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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet
der Aluminidbeschichtungen, die auf Metallsubstrate diffundiert
werden, und insbesondere auf das genaue Zielen der Diffusion der
Beschichtung auf einen ausgewählten
Bereich des Substrats.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Das
Diffundieren von Aluminidbeschichtungen auf die Oberfläche von
Gasturbinenkomponenten aus Metall, wie etwa Schaufeln, Leitschaufeln, Brennkammerbehälter und
dergleichen ist eine herkömmliche
Art und Weise, um die unpassenden Effekte der Oxidation und Korrosion
auf diesen Komponenten zu reduzieren, wodurch ihre Nutzungsdauer aufrechterhalten
wird. Vor allem verlängern
Aluminidbeschichtungen die Betriebslebensdauer eines Teils, das üblicherweise
zum Betrieb bei Temperaturen von über 649°C (1200°F) verwendet wird. Solche Teile sind üblicherweise
aus Nickel oder aus auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierungen
hergestellt.
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Im
Wesentlichen teilen alle Verfahren der Aluminiumdiffusionsbeschichtung
einige gemeinsame Schritte des Fertigstellens der Beschichtung:
zuerst wird das Beschichtungsmaterial nahe dem oder in Kontakt mit
dem Metallsubstrat platziert; das Beschichtungsmaterial und das
Substrat werden dann erhitzt, bis das Beschichtungsmaterial auf
das Substrat diffundiert. Insbesondere involviert der Schritt des Platzierens
das Platzieren des Metallsubstrats in einer Retortenkammer mit einer
Quelle aus Aluminium und einem Halogenid-Aktivator. Die Quelle aus
Aluminium kann Reinaluminium oder eine intermetallische Verbindung,
die reich an Aluminium ist, sein, wie etwa eine Chrom-Aluminium-Legierung
oder Co2Al5 und
dergleichen. Der Aktivator kann jede Anzahl an Halogenid-Verbindungen
einschließlich
eines Aluminium-Halogenids, eines Alkalimetall-Halogenids, eines
Ammonium-Halogenids oder Mischungen davon umfassen. Der Aktivator
hat die Funktion, die Ablagerung von Aluminium auf der Oberfläche der Metallkomponente
zu erleichtern.
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Große Hitze
wird dann für
einen Zeitraum, der von zwei bis zwölf Stunden reicht, in einer
inerten Atmosphäre,
um das Auftreten von Oxidation zu verhindern, auf das Metallsubstrat,
die Aluminiumquelle und den Aktivator in der Retortenkammer angewendet.
Während
des Schritts des Erhitzens, dissoziiert der Halogenid-Aktivator
und reagiert mit Aluminiummetallionen von der Aluminiumquelle, um
Al-Halogenid-Zwischenprodukte
zu bilden, die zu der Oberfläche
des Metallsubstrats migrieren. Die Al-Halogenid-Zwischenprodukte „greifen" die Metallatome
des Metallsubstrats. Diese Atome reduzieren die Al-Halogenid-Zwischenprodukte,
um intermetallische Verbindungen, wie etwa Ni2Al3, NiAl oder NiAl3,
auf und etwas unterhalb der Oberfläche des Metallsubstrats zu
erzeugen. Diese intermetallischen Verbindungen sind Aluminide und
sind im Allgemeinen gegen Zersetzung bei hoher Temperatur beständig. Folglich werden
sie als Schutzbeschichtungen bevorzugt.
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Verfahren
der Diffusionsaluminidbeschichtung teilen auch eine zweite Gemeinsamkeit,
die als Aktivitäts-
oder Streuvermögen
bezeichnet wird, die von der Verwendung eines Halogenid-Aktivators
herrührt.
Das Streuvermögen
bezieht sich auf die Stärke des
Halogenid-Aktivators beim Reagieren mit den Aluminiumionen in der
Aluminiumquelle. Das Streuvermögen
ist im Wesentlichen ein Maß des
Potentials, das ein Halogenid-Aktivator bei der Erleichterung einer
Beschichtungsreaktion aufweist. Diese Halogenid-Aktivatoren mit
größerem Streuvermögen bilden
mehr reaktionsfreudige Al-Halogenid-Zwischenprodukte.
