WO2012089200A1 - Verfahren zur erzeugung einer korrosionshemmenden diffusionsschicht in der oberflächennahen randzone eines aus einem metall oder einer metallischen legierung bestehenden substrats und schichtsystem hierfür - Google Patents

Verfahren zur erzeugung einer korrosionshemmenden diffusionsschicht in der oberflächennahen randzone eines aus einem metall oder einer metallischen legierung bestehenden substrats und schichtsystem hierfür Download PDF

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diffusion
oxygen
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Johannes Bauer
Mathias GALETZ
Michael Schütze
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Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V.
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    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a corrosion-inhibiting diffusion layer in the near-surface edge zone of a substrate made of a metal or a metallic alloy, wherein an inner metal-containing layer is applied to the surface of the substrate and wherein the substrate provided with the layer is subjected to a heat treatment in which the metal of the metal-containing layer is diffused into the near-surface edge zone of the substrate to form the corrosion-inhibiting diffusion layer.
  • diffusion layers are produced in the near-surface edge zone of the substrate, which are intended to slow down or completely prevent the high-temperature corrosion of the metal.
  • Current processes for producing precursors for protective diffusion layers in or on metallic substrates are, for.
  • CVD processes or the application of a layer of a metal-containing slip In the slip process, after application and drying, a heat treatment of the sub- strats at temperatures above 500 ° C, which leads to the diffusion of the metal present in the slurry, which is referred to as a diffusion metal, in the substrate metal to form there the corrosion-inhibiting diffusion layer.
  • the diffusion layer acts as a protective reservoir phase.
  • the heat treatment under a protective gas atmosphere takes place in separate furnaces.
  • the protective gas atmosphere is needed to prevent the access of oxygen to the diffusion metal.
  • the access of oxygen leads namely to the oxidation of the diffusion metal and thus to a reduced diffusion into the substrate metal to be coated.
  • oxygen partial pressure of the environment and substrate material the diffusion can even be completely prevented.
  • the invention is therefore based on the problem of simplifying the known production process for producing a corrosion-inhibiting diffusion layer. solution
  • the invention provides that prior to performing the heat treatment on the inner layer, an outer layer, which serves to lower the oxygen partial pressure in the inner layer is applied, and that the heat treatment takes place in an oxygen-containing atmosphere, wherein the outer layer, the inner layer and the substrate are protected from oxidation during the heat treatment in the oxygen-containing atmosphere.
  • an outer layer is applied to the inner layer.
  • the outer layer obstructs the access of oxygen to the diffusion metal.
  • the outer layer thus acts as an oxygen scavenger layer which lowers the oxygen partial pressure. This allows the material to be coated to be coated in situ in its ambient environment of use and no separate inert gas process is required.
  • the outer layer is slip-based, wherein the filler material has the composition of a low-melting, viscous and SiO 2 -based glass whose melting point is lower than that
  • the filler melts during the heat treatment and forms an oxygen-impermeable thin layer on the inner layer.
  • the outer layer is applied in the form of a silazane, siloxane or silicone polymer as a precursor, so that during the heat treatment, the layer is converted and, depending on the fillers, a vitreous or ceramic structure is formed.
  • the diffusion metal in the inner layer is selected from the group: Al, Cr, Si, Ti, Mn and Mo.
  • the metals mentioned are preferably applied to the substrate in the form of a slip, wherein the slurry containing the diffusion metal or the diffusion metals can be provided with an additional activator.
  • This may be, for example, NH 4 C1.
  • the invention further relates to a layer system for the diffusion of a metal into a metallic substrate in an oxygen-containing atmosphere, wherein on an inner metal-containing layer, an outer layer, which serves to lower the partial pressure of oxygen, is applied, whereby the inner metal-containing layer and the substrate is protected from oxidation during a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere.
  • composition of the layer system corresponds to the above description.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.
  • Fig. 3 shows the transverse section of a sample without a
  • Fig. 4 shows the transverse section of a sample with a
  • Oxygen scavenger layer
  • an inner layer 2 in the form of a slurry is applied to a substrate 1, which contains the diffusion metal to be diffused (in FIG. 1, the example selected is aluminum (AI)).
  • an outer layer 3 is also applied in the form of a slurry. This has as filler the composition of a low-melting viscous glass whose melting point is lower than the melting point of the diffusion metal in the underlying inner layer 2.
