NO310934B1 - Fremgangsmate for fremstilling av et belegg pa et substrat - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for tilveie-bringelse av beskyttende belegg, så som overtrekksbelegg, på substrater. Slike belegg blir anvendt på komponenter som er utsatt for høytemperaturomgivelser, spesielt der hvor korrosjon og/eller erosjon sannsynligvis vil forekomme. Den hovedsakelige, men ikke nødvendigvis eneste, påføring av slike belegg er på deler for gassturbinmotorer, spesielt superlegeringskomponenter av disse, så som gassturbinaksler, -ringer, -skiver,

-forbrenningsboksgods, -stator og -rotorblader og -styrefinner.

Det har lenge vært erkjent at komponenter for gassturbiner, spesielt de innvendige komponenter for disse i nærheten av og nedstrøms for brenneren, må oppvise høy fasthet og korrosjonsmotstandsdyktighet ved høy temperatur.

Det er kjent å forsyne slike komponenter med en lastbærende struktur av superlegeringsmateriale for å bibringe tilstrekkelig høy temperaturfasthet. Typiske anvendte superlegeringer (eksempler er slike som er kjente under handelsbetegnelsene IN100, IN718, IN738, MAR-M002, MAR-M247, CMSX-4, PWA1418 og PWA1484) er de Ni-, Co- og Fe-baserte superlegeringer i avhengighet av de spesielle anvendel-seskrav. Fe- og Co-baserte superlegeringer er ofte fast oppløsningsherdet. Ni-baserte legeringer har Ni som hovedbestanddel og inneholder ofte mengder av Cr, Co, Fe, Mo, W eller Ta og er ofte fast oppløsnings- eller utskillingsherdede. Utskillingsherdede Ni-baserte legeringer er utstrakt anvendt for gassturbinkomponenter og inneholder ofte Al, Ti eller Nb for fremstilling av en utskilt annen fase i løpet av en egnet varmebehandling. Eksempler på Ni-baserte utskillingsherdede superlegeringer anvendt for gassturbinkomponenter er slike som er kjente under handelsbetegnelsene INCO 713, B-1900, IN 100, MAR-M 200, og MAR-M 247. Eksempler på Co-baserte superlegeringer er MAR-M 509 og Haynes 188, og eksempler på Fe-baserte superlegeringer er Incoloy 802 og Incoloy 903. Super-legeringsgassturbinkomponenter er av og til smidde eller støpte og kan, for mer ekstreme arbeidsbetingelser, være retningsorientert størknede eller i form av enkeltkrystallstrukturer.

Det er blitt vanlig praksis å belegge superlegeringskomponenter med korrosjonsmotstandsdyktig materiale fordi superlegeringen som sådan normalt ikke være i stand til å motstå den korrosive/oksidative atmosfære under bruk.

Vår praksis er å aluminisere superlegeringen. Dette gjøres vanligvis ved anvendelse av en såkalt kassealuminiseringsprosess eller ved hjelp av fysikalsk damp-avsetning. Disse prosesser innbefatter diffusjon av Al inn i superlegeringen for å danne aluminider, så som NiAl i tilfellet av Ni-baserte superlegeringer. Under bruk dannes et overflatelag av A1203 for å beskytte det underliggende materiale, og dette er tilbøyelig til å skalle av på grunn av termisk ekspansjon og kontraksjon. Dette blir gradvis reparert av utad diffunderende Al, og til slutt når det ikke lenger er tilstrekkelig med Al til å erstatte avskallet materiale på et spesielt sted, vil super-legeringskomponenten være utsatt for hurtig lokal korrosjon. Krom og silisium enten sammen eller enkeltvis og alene eller i tillegg til aluminium kan likeledes ckffunderes inn i superlegeringen for å danne et overflatelag som innbefatter kromider eller silisider. Selv om henvisning heretter hovedsakelig vil bli gjort til aluminisering, vil det forstås at en slik henvisning skal fortolkes slik at den alternativt refererer mutatis-mutandis til forkromning og/eller silisiumisering.