Dementsprechend können
sie die Metallatome des Substrats leichter aus ihrer Kristallstruktur
reißen
als auch Metallatome, die tiefer in dem Substrat sind, herausreißen. Halogenid-Aktivatoren
mit größerem Streuvermögen sind
in der Lage, eine stärkere
Beschichtungsreaktion zu erleichtern, was wiederum mit der Dicke
der abgelagerten Beschichtung zusammenhängt.
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Diffusionsaluminidbeschichtungen
hängen folglich
von der chemischen Reaktionsfähigkeit
zwischen dem Aluminium-Halogenid-Zwischenprodukt und
den Metallatomen des Substrats ab, was, wie gerade erörtert, eine
Funktion der Reaktionsfähigkeit des
Halogenid-Aktivators
ist. Andere Faktoren, die die Tiefe und die Qualität der Beschichtung
beeinflussen, umfassen die Erhitzungstemperatur und das Vorhandensein
eines beliebigen anderen Materials, das entweder in der Erhitzungskammer
oder auf der Oberfläche
des Substrats platziert wird, was das Streuvermögen des Halogenid-Aktivators
hemmen könnte.
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Im
Wesentlichen beziehen sich die Unterschiede zwischen den verschiedenen
Verfahren der Diffusionsbeschichtung auf die Entfernung beim Platzieren
und auf das proximale Verhältnis
zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Substrat. In der Vergangenheit
wurden Aluminidbeschichtungen durch das so genannte Verfahren des „Pack-Oberflächenhärtens durch
Diffusion" gebildet,
das in dem U.S. Pat. Nr. 3,257,230 an Wachtell et al. und dem U.S.
Pat. Nr. 3,544,348 an Boone beschrieben wurde. Bei diesem Verfahren
wird das Metallsubstrat in ein Beschichtungsmaterial in Form eines
Pulvers, das eine Aluminiumquelle und einen Halogenid-Aktivator
enthält,
eingetaucht. Das heißt,
das Beschichtungsmaterial steht mit dem Substrat in Kontakt. Andere,
in Kontakt stehende Hilfsmittel umfassen ein Beschichtungsband und
Schlämme.
Da das Hilfsmittel direkt auf die zu behandelnde Oberschicht aufgetragen
wird, stellen diese Verfahren Varianten des Verfahrens des Pack-Oberflächenhärtens durch
Diffusion dar. In der Tat erörtert
das U.S. Pat. Nr. 5,334,417 an Rafferty et al. die Verwendung eines Beschichtungsbands,
um auf einer Metalloberfläche eine
Beschichtung nach Art des Pack-Oberflächenhärtens durch
Diffusion zu bilden. Das U.S. Pat. Nr. 6,045,863 an Olson et al.
setzt ein Beschichtungsband ein, das eine Zwei-Zonen-Diffusionsbeschichtung
produziert. Das U.S. Pat. Nr. 5,674,610 an Schaeffer et al. verwendet
ein Beschichtungsband, um eine Chromdiffusionsbeschichtung, keine
Aluminiddiffusionsbeschichtung, durchzuführen. Das U.S. Pat. Nr. 4,004,047
an Grisik bietet ein Beschichtungsband, bei dem die Aluminiumquelle
eine Pudermischung aus Fe-Al ist. Auch das U.S. Pat. Nr. 6,110,262
an Kircher et al. offenbart eine Schlämme für eine Diffusionsaluminidbeschichtung.
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Das
so genannte „Oberhalb-des-Packs"-Beschichtungsverfahren,
bei dem das Metallsubstrat in einem Retortenkammergerät oberhalb
des Beschichtungsmaterials liegt, unterscheidet sich etwas von dem
Verfahren des Pack-Oberflächenhärtens durch Diffusion.