  • the glass consists essentially of SiO 2 and contains for the adjustment of
  • silazane, siloxane or silicone polymer As the precursor, Sor as outer layer 3 are applied.
  • This precursor can contain inorganic fillers to adjust the shrinkage and degradation behavior.
  • This precursor layer directly represents an oxygen barrier that is slowly converted to a ceramic or glassy structure during the heat treatment in an oxygen-containing atmosphere.
  • the oxygen of the oxygen-containing atmosphere can be reactively bonded.
  • the oxygen having an oxygen partial pressure of about 0.18 atm has free access to the diffusion metal (aluminum) of the inner layer 2.
  • the slurry of the outer layer 3 forms a dense, viscous and glassy layer out.
  • Si0 2 which is the main constituent of glass, is located in the Ellingham diagram (FIG. 2) above alumina (Al 2 O 3 ) and below other diffusion-relevant metals or metal oxides such as e.g. As chromium (Cr) or chromium oxide.
  • the SiO 2 is a stable oxygen barrier in the form of a protective oxide layer. The underlying metal is thus completely available for the diffusion process.
  • the base material of both samples consisted of the austenitic material 1.4845.
  • the samples were cylindrical and had a diameter of 8 mm.
  • an aluminum slurry consisting of water, polyvinyl alcohol and aluminum powder was sprayed onto the sample on all sides: this first layer was dried in air. Thereafter, the injection process was repeated a second time, so that an inner diffusion-containing layer 2 according to the invention was present.
  • the following process control in a tube furnace under synthetic air atmosphere was selected: heating at 5 ° C / min to 80 ° C, lh holding time, heating at 10 ° C / min to 300 ° C, 4h holding time, heating at 5 ° C / min to 690 ° C, 5h holding time (for diffusion), then cooling at a cooling rate of 5 ° C / min.
  • a sample was additionally provided with an oxygen scavenger layer.
  • the sample was immersed in a sol-gel after injecting the Al-containing slip twice.
  • the sol gel had the composition of a low-melting glass for the formation of the oxygen scavenger layer and consisted of seven main components, which when alkoxides and salts were mixed in ethanol and gradually combined to form a glassy oxide network.
  • alkoxides or salts the elements Si, B, Li, Al, Mg, Ca and Co were added.
  • FIGS. 3 and 4 each show transverse sections of the samples used.
  • the dark areas 4 each show the embedding material of the cut.
  • the large light areas 5 of the cut show the substrate 1 and the slightly gray areas 6 between them show a diffusion layer 7 in the edge zone of the substrate 1.
  • Fig. 3 shows the transverse section of the sample without an oxygen scavenger layer. So no outer layer was applied before the heat treatment.
  • the cross section shows only local diffusion of aluminum at the edge of the substrate 1.
  • Fig. 4 shows the transverse section of the sample with an oxygen scavenger layer. It was therefore applied an outer layer before the heat treatment.
  • the transverse section shows a continuous homogeneous diffusion layer 7 in the edge zone of the substrate 1, recognizable by the gray area 6 remaining substantially the same thickness.
  • the application of the diffusion metal can also be carried out by means other than spraying.
  • In question come z.
  • the above temperature control is exemplary of this system.
  • adjust the temperature control When using other systems (eg other binders) or other glass forming elements, adjust the temperature control.
  • the temperature control must also be adjusted when using other cover layers as oxygen scavengers.
  • the diffusion temperature is also adapted to the base material and diffusion metal used.
  • the system is also suitable for the simultaneous diffusion coating of several metals. Also with additional activator such. B. NH4C1.
  • the heating and cooling rates can also be set higher or lower. They are to be adapted to the system used.

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Abstract

Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zur Erzeugung einer korrosionshemmenden Diffusionsschicht (7) in der oberflächennahen Randzone eines aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehenden Substrats (1), wobei eine innere metallhaltige Schicht auf die Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht wird und wobei das mit der Schicht versehene Substrat (1) einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Um zu verhindern, dass das Metall der inneren Schicht während der Wärmbehandlung mit atmosphärischem Sauerstoff reagiert, wird auf die innere Schicht noch eine äußere Schicht aufgebracht, die der Absenkung des Sauerstoffpartialdrucks in der inneren Schicht dient, wodurch die innere Schicht und das Substrat (1) während der Wärmebehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre vor Oxidation geschützt werden. Es bildet sich daher eine gleichmäßige korrosionshemmende Diffusionsschicht (7) in der oberflächennahen Randzone des Substrats (1) aus.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erzeugung einer korrosionshemmenden Diffusionsschicht in der oberflächennahen Randzone eines aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehenden
Substrats und Schichtsystem hierfür
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer korrosionshemmenden Diffusionsschicht in der oberflächennahen Randzone eines aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehenden Substrats, wobei eine innere metallhaltige Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird und wobei das mit der Schicht versehene Substrat einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bei der das Metall der metallhaltigen Schicht zur Bildung der korrosionshemmenden Diffusionsschicht in die oberflächennahe Randzone des Substrats diffundiert.
