DE3329908C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Schutzdiffusionsschicht auf Teilen aus einer Nickel-, Kobalt- und Eisenlegierung, bei dem man auf der Oberfläche des zu schützenden Teils einen Überzug aus einem Metall der Platin­ gruppe abscheidet und auf der genannten Oberfläche eine Diffusionsschicht aus Platin und Aluminium ausbildet, indem man die Oberfläche außer Kontakt mit einer Quelle einer gasförmigen aluminisierenden Substanz bei erhöhter Tempera­ tur aluminisiert.

Es ist seit langem bekannt, eine Schutzdiffusionsschicht von Aluminium auf Teile aus einer Nickel-, Kobalt- und Eisenlegierung durch Packzementierungsprozesse aufzubrin­ gen. Dabei geht man so vor, daß man solche Teile in ein Bett aus einem Pulvergemisch einpackt, welches aus einer Quelle für Aluminium und einem inerten Füllstoffmaterial besteht und das man auf erhöhte Temperatur (760-1093°C) mehrere Stunden lang erhitzt, um das Aluminium in die Oberflächen der zu behandelnden Legierungsteile eindiffundieren zu las­ sen.

Solche Schutzdiffusionsschichten sind insbesondere für Kom­ ponenten von Gasturbinenmotoren und dergleichen vorteil­ haft, die hohen Temperaturen und oxidierenden und heißen korrodierenden Umgebungen ausgesetzt sind.

Viele solche Teile haben eine relativ komplexe Gestalt mit inneren Kanälen bzw. Hohlräumen und dergleichen, die mit der bei der Packzementierung verwendeten Aluminiumquelle und dem inerten Material nicht in Kontakt kommen und die mit dem Pulvergemisch während des Packzementierungsprozes­ ses nicht nur überzogen werden, sondern sogar zugesetzt oder verstopft werden können. Sie müssen daher gereinigt werden. Solche Teile können auch Bereiche haben, die weni­ ger korrodierenden Umgebungen ausgesetzt sind und die da­ her einen geringeren Schutzüberzug benötigen als andere Bereiche.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von solchen Gegenständen in der Weise zu verbessern, daß man zuerst das Teil aus der Legie­ rung mit einem Metall der Platingruppe durch elektrolyti­ sche Beschichtung oder andere Maßnahmen beschichtet und sodann das mit Platin beschichtete Teil durch Packzementie­ rung aluminisiert. Ein solches Verfahren wird beispiels­ weise in der US-PS 36 77 789 beschrieben.

In der US-PS 41 48 275 wird weiterhin vorgeschlagen, hohle Rohre oder dergleichen in der Weise durch Diffusion zu aluminisieren, daß man die Hohlteile mit einem Verteiler verbindet und ein Trägergas über ein erhitztes Bett aus einem Gemisch, einer Quelle für Aluminium und einem inerten Füllstoff in die hohlen Teile überleitet und hineinpreßt, damit ein Teil des verflüchtigten Aluminiums in die Kanäle hineingetragen wird.

Aus der DE-AS 17 96 175 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Superlegierungsteile mit Metallen der Platingruppe über­ zogen und anschließend bei erhöhter Temperatur alitiert werden, wobei die Diffusionsalitierung mit einer Al-Al₂O₃- Pulverpackung durchgeführt wird.

Bei einem in der DE-AS 15 21 180 beschriebenen Verfahren werden Superlegierungsteile zunächst mit Platin und dann mit einer Al-Legierung aus einer Pulverpackung beschichtet.