Das Beschichtungsmaterial liegt typischerweise in Form eines Pulvers
vor und steht mit dem Substrat nicht in Kontakt. Außer einer
Aluminiumquelle und einem Halogenid-Aktivator kann das Beschichtungsmaterial
nach Bedarf ein Oxid und ein Modifikationsmittel enthalten, um die
Aktivität
des Halogenid-Aktivators
zu reduzieren. Siehe z. B. das U.S. Pat. Nr. 4,132,816 an Benden
et al.; das U.S. Pat. Nr. 4,148,275 an Benden et al.; das U.S. Pat.
Nr. 4,501,766 an Shankar et al. und das U.S. Pat. Nr. 5,217,757
an Milianik et al. Im Wesentlichen beschreiben diese Verweise eine
Dampfaluminiddiffusion, wodurch interne Merkmale eines Metallteils
beschichtet werden können.
Eine weitere Variation ist das chemische Dampfablagerungsverfahren
des U.S. Pat. Nr. 5,658,614, das in Basta et al. beschrieben ist.
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Die
Europäische
Patentanmeldung
EP
0 837 153 A2 lehrt einen Prozess zur Bildung einer örtlich beschränkten Beschichtung,
wobei der Prozess ein Beschichtungsmaterial in Form eines Bands
einsetzt, das auf dem Werkstück
positioniert ist, d. h. in Kontakt steht.
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Das
Vereinigte Staaten Patent 6,120,843 lehrt einen Prozess des Auftragens
eines Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück aus Metall mittels Gasphasendiffusion,
um eine gleichmäßige Beschichtung
auf dem Werkstück
zu bilden. Gemäß dem Prozess
werden sowohl das Werkstück
als auch das Beschichtungsmaterial innerhalb eines Reaktionsgefäßes platziert,
so dass das Beschichtungsmaterial nicht mit dem Werkstück in Kontakt
steht und das Reaktionsgefäß wird unter
einer inerten Atmosphäre
erhitzt.
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Ein
Problem bei der Verwendung von Diffusionsaluminidbeschichtung für Motorteile
einer Gasturbine ist die Unfähigkeit
gewesen, immer wieder Beschichtungen von unzugänglichen oder schwer zu erreichenden
Teilabschnitten eines zu beschichtenden Teils zu erreichen. Verfahren,
die erfordern, dass das Beschichtungsmedium mit dem Metallsubstrat
in Kontakt steht, können,
unabhängig
davon, ob das Medium in Form eines Pulvers, als ein Band oder eine
Schlämme
vorliegt, keinen unzugänglichen
Teilabschnitt beschichten.
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Der
Betrag an Beschichtungsmedium, das auf die Substratoberfläche aufgetragen
wird, beeinflusst normalerweise die diffundierte Beschichtungsdicke.
Vorherige Beschichtungsverfahren des In-Kontakt-Stehens haben eine Herangehensweise des
Auftragens des Beschichtungsmediums für schwer zu erreichende Teilabschnitte
des Teils auf gut Glück
zur Folge. Abhängig
von der äußeren Form und
der Unregelmäßigkeit
des Teilabschnitts, der beschichtet werden soll, hat jedoch die
Verwendung eines Beschichtungsmechanismus des In-Kontakt-Stehens,
wie etwa eines Pulvers oder einer Schlämme, für schwer zu erreichende Teilabschnitte
des Teils wahrscheinlich zur Folge, dass eine unebene Beschichtungsschicht
auf das Substrat aufgetragen wird. In vielen Fällen ist das Beste, das getan
werden kann, um das Beschichtungsmedium auf schwer zu erreichende
Metallsubstrate zu bringen, abzuschätzen, dass ein In-Kontakt-Bezug
hergestellt wurde. Das Weiteren wird durch das Anlegen einer Schlämme auf
einem schwer zu erreichenden Teil ein unentdeckter oder unkontrollierbarer
Kontakt auf Teilabschnitten des Teils, die nicht beschichtet werden
sollen, riskiert. Das Entdecken einer unreinen oder unebenen Auftragung
des Beschichtungsmediums kann schwierig sein. Darüber hinaus
ist es schwierig, eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke
zu entdecken, wenn eine unentdeckte unebene Auftragung des Beschichtungsmediums
erhitzt worden ist.