Stand der Technik
Bei vielen Anwendungen im Hochtemperaturbereich kommt es zu Korrosionserscheinungen an metallischen Konstruktions- materialien (Substrate) aufgrund der Prozessgase, denen das Substrat ausgesetzt ist. Als Beispiel können jedwede Art von Verbrennungsprozessen angeführt werden.
Es werden daher so genannte Diffusionsschichten in der oberflächennahen Randzone des Substrats erzeugt, die die Hochtemperaturkorrosion des Metalls verlangsamen oder ganz verhindern sollen. Derzeitige Prozesse, um Precurso- ren für schützende Diffusionsschichten in oder auf metallischen Substraten zu erzeugen, sind z. B. CVD-Prozesse oder die Aufbringung einer Schicht aus einem metallhaltigen Schlicker. Beim Schlickerverfahren findet nach dem Aufbringen und Trocknen eine Wärmebehandlung des Sub- strats bei Temperaturen über 500°C statt, welche zur Diffusion des im Schlicker vorhandenen Metalls, das als Diffusionsmetall bezeichnet wird, in das Substratmetall führt, um dort die korrosionshemmende Diffusionsschicht zu bilden. Die Diffusionsschicht wirkt als schützende Reservoirphase. Bei heutigen großtechnischen Prozessanwendungen findet die Wärmebehandlung unter Schutzgasatmosphäre (z. B. Ar oder Ar mit H2) in separaten Öfen statt. Die Schutzgasatmosphäre wird benötigt, um den Zutritt von Sauerstoff an das Diffusionsmetall zu verhindern. Der Zutritt von Sauerstoff führt nämlich zur Oxidation des Diffusionsmetalls und somit zu einer verringerten Eindiffu- sion in das zu beschichtende Substratmetall. Je nach Schlickerzusammensetzung (entscheidend ist vor allem der Füllgrad, aufgrund dessen sich eine gewisse Aktivität einstellt) , Sauerstoffpartialdruck der Umgebung und Substratmaterial kann die Diffusion sogar komplett verhindert sein.
Problem
Vorhandener Sauerstoff (z. B. aus der Umgebungsluft) führt zu einer Oxidation des Diffusionsmetalls im Schlicker und infolgedessen zu einer Be- oder sogar Verhinderung der Diffusion des Diffusionsmetalls in das Substrat. Auch die Ausbildung einer diffusionshemmenden Sperrschicht (bestehend z. B. aus Chromoxid) an der Substrat - Oberfläche ist möglich. Eine Möglichkeit zur Verhinderung des Sauerstoffzutritts in den Schlicker ist die Durchführung der Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre. Dies ist aber mit einem hohen Aufwand verbunden.
Die Erfindung beruht daher auf dem Problem, den bekannten Herstellungsprozess zur Erzeugung einer korrosionshemmen- den Diffusionsschicht zu vereinfachen. Lösung
Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass vor Durchführung der Wärmebehandlung auf die innere Schicht eine äußere Schicht, die der Absenkung des Sauerstoffpar- tialdrucks in der inneren Schicht dient, aufgebracht wird, und dass die Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre stattfindet, wobei durch die äußere Schicht die innere Schicht und das Substrat während der Wärmebehandlung in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre vor Oxidation geschützt werden.
Zum Schutz der aufgebrachten metallhaltigen inneren
Schicht vor Oxidation während der Wärmebehandlung wird eine äußere Schicht auf die innere Schicht aufgebracht.
Es wird somit die Verwendung eines Zweischichtsystems vorgeschlagen, bei welchem die äußere Schicht den Zutritt des Sauerstoffs zum Diffusionsmetall behindert. Die äußere Schicht wirkt somit als Sauerstofffängerschicht , die den Sauerstoffpartialdruck senkt. Dadurch kann das zu beschichtende Material in seiner Einsatzumgebungsatmosphäre in situ beschichtet werden und es ist kein separater Schutzgasprozess mehr notwendig.