En ytterligere praksis er å belegge superlegeringen med et overtrekk av for eksempel MCrAlY, MCrAlHf, MCrAlYHf, MCrAlYHfSi og MCrAlTaY hvor M er Co eller Ni eller Fe eller en blanding av disse. Tilsetningen av Y, Si eller Hf hjelper til med å hindre avskalling av A1203 fra overflaten og forlenger således komponentens levetid. Disse materialer kan påføres ved hjelp av plasmapåsprøyting eller ved hjelp av en samavsetningsprosess, så som den prosess vi beskriver i vårt patent GB-B-2 167 446. Det er vanlig å belegge en komponent med disse materialer for å danne et lag med en tykkelse på 75 til 200 um eller mer. Belegningsprosessene er kostbare, og belegningskomponenter med denne tykkelsesorden gir dem en levetid som er tilstrekkelig lang til å berettige prisen.

Et problem med lag av denne tykkelsesorden er at de er tilbøyelige til å være utsatt, da betingelser under bruk bli gradvis mer ekstreme i mer moderne gassturbiner, for termisk mekanisk utmattingssprekking, og dette er sterkt uønsket, spesielt dersom belegget påføres på en tynnvegget hul superlegeringskomponent så som et turbinblad, fordi sprekking av belegget kan bevirke bladsvikt.

US-A-4 897 315 beskriver plasmapåsprøyting av et 25,4 um lag av NiCoCrAlY på Ni-basert enkeltkrystallsuperlegering. Etter plasmaavsetning blir belegget hamret med glassperler, aluminisert med en kassesementeirngsblanding og blir til slutt ført gjennom diffusjons- og utskillingsvarmebehandlingstrinn. Patentet indikerer at den foretrukne metode for påføring av MCrAlY-belegget er ved plasma-påsprøyting, men patentet fremsetter også en generell angivelse om at MCrAlY kan påføres ved f.eks. plasmapåsprøyting, elektronstrålefordampning, elektroplettering, sputring eller oppslemmingsavsetning. En grunn til hamringsoperasjonen i henhold til teknikkens stand antas å være at MCrAlY i den avsatte form ikke er spesielt glatt.

Selv om US-A-4897315 nevner andre måter å avsette MCrAlY på, er ingen spesiell fremgangsmåte kjent som er i stand til å produsere et belegg som har både utmerket korrosjonsmotstandsdyktighet og utmerket elastisitet overfor termisk syklisering. Det antas at en hvilken som helst kjent pletteringsmetode enten pro-duserer et belegg som er for porøst med dårlig tykkelseskontroll på enkelte seksjoner eller som er utsatt for sprekking under termisk syklisering.

I vårt patent GB-B-2254338 redegjør vi for en metode for samavsetning av CoCrAlY ved en strømtetthet på 3 mA pr. kvadratcentimeter og badpulverkon-sentrasjon på 70 g/l i en periode på 24 timer for å produsere en beleggtykkelse på mellom 50 og 125 um. Selv om enkelte av pletteringsparametrene beskrevet i GB-B-2254338 er av lignende størrelsesorden som de som ble anvendt i eksemplet som er angitt nedenfor for å illustrere den foreliggende oppfinnelse, antas forskjellene å ha betydelige virkninger på strukturen av det belegg som produseres i praksis. GB-B-2254338 angår spesifikt et apparat og en fremgangsmåte for å overvinne problemene med belegning av komplekse eller plutselig foranderlige former og angår ikke løsning av de samme problemer som dem den foreliggende oppfinnelse skal løse.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å oppheve problemene i henhold til teknikkens stand og tar spesielt sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte som er i stand til å produsere et belegg som er uporøst, glatt med god tykkelseskontroll på alle seksjoner, og som ikke er lett utsatt for sprekking under termisk syklisering.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for produksjon av et belegg på et substrat, og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter ved hjelp av elektrolytisk avsetning å avsette en metallgrunnmasse Mi fra et bad som inneholder partikler av CrAlM2, slik at partiklene og grunnmassen samtidig avsettes, idet Mi er minst ett element valgt fra gruppen bestående Ni, Co og Fepg M2 er minst ett element valgt fra gruppen bestående av Y, Si, Ti, Hf, Ta, Nb, Mn, Pt og sjeldne jordmetaller, idet avsetningen utføres ved en strømtetthet på mindre enn 5 mA pr. kvadratcentimeter, laget er mindre enn 50 um tykt og avsetningen utføres ved et badinnhold på mindre enn 50 g/l av partiklene.