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Verfahren
der Aluminiddiffusion, die ein Nicht-in-Kontakt-Stehen erlauben,
wie etwa das Oberhalb-des-Packs-Oberflächenhärten durch Diffusion oder die
Dampfdiffusion, können
etwas mehr Kontrolle als Verfahren des In-Kontakt-Stehens bereitstellen.
Dies ist der Fall, da bei den obigen Verfahren die Diffusionsbeschichtung
als eine Folge darauf auftritt, dass die gesamte Oberfläche des
Teils automatisch dem Aluminiumdampf in der Erhitzungskammer ausgesetzt
ist. In Bezug auf schwer zu erreichende Oberflächen hat das Oberhalb-des-Packs-Oberflächenhärten durch
Diffusion zum Beispiel eine Art und Weise bereitgestellt, um auf
internen Oberflächen
von ausgesparten Artikeln, wie etwa Schaufeln und Leitschaufeln
von Gasturbinen, eine metallische Beschichtung abzulagern. Siehe
U.S. Pat. Nr. 4,148,275 an Benden et al. Ausgesparte Schaufeln von
Gasturbinen werden in einer Kammer über der platziert, in der das
Beschichtungsmedium platziert wird. Das Beschichtungsmedium, ein
Pulver, wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Al-Halogenide
verdampfen und sie werden in die Schaufelaussparungen gelenkt. Siehe
auch U.S. Pat. Nr. 4,132,816 an Benden et al.
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Das
Benden-Verfahren ist jedoch ziemlich beschränkt und ist lediglich dann
sachdienlich, wenn das Beschichten der gesamten internen Oberfläche von
ausgesparten Teilen des Turbinenmotors gewünscht wird. Dieses Verfahren
erfordert spezialisierte Geräte,
die angepasst sind, so dass der Beschichtungsdampf in die Schaufelaussparungen
gepumpt werden kann. Solch ein spezialisiertes Verfahren ist für die örtlich beschränkte Reparatur
der Aluminidbeschichtung von Teilabschnitten von Teilen des Turbinenmotors
nicht leicht anwendbar. Noch ist das spezialisierte Benden-Verfahren
und das Gerät zum
Beschichten spezifischer Arten externer Merkmale eines Teils eines
Turbinenmotors, wie etwa Kantendichtungen und Taschen an der Unterseite der
Standfläche,
die keine Aussparungen darstellen, in die die Dampfbeschichtung
gepumpt werden kann, jedoch die Schaufel halbieren, leicht anwendbar.
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Andere
Versuche der örtlich
beschränkten Aluminiddiffusionsbeschichtung
beruhen lediglich darauf, dass das Beschichtungsmedium und das Substrat
in Kontakt stehen. Siehe z. B. das U.S. Pat. Nr. 6,045,863 an Olson
et al. zum Auftragen eines Beschichtungsbands direkt auf die Oberfläche, die repariert
werden soll; das U.S. Pat. Nr. 5,334,417 an Rafferty et al. zum
Auftragen eines Beschichtungsbands auf einen örtlich beschränkten Bereich
eines Metallsubstrats, der repariert werden soll; das U.S. Pat.
Nr. 5,658,614 an Basta et al. zum Auftragen einer örtlich beschränkten Beschichtung
aus Platin als eine Vorbehandlung auf einen Teilabschnitt einer
Turbinenschaufel, der repariert werden soll, dann das Aussetzen
der Schaufel der Dampfdiffusion, um eine gleichmäßige Beschichtung über den
vorbehandelten Bereich zu erzeugen. Siehe auch das U.S. Pat. Nr.