Vorzugsweise ist die äußere Schicht schlickerbasiert, wobei das Füllmaterial die Zusammensetzung eines niedrigschmelzenden, viskosen und auf SiO2 basierenden Glases besitzt, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der
Schmelzpunkt des Diffusionsmetalls der inneren Schicht.
Dadurch schmilzt das Füllmaterial bei der Wärmebehandlung und bildet eine für Sauerstoff undurchdringliche dünne Schicht auf der inneren Schicht. Alternativ wird, die äußere Schicht in Form eines Sila- zane-, Siloxane- oder Silicon-Polymers als Precursor aufgebracht, so dass es während der Wärmebehandlung zur Umwandlung der Schicht kommt und sich, je nach Füllstoffen, eine glasartige oder keramische Struktur ausbildet.
Vorzugweise wird das Diffusionsmetall in der inneren Schicht ausgewählt aus der Gruppe: AI, Cr, Si , Ti, Mn und Mo.
Es kann auch eine Kombination von mehreren Metallen zur Diffusion in der inneren Schicht zur Verfügung gestellt werden, wobei wenigstens eines der Metalle ausgewählt ist aus der Gruppe: AI, Cr, Si, Ti, Mn und Mo.
Die genannten Metalle werden vorzugsweise in Form eines Schlickers auf das Substrat aufgebracht, wobei der Schlicker, welcher das Diffusionsmetall oder die Diffusionsmetalle beinhaltet, mit einem zusätzlichen Aktivator versehen werden kann.
Hierbei kann es sich zum Beispiel um NH4C1 handeln.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Schichtsystem für die Eindiffusion eines Metalls in ein metallisches Substrat in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, wobei auf einer inneren metallhaltigen Schicht eine äußere Schicht, die der Absenkung des Sauerstoffpartial- drucks dient, aufgebracht ist, wodurch die innere metallhaltige Schicht und das Substrat vor Oxidation während einer Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre geschützt sind.
Die Zusammensetzung des Schichtsystems entspricht der obigen Beschreibung. Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher ausgeführt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Zweischichtsystems gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Ellingham Diagramm,
Fig. 3 den Querschliff einer Probe ohne eine
Sauerstofffängerschicht und
Fig. 4 den Querschliff einer Probe mit einer
Sauerstofffängerschicht .
Gemäß der Fig. 1 wird auf ein Substrat 1 eine innere Schicht 2 in Form eines Schlickers aufgebracht, welcher das zu diffundierende Diffusionsmetall (in der Fig. 1 ist das Beispiel Aluminium (AI) gewählt) beinhaltet. Nach dem Trocknen wird eine äußere Schicht 3 ebenfalls in Form eines Schlickers aufgebracht. Dieser besitzt als Füllmaterial die Zusammensetzung eines niedrigschmelzenden viskosen Glases, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Diffusionsmetalls in der darunter liegenden inneren Schicht 2. Das Glas besteht im Wesentlichen aus SiO2 und enthält für die Einstellung des
Schmelzpunktes relevante Begleitelemente wie z. B. Magnesium (Mg) , Kalzium (Ca) oder auch Bor (B) und Natrium (Na) .
Anstelle des Schlickers der äußeren Schicht 3 kann auch ein Silazane-, Siloxane- oder Silicon- Polymer als Precur- sor als äußere Schicht 3 aufgebracht werden. Dieser Pre- cursor kann zur Einstellung des Schrumpfungs- und Degradationsverhaltens anorganische Füllstoffe enthalten.
Diese Precursorschicht stellt direkt eine Sauerstoffbarriere dar, die während der Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre langsam zu einer keramischen oder glasartigen Struktur umgewandelt wird. Darin kann der Sauerstoff der sauerstoffhaltigen Atmosphäre reaktiv gebunden werden.