Det er foretrukket at fremgangsmåten utføres ved en strømtetthet på mindre enn 3 mA pr. kvadratcentimeter.

Ifølge oppfinnelsen har vi funnet at en relativt lav strømtetthet er en spesielt viktig parameter for belegningsprosessen. Før den foreliggende oppfinnelse ble strømtettheten ikke ansett som spesielt viktig for de fleste pletteringsprosesser, og dersom den ble betraktet som viktig, har det vært ansett ønskelig å plettere ved en betydelig høyere strømtetthet, se for eksempel US-A-5 064510 hvor en strømtetthet på 50 til 80 mA pr. kvadratcentimeter anvendes og hevdes fordelaktig å føre til en høy avsetningshastighet i området fra 100 um/h til 150 um/h.

Det anses at det er en fordom innen teknikken mot å anvende en relativt lav strømtetthet. Grunnen til dette vites ikke nøyaktig, men én forklaring kan være at belegningsprosessen er langsommere ved lave strømtettheter og således uheldig på-virker de samlede omkostninger.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse foretrekker vi en strømtetthet på mindre enn 2,5 mA pr. kvadratcentimeter. En strømtetthet på mindre enn ca. 2 mA pr. kvadratcentimeter er enda mer foretrukken under enkelte omstendigheter, og en strømtetthet på ca. 1 mA pr. kvadratcentimeter er et eksempel.

Ved de relativt lave strømtettheter som anvendes i henhold til oppfinnelsen, noterer vi en tilbøyelighet til at oppbygningen av partiklene på belegget som avsatt er tilbøyelig til å være forskjellig fra oppbygningen i badet ved at mindre partikler blir preferensielt innarbeidet (f.eks. under anvendelse av < 15 nm pulver blir > 10 um partiklene ikke innarbeidet så preferensielt som < 10 um partiklene). Dette er spesielt overraskende fordi ifølge teori basert på Faradays lov og Stokes ligning (se Transactions of the Institute of Metal Finishing, artikkelen med tittelen: "The Production of Multi-Component Alloy Coatings by Particle CoDeposition", av J. Foster og medarbeidere, s. 115-119, Vol. nr. 3-4, 1985) og idet det antas at egnede betingelser for strømtetthet og agitering anvendes, vil jo større partikkelstørrelsen er, desto mindre må badinnholdet være for å oppnå en spesiell fraksjon av pulver innarbeidet i belegget som avsatt. Man ville derfor forvente at større partikler ville bli preferensielt plettert, men vi har funnet at ved relativt lave strømtettheter finner det motsatte sted. Dette fenomen som forekommer i praksis antas å være i det minste delvis ansvarlig for de utmerkede belegg som kan oppnås ifølge den foreliggende oppfinnelse, og som overvinner problemene i henhold til teknikkens stand.

Ifølge en utførelsesform omfatter Mi Co. Dette hjelper til med å befordre et spesielt glatt belegg. Dersom det er ønskelig at Ni er til stede i belegget, kan et stenk av Ni elektropletteres enten på topp av det samavsatte materiale eller direkte på substratet før samavsetningstrinnet. Stenket av Ni kan ha en tykkelse på ca.

5 um.

Det foretrekkes at metallgrunnmassematerialet og partiklene som skal samavsettes danner et lag som er mindre enn 25 um tykt. Ifølge en spesielt foretrukken utførelsesform kan laget være ca. 15 um tykt. Laget kan imidlertid være mindre enn 15 um tykt idet ca. 12 eller 10 um (eller mindre enn disse verdier) er eksempler. For de fleste anvendelser foretrekkes det at laget er mer enn eller like med 5 um tykt, og det er enda mer foretrukket at det er mer enn eller like med 10 um tykt. Imidlertid kan laget for enkelte anvendelsers vedkommende være mer enn 15 um tykt.