6,203,847 an Conner et al., das U.S. Pat. Nr. 6,274,193 an Rigney
et al. Keiner der angeführten Nachweise
beschreibt ein Verfahren für
die Aluminidbeschichtung unebener oder unregelmäßiger Oberflächen.
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Was
gegenwärtig
gebraucht wird ist ein Verfahren zum Produzieren einer gezielt ausgerichteten Diffusionsaluminidbeschichtung,
das sowohl zur ersten Beschichtung als auch zur Reparaturbeschichtung
von schwer zu erreichenden Oberflächen, insbesondere Oberflächen von
Teilen des Turbinenmotors, geeignet ist. Ein solches Verfahren sollte
im Stande sein, eine erstmalige Beschichtung oder eine Reparaturbeschichtung
auf unregelmäßigen Oberflächen zu
produzieren. Darüber
hinaus sollte ein solches Verfahren der gezielt ausgerichteten Aluminidbeschichtung
die Möglichkeit,
dass nicht als Ziel gesetzte, angrenzende Bereiche des Substrats
während
des örtlich
beschränkten
Prozesses ebenfalls beschichtet werden, minimieren. Das örtlich beschränkte Beschichtungsverfahren,
das benötigt wird,
wird darauf beruhen, dass das Beschichtungsmedium und das Substrat
nicht in Kontakt stehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Zusammensetzungen zur
Bildung einer Aluminidbeschichtung auf einer Zieloberfläche eines
Metallsubstrats, die ansonsten nicht leicht zugänglich ist, bereit. Die Zieloberfläche begrenzt
einen enthaltenen Raum des Substrats. Das vorliegende Verfahren
ist besonders sachdienlich, wenn lediglich ein kleiner Abschnitt
eines Metallsubstrats eine Beschichtung erfordert und wenn ansonsten
großflächiges Maskieren
des Substrats erforderlich wäre,
um unter Verwendung herkömmlicher
Prozesse die Beschichtungen aufzutragen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung einer Aluminidbeschichtung
auf einer Zieloberfläche
eines Metallsubstrats bereitgestellt. Die Zieloberfläche begrenzt
einen enthaltenen Raum des Substrats. Das Verfahren beinhaltet das
Positionieren eines Beschichtungsbands über dem enthaltenen Raum, um
zumindest teilweise den enthaltenen Raum zu umschließen. Das
Beschichtungsband steht mit der Zieloberfläche nicht in Kontakt. Das Beschichtungsband
beinhaltet eine Mischung, die Folgendes beinhaltet: (i) zumindest
eine Aluminiumquelle, die von etwa 70% bis etwa 99% nach Gewicht
der Mischung beinhaltet, wobei die Aluminiumquelle von etwa 20 Gew.-%
bis etwa 60 Gew.-% Aluminium enthält; und (ii) zumindest einen
Halogenid-Aktivator, der von etwa 1% bis etwa 15% nach Gewicht der
Mischung beinhaltet. Des Weiteren beinhaltet das Beschichtungsband
zumindest ein Bindemittel. Die Zieloberfläche wird auf eine Temperatur
erhitzt, die wirksam ist, zu verursachen, dass der Halogenid-Aktivator
mit Aluminiumionen von der Aluminiumquelle reagiert, um innerhalb des
enthaltenen Raums ein Al-Halogenid-Zwischenprodukt zu bilden, wobei
das Al-Halogenid-Zwischenprodukt mit der Zieloberfläche reagiert,
wodurch auf der Zieloberfläche
eine Aluminidbeschichtung gebildet wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung einer Aluminidbeschichtung
auf einer Zieloberfläche
eines Metallsubstrats bereitgestellt. Die Zieloberfläche begrenzt
einen enthaltenen Raum des Substrats. Das Verfahren beinhaltet das
Positionieren eines Bands über
dem enthaltenen Raum, um zumindest teilweise den enthaltenen Raum
zu umschließen,
jedoch nicht in Kontakt mit der Oberfläche. Eine Beschichtungszusammensetzung
aus Schlämme
wird dann auf das Band angelegt. Die Beschichtungszusammensetzung
aus Schlämme
beinhaltet (1) eine feste Pigmentmischung, die den Betrag von etwa
30% nach Gewicht bis etwa 80% nach Gewicht der Beschichtungszusammensetzung
aus Schlämme
aufweist, wobei die feste Pigmentmischung eine Cr-Al-Legierung beinhaltet,
die von etwa 20 Gew.-% Al bis etwa 60 Gew.-% Al der Legierung enthält; und
LiF in einem Betrag von etwa 0,3 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% der Cr-Al-Legierung vorliegt;
(2) zumindest ein organisches Bindemittel; und (3) ein Lösungsmittel.