Die GB-PS 15 45 305 beschreibt ein Verfahren zur Diffu­ sionsbeschichtung von Teilen aus Ni-, Co- und Fe-Legierun­ gen, bei dem zunächst eine Pt-Diffusionsschicht gebildet und anschließend alitiert wird. Schließlich ist aus der GB-PS 15 49 845 ein Verfahren zur Aluminisierung von Metallteilen, beispielsweise Turbinenschaufeln, bekannt, bei dem das zu behandelnde Teil vollständig von der Alumi­ nisierungspackung umschlossen ist. Dabei kann sich das zu behandelnde Teil entweder in direktem Kontakt mit dem alu­ minisierenden Material oder in einem sehr kleinen Käfig aus Drahtgaze, der ebenfalls vollständig von der Packung um­ schlossen ist, befinden. Letztere Maßnahme ist deswegen mit Problemen behaftet, weil der Käfig ebenfalls aluminisiert wird und weil sich die Öffnungen in der Gaze als Ergebnis der Aluminisierung zusetzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu überwin­ den und ein Verfahren zur Bildung einer Schutzdiffusions­ schicht zur Verfügung zu stellen, bei dem auch solche Teile behandelt werden können, die nach bekannten Verfahren nicht zufriedenstellend oder wirtschaftlich behandelt werden kön­ nen. Weiterhin soll die Möglichkeit gegeben sein, daß nur diejenigen Teile, die ein Beschichten benötigen, mit einem Überzug versehen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß man das Alumi­ nisieren in der Gasphase in der Weise durchführt, daß man das Teil bei erhöhter Temperatur oberhalb und im Abstand von einem Gemisch, bestehend aus einer Quelle von Aluminium, einem Aktivator und einem inerten Füllstoff, hält.

Erfindungsgemäß wird ein Überzug aus einem Metall der Platingruppe auf diejenigen Oberflächen aufgebracht, die den extremsten Hitze-, Oxidations- und Heißkorrosionsbe­ dingungen ausgesetzt sind. Danach wird das Teil mit einem Gemisch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, einem Aktivator und einem inerten Füllstoff bei erhöhter Tempera­ tur außer Kontakt aluminisiert.

Als Metall der Platingruppe wird vorzugsweise Platin ver­ wendet. Das beschichtete Teil kann bei erhöhten Temperatu­ ren im Vakuum oder einer inerten Atmosphäre zwischen 816°C und 1093°C bis zu 10 Stunden lang hitzebehandelt werden, bevor das Teil der in der Gasphase erfolgenden Aluminisie­ rung ausgesetzt wird. Diese Wärmebehandlung wird vorzugs­ weise 1 bis 5 Stunden lang durchgeführt, sie kann jedoch, aber mit einem gewissen Verlust von Wirksamkeit, auch weg­ gelassen werden. Die Gasphasen-Aluminisierung wird vor­ zugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 649°C bis 1149°C und über einen Zeitraum von 1 bis 20 Stunden, je nach der gewünschten Tiefe der Diffusionsschicht, durchgeführt. Ein bevorzugter Platinüberzug auf dem Teil wird durch elek­ trolytische Beschichtung aufgebracht, wobei die Dicke des Platinüberzugs zwischen etwa 2,54 µm und 17,8 µm liegt. Vorzugsweise wird die Gasphasen-Aluminisierung oberhalb ei­ nes Gemisches aus 1 bis 35% einer Aluminiumquelle, bis zu 40% Aktivator (gewöhnlich ein Halogenid) und zum Rest iner­ tem Füllstoff durchgeführt. Vorzugsweise beträgt die Dicke der gesamten kombinierten Diffusionsschicht aus Platin und Aluminium etwa 12,7 µm bis 101,6 µm.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Fließschema der bevorzugten Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Mikrophotographie eines Diffusions­ überzugs aus Platin und Aluminium, hergestellt gemäß dem Verfahren gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Diffusionsüberzug, bei dem die Alu­ miniumdiffusion durch Packzementierung erfolgt ist.