Som nevnt ovenfor foretrekkes det at avsetningen utføres med et badinnhold på mindre enn 40 g/l av partiklene. Mer foretrukket anvendes et badinnhold på ca. 30 g/l eller mindre enn 30 g/l. Enda mer foretrukket anvendes et innhold på ca. 20 g/l eller mindre enn 20 g/l. Ifølge en spesielt foretrukken utførelsesform anvendes et badinnhold på ca. 10 g/l selv om lavere innhold, så som ca. 1 g/l, også tas sikte på. Disse relativt lave badinnhold sikrer at det avsatte belegg ikke bygges opp på en porøs måte og ikke er rutt.

Partiklene kan være sfæriske og de kan dannes ved anvendelse av et forstøvningsapparat, så som et munnstykkeforstøvningsapparat.

Partiklene i badet omfatter fortrinnsvis < 15 um

< 12 um eller < 10 um pulver.

Ifølge én foretrukken utførelsesform består partikkelfordelingen i badet av 25 % mellom 15 og 12 um, 45 % mellom 12 og 10 um og 30 % mindre enn 10 um. Vi har overraskende og uventet funnet at plettering med relativt lave strømtettheter resulterer i at små partikler blir preferensielt avsatt på substratet. Når pulver med denne fordeling i badet anvendes, kan en fordeling i belegget som er avsatt (som vektprosent av mengden av pulver i avsetningen) på 45 % < 10 um, 55 % mellom 10 og 12 um og 0 % mellom 12 og 15 um være resultatet.

Utmerkede belegg er oppnåelige ved hjelp av prosesser som innbefatter dette raffineringstrinn, og fortrinnsvis er et raffineringstrinn innbefattet i samavsetningstrinnet.

Ifølge én utførelsesform blir et lag av beskyttende materiale samavsatt som omfatter bare et monolag eller et dobbeltlag av partikler. Når for eksempel et

pulver som har en partikkelstørrelse på mindre enn 15 um suspenderes i badet, er det på grunn av raffineringen mulig å sedimentere, etter ønske, et i det vesentlige kontin-uerlig 12 eller 10 um monolag av partikler (idet de største partikler som er avsatt har en størrelse på henholdsvis 12 eller 10 um) selv om det i praksis er usannsynlig at for en hvilken som helst gitt ønsket beleggtykkelse ville pulvere bli anvendt som har partikler med en størrelse som er større enn den ønskede tykkelse. Ifølge en annen foretrukken fremgangsmåte kan 4 til 8 um pulver anvendes for å gi et dobbeltlag eller trippellag som etter ønske er i det vesentlige 10, 12, 15 eller 20 um tykt.

Ifølge én utførelsesform omfatter substratet på hvilket samavsatt materiale påføres en superlegeringskomponent som kan omfatte en komponent for en gassturbin. Ifølge en annen utførelsesform kan det samavsatte materiale påføres på toppen av en Ni-stenk (f.eks. 2 um tykk) plettert på superlegeringskomponentens overflate.

Etter samavsetning kan det samavsatte materiale bestå av mer enn 40 %

(basert på volum) av partiklene, og for enkelte anvendelser kan 45 % overskrides.

Under samavsetningsprosessen kan gass, så som luft eller en inertgass, gis tilgang til badet på et sted for å frembringe sirkulasjon i oppløsningen generelt oppad i én sone og generelt nedad i en annen sone idet substratet befinner seg i den annen sone under samavsetning. Substratet (eller komponenten av hvilken det danner en del) kan roteres rundt en akse som er horisontal eller som har en horisontal komponent under samavsetningen. Et elektroavsetningsapparat som beskrevet i vårt patent GB.B-2182055 kan anvendes.