Das Band ist angepasst, um sich bei dem Erhitzen auf eine Zersetzungstemperatur,
die unter einer Temperatur liegt, die wirksam ist, zu verursachen,
dass die Legierung mit dem LiF reagiert, um ein Al-F-Zwischenprodukt
zu bilden, das mit der Zieloberfläche reagiert, im Wesentlichen
ohne Rückstand
zu zersetzen. Die Zieloberfläche
wird auf eine Temperatur erhitzt, die wirksam ist, zu verursachen,
dass die Legierung mit dem LiF reagiert, um ein Al-F-Zwischenprodukt zu
bilden, das mit der Zieloberfläche
reagiert, und wodurch auf der Zieloberfläche eine Aluminidbeschichtung
gebildet wird.
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Auf
Wunsch kann vor dem Positionieren des Beschichtungsbands ein Maskierungsmaterial
auf einen Bereich des Metallsubstrats aufgetragen werden. Der Bereich
ist lateral an den enthaltenen Raum angrenzend und nicht innerhalb
des enthaltenen Raums. Das Maskierungsmaterial hemmt das Beschichtungsmaterial,
auf dem lateral angrenzenden Bereich eine Aluminidbeschichtung zu
bilden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet ein Artikel ein Metallsubstrat mit einer
Zieloberfläche,
die einen enthaltenen Raum, der von dem Substrat gebildet wird,
begrenzt und ein Beschichtungsband, das über dem enthaltenen Raum angelegt
wird, um zumindest teilweise den Raum zu umschließen. Das
Beschichtungsband steht mit der Zieloberfläche nicht in Kontakt. Das Beschichtungsband
beinhaltet Folgendes: (1) eine Mischung aus (i) zumindest einer
Aluminiumquelle, die von etwa 70% bis etwa 99% nach Gewicht der
Mischung beinhaltet, wobei die Aluminiumquelle von etwa 20 Gew.-%
bis etwa 60 Gew.-% Aluminium enthält; und (ii) zumindest einem
Halogenid-Aktivator, der von etwa 1% bis etwa 15% nach Gewicht der
Mischung beinhaltet; und (2) zumindest ein Bindemittel. Nach dem
Erhitzen des Metallsubstrats auf eine Temperatur, die wirksam ist,
zu verursachen, dass die Aluminiumquelle mit dem Halogenid-Aktivator
und der Zieloberfläche
reagiert, wird auf der Zieloberfläche eine Aluminidbeschichtung
gebildet.
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Wie
hierin verwendet, bedeutet „Aluminiumquelle" elementares Aluminium
oder eine Verbindung oder Legierung aus Aluminium.
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Wie
hierin verwendet, bedeutet „Zieloberfläche" einen Abschnitt
der Oberfläche
eines Metallsubstrats, der aluminiddiffusionsbeschichtet werden
soll.
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Wie
hierin verwendet, bedeutet „enthaltener Raum" einen Raum, der
durch die Zieloberfläche
begrenzt ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Beschichtungsbands, das eine Zieloberfläche auf
einem Teil eines Turbinenmotors gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung abdeckt.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der ein Querschnitt des röhrenförmigen Rauminhalts
eines Teils des Turbinenmotors die Zieloberfläche, die beschichtet werden
soll, bildet.