Die Schutzwirkung der äußeren Schicht 3 für die innere Schicht 2 vor Oxidation lässt sich wie folgt begründen:
In einem System ohne äußere Schicht hat der Sauerstoff mit einem Sauerstoffpartialdruck von ca. 0,18 atm freien Zugang zu dem Diffusionsmetall (Aluminium) der inneren Schicht 2. Beim Aufheizen des Zweischichtsystems bildet der Schlicker der äußeren Schicht 3 eine dichte, viskose und glasartige Schicht aus. Si02, welches der Hauptbestandteil von Glas ist, liegt im Ellingham Diagramm (Fig. 2) oberhalb von Aluminiumoxid (Al2O3) und unterhalb anderer für die Diffusion relevanter Metalle bzw. Metalloxide wie z. B. Chrom (Cr) bzw. Chromoxid. Für die oberhalb von SiO2 liegenden Metalle ist das SiO2 eine stabile Sauerstoffbarriere in Form einer schützenden Oxidschicht. Das darunter liegende Metall steht somit komplett für den Diffusionsvorgang zur Verfügung. Aluminium besitzt zwar thermodynamisch eine höhere Affinität zu Sauerstoff als Silizium, durch das umgebende SiO2 wird allerdings der Sauerstoffpartialdruck unterhalb der Glasschicht soweit abgesenkt, dass die Kinetik der Oxidation des Aluminiums stark verlangsamt ist. Auch dadurch wird die Eindiffusion des Beschichtungsmetalls deutlich gefördert.
Zur Verdeutlichung der Effektivität der Erfindung wird im Folgenden jeweils an Hand von zwei Proben, bei denen ein Diffusionsprozess zur Aluminiumanreicherung in der Randzone eines Substrats erfolgte, dargestellt, wobei eine der Proben mit einer schützenden äußeren Schicht (Sauerstofffangerschicht) versehen wurde und die andere nicht.
Das Grundmaterial von beiden Proben bestand aus dem austenitischen Werkstoff 1.4845. Die Proben waren zylindrisch und besaßen einen Durchmesser von 8 mm.
Als erstes wurde ein Aluminiumschlicker bestehend aus Wasser, Polyvinylalkohol und Aluminiumpulver allseitig auf die Probe gespritzt: Diese erste Schicht wurde an Luft getrocknet. Danach wurde der Spritzvorgang ein zweites Mal wiederholt, so dass eine innere, diffusionsmetallhaltige Schicht 2 gemäß der Erfindung vorlag.
Trocknungs- und Diffusionsprozess :
Für die Verdampfung der in der inneren Schicht vorhandenen und für den Diffusionsprozess nicht benötigten Verbindungen wurde folgende Prozessführung in einem Rohrofen unter synthetischer Luft-Atmosphäre gewählt: Heizen mit 5°C/min bis 80°C, lh Haltezeit, Heizen mit 10°C/min bis 300°C, 4h Haltezeit, Heizen mit 5°C/min bis 690°C, 5h Haltezeit (für Diffusion) , danach Abkühlung mit einer Abkühlrate von 5°C/min.
Probe mit Sauerstofffängerschicht :
Zur Bestätigung der theoretischen Überlegungen wurde eine Probe zusätzlich mit einer Sauerstofffangerschicht versehen. Die Probe wurde hierfür nach dem zweimaligen Spritzen des Al-haltigen Schlickers in ein Sol-Gel getaucht. Das Sol-Gel hatte für die Ausbildung der Sauerstofffängerschicht die Zusammensetzung eines niedrigschmelzenden Glases und bestand aus sieben Hauptkomponenten, welche als Alkoxide und Salze in Ethanol gemischt wurden und sich nach und nach zu einem glasartigen Oxidnetzwerk verbanden. Als Alkoxide bzw. Salze wurden die Elemente Si, B, Li, AI, Mg, Ca und Co beigegeben.
Von den Proben wurden metallographische Querschliffe präpariert .
Ergebnisse :
Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils Querschliffe der verwendeten Proben. Die dunklen Bereiche 4 zeigen jeweils das Einbettungsmaterial des Schliffes. Die großen hellen Bereiche 5 des Schliffes zeigen das Substrat 1 und die dazwischen liegenden leicht grauen Bereiche 6 zeigen eine Diffusionsschicht 7 in der Randzone des Substrats 1.
Fig. 3 zeigt den Querschliff der Probe ohne eine Sauerstofffängerschicht . Es wurde also vor der Wärmebehandlung keine äußere Schicht aufgebracht. Der Querschliff zeigt nur lokale Eindiffusion von Aluminium am Rand des Substrats 1. Es ist keine durchgehende Diffusionsschicht 7 in der Randzone des Substrats 1 entstanden. Teilweise ist keinerlei Diffusion in das Grundmaterial des Substrats 1 erkennbar .