Under visse omstendigheter kan det være ønskelig å rotere substratet rundt en første akse med en horisontal komponent og å rotere substratet rundt en annen akse som ikke er parallell med den første. Rotasjonssyklusen rundt den første akse kan innbefatte perioder med høyere vinkelhastighet og perioder med lavere vinkelhastighet. Den annen akse kan være perpendikulær på og/eller skjære den første akse. Rotasjonssyklusen rundt den første akse kan avvekslende være stans og kjør. Når substratet bare roterers rundt én akse som har en horisontal komponent, kan rotasjonssyklusen innbefatte perioder med høyere vinkelhastighet og perioder med lavere vinkelhastighet, og rotasjonen kan også avvekslende være stans og kjør. Manøvrering av substratet kan foretas i overensstemmelse med den prosess som er beskrevet i vårt patent

GB-B-2221921.

Ifølge en mest foretrukken utførelsesform blir det samavsatte materiale deretter aluminisert, for eksempel ved kasse- eller dampfasealuminisering. En for-diffusjonsvarmebehandling kan innbefattes mellom samavsetningen og aluminiseringen. Etter aluminiseirngstrinnet kan en etterdiffusjonsvarmebehandling anvendes, fortrinnsvis etterfulgt av et eldingsherdingstrinn.

Et platinaavsetningstrinn kan være innbefattet før eller etter aluminisering, fortrinnsvis før. Platinaavsetningen omfatter fortrinnsvis plettering av et lag av platina (i området 5 til 10 um tykt) på toppen av det samavsatte materiale. Fordif-fusjonstrinnet omfatter fortrinnsvis at det samavsatte materiale (og eventuelt platinalaget dersom et slikt finnes) utsettes for mellom 100 og 1100 °C i ca. én time under vakuum. Når en kassealuminiseringsprosess anvendes, finner denne fortrinnsvis sted ved ca. 900 °C i ca. 6 timer. Etterdiffusjonstrinnet omfatter fortrinnsvis at det aluminiserte belegg utsettes for ca. 1100 °C i ca. én time under et vakuum. Eldings-herdingstrinnet omfatter fortrinnsvis at det etterdiffunderte belegg utsettes for ca. 870 °C i ca. 16 timer under et vakuum.

En foretrukken fremgangsmåte innbefatter påføring av et i det vesentlige 15 um tykt lag av samavsatt materiale på substratet etterfulgt av aluminisering eller platina-aluminisering og varmebehandling. Etter varmebehandlingen er belegnings-materialets samlede tykkelse på superlegeringen fortrinnsvis mindre enn 75 um.

Substratet kan omfatte et hvilket som helst gassvasket substrat for en gassturbinkomponent, så som bæreplan-, rot- eller skjermpartiene til et blad.

I tillegg til eller som et alternativ til aluminisering eller platina-aluminisering av det samavsatte materiale som omtalt ovenfor kan et varmesperrelag, for eksempel av søyleformig materiale, avsettes som et sluttlag. Varmesperren kan omfatte et keramisk materiale, så som yttriumoksidstabilisert zirkoniumdioksid.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for fremstilling eller overhaling av en gassturbin-komponent, hvilken innbefatter belegging av et substrat i form av komponenten.

Oppfinnelsen kan utføres på forskjellige måter, men én belegnings-metode vil nå bli beskrevet som eksempel under henvisning til de ledsagende skjematiske tegninger, på hvilke:

Figur 1 er et perspektivriss av et beleggingsapparat,

Figur 2 er et sideriss av apparatet, .

Figur 3 er et frontriss av apparatet, og

Figur 4 er et perspektivriss av en jigg på hvilken artiklene som skal pletteres er opphengt.

Apparatet vist på tegningene omfatter et kar eller en beholder 1 med en parallellepipedisk formet øvre del 2 og en nedadavsmalnende nedre del 3 i form av en omvendt pyramide som er skrå slik at én sideflate 4 danner en fortsettelse av én sideflate 5 til den øvre del.