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3 zeigt
eine Maskierungsausführungsform
aus 1, bei der Bereiche, die lateral an die Zieloberfläche angrenzend
sind, maskiert sind.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die als das Beschichtungsmaterial eine
Schlämme
verwendet.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Bildung einer Aluminidbeschichtung
auf einer Zieloberfläche
eines enthaltenen Raums eines Metallsubstrats bereit und insbesondere
von Metallsubstraten, die Teile des Turbinenmotors beinhalten. Der Prozess
des Beschichtens kann zur Bildung von entweder einer ersten Beschichtung
oder einer Reparaturbeschichtung auf Teilen des Turbinenmotors,
insbesondere von Teilen, die aus Nickel und Superlegierungen aus
Nickel oder Kobalt hergestellt sind, verwendet werden.
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Die
Zieloberfläche,
die beschichtet werden soll, kann sich über einen Teilabschnitt des
Metallsubstrats erstrecken und mehr als ein Merkmal umfassen, wie
etwa regelmäßig auftretende
Löcher
bei mit Abstand angeordneten Intervallen. Die Zieloberfläche kann
sich als ein Artefakt entwickelt haben, das durch Metallmüdung oder
Oxidation des Metalls durch die Verwendung erzeugt wird. Beispiele
von Merkmalen, die von der örtlich
beschränkten
Beschichtung der vorliegenden Erfindung profitieren werden, umfassen
Einkerbungen, Mulden, Durchgangslöcher, Taschen, Aussparungen,
Ausschnitte, Vertiefungen und dergleichen. Die Zieloberflächen können jede
Form, wie etwa eine kreisförmige,
ovale, elliptische, vierkantige, rechteckige, fünfeckige und dergleichen, annehmen.
Darüber
hinaus muss das Merkmal, das nach dem vorliegenden Verfahren beschichtet
wird, nicht konkav sein, kann jedoch ein Vorsprung oberhalb der
Oberfläche
des Metallsubstrats, wie etwa ein Befestigungsmittel, z. B. ein
Stift oder dergleichen, sein. Für
derartige vorspringende Merkmale kann, solange das Beschichtungsmaterial um
die Zieloberfläche
positioniert wird und mit ihr nicht in Kontakt steht, um dadurch
einen enthaltenen Raum zwischen der Zieloberfläche und dem Beschichtungsmaterial
zu erzeugen, die vorliegende Erfindung verwendet werden, um eine
Aluminidbeschichtung auf der Zieloberfläche zu bilden. Der enthaltene
Raum kann jede volumetrische Form annehmen, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf, kugelförmige,
konische, kubische, röhrenförmige, helixartige,
glockenförmige,
v-förmige,
pyramidale, zylindrische und diskoidale.
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Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens, in 1 gezeigt, wird ein Beschichtungsband 16 über einer
Ausnehmung platziert, die sich in der Oberfläche eines Metallsubstrats 10 befindet.
Die Ausnehmung in dem Substrat 10 bildet einen enthaltenen
Raum 14. Das Beschichtungsband ist so positioniert, dass
es zumindest teilweise den enthaltenen Raum 14 umschließt. Die
Wände des
enthaltenen Raums bilden eine Zieloberfläche 18, die beschichtet werden
soll. Das Beschichtungsband 16 steht mit der Zieloberfläche 18 nicht
in Kontakt. Es ist der enthaltene Raum 14, der den Mechanismus
erzeugt, durch den das vorliegende Verfahren die Ablagerung einer örtlich beschränkten und
gelenkten Beschichtung auf der Zieloberfläche 18 erzielt.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform, wobei
das Beschichtungsband 26 über einem Ende 27 eines
röhrenförmigen Elements 20,
das die offenen Enden 27 und 29 aufweist, platziert
wird. Das röhrenförmige Element
kann zum Beispiel ein Teil des Turbinenmotors beinhalten. Das Platzieren
des Bands wirkt mit dem röhrenförmigen Element
zusammen, um an dem Ende 27 des röhrenförmigen Elements einen enthaltenen
Raum 24 zu bilden. Die innere Wand des Elements 20,
die angrenzend an das Ende 27 ist, definiert eine Zieloberfläche 28,
die beschichtet werden soll. Das Beschichtungsband 26 steht
mit der Zieloberfläche 28 nicht
in Kontakt. Obwohl noch an einem Ende offen, ermöglicht der enthaltene Raum 24 das
Platzieren einer Diffusionsaluminidbeschichtung auf der Zieloberfläche.