Fig. 4 zeigt den Querschliff der Probe mit einer Sauerstofffängerschicht . Es wurde also vor der Wärmebehandlung eine äußere Schicht aufgebracht. Der Querschliff zeigt hingegen eine durchgehende homogene Diffusionsschicht 7 in der Randzone des Substrats 1, erkennbar an dem im Wesentlichen gleich dick bleibenden grauen Bereich 6.
Die Erfindung wurde am Beispiel von Aluminium als Diffusionsmetall erläutert. Das Konzept ist aber auch für wei- tere Sauerstoffäffine Elemente geeignet und analog übertragbar .
Die Aufbringung des Diffusionsmetalls kann auch mittels anderer Verfahren als des Spritzens erfolgen. In Frage kommen z. B. auch Tauchen, per Pinsel oder Sputtern.
Die oben genannte Temperaturführung ist beispielhaft für dieses System. Bei der Verwendung von anderen Systemen (z. B. andere Binder) oder andere Elemente zur Glasbildung ist die Temperaturführung anzupassen.
Die Temperaturführung ist ebenfalls anzupassen bei der Verwendung anderer Deckschichten als Sauerstofffänger .
Die Diffusionstemperatur ist ebenfalls dem verwendeten Grundmaterial und Diffusionsmetall anzupassen.
Das System ist auch für die gleichzeitige Diffusionsbe- schichtung mehrerer Metalle geeignet. Auch mit zusätzlichem Aktivator wie z. B. NH4C1.
Die Aufheiz- und Abkühlraten können auch höher oder niedriger gewählt werden. Sie sind dem verwendeten System anzupassen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung einer korrosionshemmenden Diffusionsschicht in der oberflächennahen Randzone eines aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehenden Substrats, wobei eine innere metallhaltige Schicht auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird und wobei das mit der Schicht versehene Substrat einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bei der das Metall der metallhaltigen Schicht zur Bildung der korrosionshemmenden Diffusionsschicht in die oberflächennahe Randzone des Substrats diffundiert, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung der Wärmebehandlung auf die innere Schicht eine äußere Schicht, die der Absenkung des Sauerstoffpartialdrucks in der inneren Schicht dient, aufgebracht wird, und dass die Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre stattfindet, wodurch die innere Schicht und das Substrat während der Wärmebehandlung in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre vor Oxidation geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht schlickerbasiert ist, wobei das Füllmaterial die Zusammensetzung eines niedrigschmelzenden, viskosen und auf SiO2 basierenden Glases besitzt, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Diffusionsmetalls der inneren Schicht .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht in Form eines Silazane-, Siloxane- oder Silicon-Polymers als Precursor auf- gebracht ist, so dass es während der Wärmebehandlung zur Umwandlung der Schicht kommt und sich, je nach Füllstoffen, eine glasartige oder keramische Struktur ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionsmetall in der inneren Schicht ausgewählt ist aus der Gruppe: A1, Cr, Si, Ti, Mn und Mo.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von mehreren Metallen zur Diffusion in der inneren Schicht zur Verfügung gestellt wird, wobei wenigstens eines der Metalle ausgewählt ist aus der Gruppe: A1, Cr, Si, Ti, Mn und Mo.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker, welcher das Diffusionsmetall oder die Diffusionsmetalle beinhaltet, mit einem zusätzlichen Aktivator versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator NH4C1 ist.
Schichtsystem für die Eindiffusion eines Metalls in ein metallisches Substrat in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer inneren metallhaltigen Schicht (2) eine äußere Schicht (3), die der Absenkung des Sauer- stoffpartialdrucks dient, aufgebracht ist, wodurch die innere metallhaltige Schicht (2) und das Substrat (1) vor Oxidation während einer Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre geschützt sind.
9. Schichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (3) schlickerbasiert ist, wobei das Füllmaterial die Zusammensetzung eines niedrigschmelzenden, viskosen und auf SiO2 basierenden Glases besitzt, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Diffusionsmetalls der inneren Schicht.
10. Schichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (3) in Form eines Silazane-, Siloxane- oder Silicon-Polymers als Precursor aufgebracht ist .
PCT/DE2011/002190 2010-12-30 2011-12-30 Verfahren zur erzeugung einer korrosionshemmenden diffusionsschicht in der oberflächennahen randzone eines aus einem metall oder einer metallischen legierung bestehenden substrats und schichtsystem hierfür WO2012089200A1 (de)

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