Beholderen 1 inneholder en skilleinnretning 6 som ligger i et vertikalt plan parallelt med beholderens sideflater 4 og 5 og som langs dens sidekanter 7 og 8 har kontakt med beholderens tilgrensende vertikale og skrånende plater. Skilleinnretningen deler således beholderen i en større arbeidssone 9 og en mindre retursone 11. Ved dens bunn er skilleinnretningen 6 avsluttet med en horisontal kant 12 over beholderens bunn for å opprette en innbyrdes forbindelse 13 mellom arbeidssonen 9 og retursonen 11. Ved dens topp er skilleinnretningen 6 avsluttet med en horisontal kant 14 under beholderens 1 toppkanter.

Ved bunnen av retursonen 11 finnes et luftinnløp 15 som er forbundet med en luftpumpe (ikke vist). I arbeidssonen 9 er en jigg 21 montert på hvilken arbeidsstykkene som skal belegges er montert, idet jiggen 21 er anordnet for å bevege arbeidsstykkene i beholderen på en måte som vil bli mer detaljert beskrevet nedenfor.

Når apparatet skal anvendes for elektrolytisk plettering, benyttes ledere for å påføre en spenning på arbeidsstykket montert på jiggen 21 i forhold til en anode som er opphengt i arbeidssonen.

For anvendelse av apparatet for samavsetning av et belegg på arbeidsstykkene blir arbeidsstykkene montert på jiggen 21 som er anbragt i beholderen som vist. Før eller etter plasseringen av jiggen blir beholderen fylt til et nivå 17 over skilleinnretningens 6 toppkant 14 med en pletteringsoppløsning som inneholder partikler som skal samavsettes. Luft slippes inn i innløpet 15, og denne stiger opp til retursonen 11 og hever med seg oppløsning og oppfangede partikler. Ved toppen av retursonen unnslipper luften, og oppløsningen og partiklene strømmer over den brede overløpsdemningskant dannet av skilleinnretningens toppkant 14 og strømmer nedad forbi arbeidsstykkene på jiggen 21. Ved bunnen av arbeidssonen 9 er partiklene til-bøyelige til å sedimentere og gli nedad langs beholderens skrå sider henimot den innbyrdes forbindelse 13 hvor de igjen fanges opp i oppløsningen og igjen føres rundt.

Etterhvert som partiklene som beveger seg nedad i arbeidssonen 9 treffer på arbeidsstykket, er de tilbøyelige til å avsette seg på arbeidsstykket hvor de blir inn-leiret i metallet som samtidig pletteres ut.

Som vist på Figur 4 og som beskrevet i GB-B-2254338 er arbeidsstykkene som skal belegges, montert på en jigg 21 som er vist på Figur 4 og som er opphengt i beholderen 1. Jiggen er vist i forenklet form på Figurene 2 og 3, men er sløyfet fra Figur 1 av klarhetsgrunner. Jiggen 21 omfatter et dekk 22 som passer over beholderens 1 topp, en nedadragende pilar 23 henimot én ende og et par med nedadragende styringer 24 på den annen ende. Styringene 24 har mot hverandre vendte styrebaner i hvilke et tverrhode 25 glir som bærer et vertikalt stativ 26 som passerer oppad gjennom et hull 27 i dekket 22 og passer til et drev 28 som er drevet av en reversibel elektromotor 29. Dekket 22 understøtter en annen elektromotor 31 som driver en vertikal aksel 32 som bærer et kjegledrev 33 som griper inn i et kronhjul 34 som er festet til én ende av en spindel 35 montert i pilaren 23. Den annen ende av spindelen 35 er via et universalledd 36 forbundet med én ende av en aksel 37 hvis andre ende er båret av et sfærisk lager 38 i tverrhodet 25.

Akselen 37 bærer flere sporer som er stivt festet til denne, og bare én spore 39 er vist på Figur 4. Sporen 39 strekker seg i et plan som inneholder akselens 37 akse idet sporens langsgående akse danner en vinkel a med akselens 37 akse. Tre gassturbinblader 42 som skal belegges, er montert på sporen 39 og i avstand langs denne, idet bladenes langsgående akser strekker seg i det nevnte plan og perpen-dikulært på sporens 39 langsgående akser slik at bladenes langsgående akser danner vinkler på (90-a)° med akselens 37 akse.

