 (en) | 1985-05-15 |
| DE3390480T1 (en) | 1985-04-18 |
| SE8406442D0 (en) | 1984-12-18 |
| JPS60501162A (en) | 1985-07-25 |
| IT8448073A0 (en) | 1984-04-19 |
| GB2158844A (en) | 1985-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5035957A (en) | Coated metal product and precursor for forming same | |
| AU626355B2 (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| Sivakumar et al. | High temperature coatings for gas turbine blades: a review | |
| US4145481A (en) | Process for producing elevated temperature corrosion resistant metal articles | |
| US4198442A (en) | Method for producing elevated temperature corrosion resistant articles | |
| Haynes et al. | Characterization of commercial EB-PVD TBC systems with CVD (Ni, Pt) Al bond coatings | |
| US4935073A (en) | Process for applying coatings of zirconium and/or titantuim and a less noble metal to metal substrates and for converting the zirconium and/or titanium to an oxide, nitride, carbide, boride or silicide | |
| JP2001152310A (en) | Method of improving oxidation resistance of metallic base material coated with thermal barrier coating | |
| Muolo et al. | Wetting, spreading and joining in the alumina–zirconia–Inconel 738 system | |
| US4910092A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| WO1986004615A1 (en) | Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it | |
| JPH0353390B2 (en) | ||
| Lee et al. | Hot corrosion mechanism of intermetallic compound Ni3Al | |
| US6695960B1 (en) | Method for producing a metal alloy powder such as MCRALY and coatings obtained with same | |
| Talako et al. | Structure and properties of detonation gun sprayed coatings from the synthesized FeAlSi/Al2O3 powder | |
| NL8320222A (en) | METHOD FOR APPLYING THERMAL SEALING COATINGS TO METALS AND OBTAINED PRODUCT | |
| KR960008146B1 (en) | Powder feed composition for forming refractory oxide thermal shock resistant coating, the process and the articles | |
| Roliński | Nitriding of titanium alloys | |
| US4715902A (en) | Process for applying thermal barrier coatings to metals and resulting product | |
| Montealegre et al. | Influence of the yttria content on the oxidation behaviour of the intermetallic Fe40Al Alloy | |
| Xiong et al. | Effect of enamel coating on oxidation and hot corrosion behaviors of Ti-24Al-14Nb-3V alloy | |
| EP0198078A1 (en) | Process for applying coatings to metals and resulting product | |
| US6652991B1 (en) | Ductile NiAl intermetallic compositions | |
| Jia et al. | Oxidation resistance and modification reaction mechanism of Al coating sprayed on pure Ti substrate | |
| Xu et al. | Wetting and reaction characteristics of Al2O3/SiC composite refractories by molten aluminum and aluminum alloy |