Das Fließschema der Fig. 1 illustriert die bevorzugten Pro­ zeßstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich die Inspektion, die Vorbereitung (Entfetten, Sandstrahlen, Spülen), Maskierung der nicht zu beschichtenden Bereiche, Beschichtung mit Platin, gegebenenfalls durchgeführte Wär­ mebehandlung zur Diffundierung des Platins, Maskierung der Bereiche, die nicht beschichtet werden sollen, und in der Gasphase erfolgende Aluminisierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Eine Turbinenschaufel mit Kühlkanälen wurde inspiziert, entfettet, mit dem Gebläse gereinigt und auf den kritischen Oberflächen mit Platin zu einer Dicke von 7,62 µm elektro­ lytisch beschichtet. Die beschichtete Turbinenschaufel wur­ de bei etwa 1038°C drei Stunden lang in einer Argonatmo­ sphäre wärmebehandelt, um das Platin in die Oberflächen hin­ eindiffundieren zu lassen. Die Schaufel wurde sodann ober­ halb einer Quelle für ein gasförmiges Aluminisierungsma­ terial und außer Kontakt mit derselben aufgehängt, 5 Stunden lang auf etwa 1093°C mit einem umlaufenden Argonträgergas erhitzt, welches umlaufende Trägergas sich um die Schaufel herum und durch die Kanäle bzw. Hohlräume bewegte. Das um­ laufende Trägergas trug das gasförmige Aluminisierungsma­ terial mit sich, welches die Abscheidung und Diffusion des Aluminiums in die Oberflächen der Schaufel hinein be­ wirkte. Ein Schnitt der Endoberfläche ist in Fig. 2 ge­ zeigt.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelten Teile sind, im Vergleich zu Teilen, die gemäß der US-PS 36 77 789 durch Packzementierung aluminisiert worden sind, erheblich beständiger gegenüber einer Oxidation und Heißkorrosion. Die komplexen inneren Passagen bzw. Kanäle in den erfin­ dungsgemäß behandelten Schaufeln weisen einen Schutzalumi­ niumüberzug auf, während Teile, die durch Packzementierung behandelt worden sind, Passagen aufweisen, die nicht alu­ minisiert sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit gleich gutem Erfolg auf neu hergestellte Teile oder erneuerte oder aufbereite­ te Teile angewendet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bildung einer Schutzdiffusionsschicht auf Teilen aus einer Nickel-, Kobalt- und Eisenlegierung, bei dem man auf der Oberfläche des zu schützenden Teils einen Überzug aus einem Metall der Platingruppe abscheidet und auf der genannten Oberfläche eine Diffusionsschicht aus Platin und Aluminium ausbildet, indem man die Oberfläche außer Kontakt mit einer Quelle einer gasförmigen alumini­ sierenden Substanz bei erhöhter Temperatur aluminisiert, dadurch gekennzeichnet, daß man das Alumi­ nisieren in der Gasphase in der Weise durchführt, daß man das Teil bei erhöhter Temperatur oberhalb und im Abstand von einen Gemisch, bestehend aus einer Quelle von Aluminium, einem Aktivator und einem inerten Füllstoff, hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Metall der Platingruppe Platin verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man den Überzug des Metalls der Platingruppe durch elektrolytische Beschichtung, Tau­ chen, Spritzen, Aufdampfen, Aufstäuben oder mechanisches Plattieren aufbringt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das mit dem Metall der Platingruppe überzogene Teil erhitzt, um das Platin in die Oberflächen des Teils vor dem in der Gasphase erfolgenden Aluminisieren einzudiffundieren.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man das Teil auf eine Temperatur zwischen 816°C und 1093°C in einem Vakuum oder einer iner­ ten Atmosphäre 1 bis 5 Stunden lang erhitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das in der Gasphase er­ folgende Aluminisieren bei einer Temperatur zwischen 649°C und 1149°C in einem Vakuum, einer inerten Atmosphäre oder einer reduzierenden Atmosphäre 1 bis 20 Stunden lang durch­ führt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man beim Aluminisieren ein Gemisch verwendet, welches im wesentlichen aus 1 bis 35% einer oder mehrerer Substanzen aus der Gruppe Aluminium und Aluminiumlegierungen, bis zu 40% Aktivator und zum Rest aus einem Aluminiumoxidfüllstoff besteht.