En elektromotorstyreinnretning 43 er montert på dekket 22 og er ved hjelp av ledninger 44 og 45 koblet til motorene 29 og 31. Styreinnretningen 43 er konstruert for å drive motoren 31 bare i én retning, men med en stopp for å rotere akselen 37 rundt en nominelt horisontal akse (x-aksen). Styreinnretningen 43 er konstruert for å drive motoren 29 alternativt i motsatte retninger for å resiprokere tverrhodet 25 og derved på rotasjonen rundt x-asken å legge på en oscillerende rotasjon rundt en roterende akse i universalleddet 36 (y-aksen).

Vinkelen a og parametrene for syklusene utført av motorene 29 og 31 er valgt for å passe til arbeidsstykket som belegges, for å sikre at alle overflater som skal belegges tilbringer tilstrekkelig tid generelt vendt oppad for å motta en tilstrekkelig mengde av nedadstrømmende partikler som skal innarbeides i det pletterte metall etterhvert som dette avsettes. Et spesielt eksempel på et belegg og fremgangsmåten for å danne dette vil nå bli beskrevet som eksempel.

Eksempel

Belegget skal dannes på et gassturbinblad 42 som har en bæreplandel 43 med et rotparti 44 ved én ende og et skjermparti 45 ved den annen ende, idet platt-formene til roten og skjermen begge strekker seg med vinkler på ca. 70° i forhold til bæreplandelens akse og idet rotpartiet og skjermpartiet har endeflater som strekker seg med henholdsvis 30° og 40° i forhold til omkretsen av ringen av hvilken bladet danner en del. For blader med denne geometri er vinkelen a 70°.

Det er ment for bladets bæreplan- og plattformdeler å produsere et belegg som inneholder 18,32 vekt% Cr, 8,25 vekt% Al, 0,457 vekt% Y og resten kobolt. For å fremstille et slikt belegg blir badet fylt med en koboltpletteringsopp-løsning som omfatter 400 gram C0SO4 • 7H20 pr. liter, 15 gram NaCl pr. liter og 20 gram borsyre, H3B03, pr. liter.

Badet holdes på en pH av 4,5 og en temperatur på 45 °C. Badet er fylt med pulver til en konsentrasjon på 10 gram pr. liter idet pulveret har en størrelses-fordeling på 5 til 12 um og er sammensatt av 67,8 vekt% krom, 30,1 vekt% aluminium og 1,7 vekt% yttrium. Størrelsesfordelingen for pulveret i prosenter er som følger: 0-2 um 0,01, 2-4 um 0,05,4-6 um 0,13, 6,8 um4,43, 8-10 um 43,61, 10-12 um51,77.

Før belegging blir de deler av rot- og skjermpartiene som ikke skal pletteres, forsynt med en voksmaske, og de øvrige overflater utsettes for de vanlige prepareringsbehandlinger som er egnede for koboltplettering.

Bladets festes til en jigg 50 med dets akse (se Figur 4) med 20° i forhold til jiggens x-akse som er horisontal. Under plettering blir jiggens x-akse oscillert pluss og minus 25° rundt y-aksen som er perpendikulær på x-aksen, med en syklustid på 3 minutter. Samtidig blir jiggen rotert rundt x-aksen i én retning og over 360° med en syklustid på 10 minutter for en fullstendig rotasjon. Imidlertid er rotasjonen rundt x-aksen periodisk med 10 sekunders stopperioder som veksler med 3 sekunders kjøringsperioder.

Plettering utføres ved en strømtetthet på 1,5 ampere pr. kvadratcentimeter i en periode som er tilstrekkelig til å produsere en beleggtykkelse på i det vesentlige 12 um.

Et belegg med utmerkede kvaliteter produseres som dekker bære-planpartiet og rot- og skjermplattformene og har en vektfraksjon med innarbeidet pulver på 0,27. De mindre partikler blir preferensielt plettert, og i det vesentlige ingen av partiklene som avsatt har en størrelse > 12 um, og de større partikler holder seg i pletteringsoppløsningen (dvs. de mellom 12 og 15 um). Etter fjerning av de belagte blader fra jiggen blir masken fjernet.

De belagte overflater kan deretter platina-aluminiseres ved elektroplettering av en 10 um avsetning av platina på disse,fordiffundering ved mellom 1000 og 1100 °C i én time under vakuum, kassealuminisering ved 900 °C i 6 timer, etter-diffundering ved 1100 °C i 1 time under vakuum og eldingsherding ved 870 °C i 16 timer under vakuum. Kassealuminiseringstrinnet kan omfatte en prosess med syklisk varierende trykk, så som beskrevet i EP-A-0024802.

Palladium eller ruthenium vil kunne anvendes istedenfor eller like godt som platina.

Spesielt foretrukne M2-elementer er Y, Hf og Si.

Belegg produsert i overensstemmelse med oppfinnelsen har god oksidasjonsmotstandsdyktighet og termisk utmattingsmotstandsdyktighet.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et belegg på et substrat, karakterisert ved at den omfatter ved hjelp av elektrolytisk avsetning å avsette en metallgrunnmasse Mi fra et bad som inneholder partikler av CrAlM2, slik at partiklene og grunnmassen samtidig avsettes, idet Mi er minst ett element valgt fra gruppen bestående av Ni, Co og Fe,og M2 er minst ett element valgt fra gruppen bestående av Y, Si, Ti, Hf, Ta, Nb, Mn, Pt og sjeldne jordmetaller, idet avsetningen utføres ved en strømtetthet på mindre enn 5 mA pr. kvadratcentimeter, laget er mindre enn 50 um tykt og avsetningen utføres ved et badinnhold på mindre enn 50 g/l av partiklene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avsetningen utøves ved en strømtetthet mindre enn 3 mA pr. cm<2>, fortrinnsvis mindre enn 2,5 mA pr. cm<2>, mer foretrukket mindre enn 2 mA pr. cm , for eksempel 1 mA pr. cm .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at laget av samavsatt grunnmasse og partikler er mindre enn 25 um tykt, fortrinnsvis ca. 15 um tykt.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at avsetningen utøves ved et badinnhold av partiklene på mindre enn 40 g/l, fortrinnsvis mindre enn 30 g/l eller mindre enn 20 g/l.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at partiklene er runde, og når de er suspendert i badet har de en partikkeldiameter mindre enn 15 um.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at partiklene i badet omfatter mindre partikler og større partikler, og at de mindre partikler mer fortrinnsvis innbefattes enn de større partikler under samavsetningen.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at et enkelt- eller dobbeltlag av partikler avsettes under den samtidige avsetning av metallgrunnmassen og partiklene.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den dessuten innbefatter aluminisering, forkromming eller silisiumisering av det samavsatte materiale.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den dessuten innbefatter plettering av et 5 til 10 um tykt lag av platina på toppen av det samavsatte materiale.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter samavsetning av et i det vesentlige 15 um tykt lag av metallgrunnmassen og partiklene på substratet, aluminisering, forkromming eller silisiumisering av det samavsatte materiale, og varmebehandling, hvor dersom varmebehandlingen finner sted før aluminisering, forkrommingen eller silisiumiseringen, omfatter behandlingen at det samavsatte materiale utsettes for mellom 1000 og 1100 °C i ca. én time under vakuum, og hvor dersom varmebehandlingen finner sted etter aluminiseringen, forkrommingen eller silisiumiseringen, omfatter behandlingen at det samavsatte materiale utsettes for ca.

1100 °C i ca. én time under vakuumbetingelser, idet tykkelsen til belegningsmaterialet på substratet etter varmebehandlingen er mindre enn 75 um.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den dessuten innbefatter avsetning av et varmesperrelag, som et sluttlag, etter samavsetningen.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at substratet velges fra gruppen bestående av en gassturbinaksel, -ring, -skive, -forbrenningsboksartikkel, -statorblad, -rotorblad, - styrefinne, gassturbinbladbæreplanseksjon, gassturbinbladrotparti og gass-turbinbladskjermparti.