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Das
Teil, das das daran gesicherte Beschichtungsband aufweist, wird
auf eine Temperatur erhitzt, die wirksam ist, die Ablagerung einer
Diffusionsaluminidbeschichtung auf der Zieloberfläche zu verursachen.
Die Zieloberfläche
wird abhängig
von der Entfernung des Beschichtungsbands eine Beschichtung von
variierender Dicke erhalten. Darüber
hinaus kann der enthaltene Raum durch das Beschichtungsmaterial
teilweise umschlossen werden (nicht gezeigt).
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Beschichtungsband zur Verwendung
in den vorliegenden Verfahren bereit. Das Beschichtungsband beinhaltet
eine Mischung, die zumindest eine Aluminiumquelle beinhaltet, die
von etwa 70% bis etwa 99% nach Gewicht der Mischung und zumindest
einen Halogenid-Aktivator beinhaltet, der von etwa 1% bis etwa 10%
nach Gewicht der Mischung beinhaltet. Die Aluminiumquelle enthält von etwa
20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% Aluminium. Optionale Komponenten umfassen
einen Hemmstoff der Beschichtungsaktivität und einen keramischen Filter.
Bei einer Ausführungsform
beinhaltet das Beschichtungsband eine Mischung aus einer Aluminiumquelle
in Form eines Pulvers und einem Halogenid-Aktivator in Form eines Pulvers.
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Die
Aluminiumquelle kann jede Anzahl an geeigneten Aluminiumverbindungen
mit hohem Schmelzpunkt sein, die nicht während des Schritts des Erhitzen
der Diffusionsbeschichtung schmelzen. Es können zum Beispiel elementares
Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wie etwa Co-Al, Cr-Al, Fe-Al,
Al-Si und Mischungen davon, verwendet werden. Aluminium beinhaltet
von etwa 20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% der Aluminiumquelle; vorzugsweise von
etwa 30 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% der Quelle; und am besten von
etwa 40 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% der Quelle.
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Der
zumindest eine Halogenid-Aktivator hat die Funktion des Transporters
der Aluminiumionen (in der Aluminiumquelle) zu der Zieloberfläche, die beschichtet
wird. Der Halogenid-Aktivator kann jeder beliebige einer Anzahl
an Halogenidverbindungen, einschließlich Aluminiumtrifluorid,
Sodiumfluorid, Lithiumfluorid, Ammoniumfluorid, Ammoniumchlorid, Kaliumfluorid,
Kaliumbromid und Mischungen davon, sein. Der zumindest eine Aktivator
beinhaltet von etwa 1% bis etwa 15% nach Gewicht der Mischung aus
Aluminiumquelle plus Aktivator.
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Der
Hemmstoff, wie etwa Chrom, Kobalt, Nickel, Titanium und Mischungen
davon, mindert die Aktivität
der Beschichtungsreaktion. Das inerte keramische Material kann jedes
Material sein, das fähig ist,
die Bestandteile des Bands daran zu hemmen, während des Prozesses des Beschichtens
zusammenzusintern.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
das Beschichtungsband eine Aluminiumquelle in Form eines Pulvers, die
eine Chrom-Aluminium-(Cr-Al)-Legierung ist, die von etwa 20 Gew.-%
bis etwa 60 Gew.-% Aluminium enthält. Bei einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
enthält
das Beschichtungsband Lithiumfluorid (LiF) in Form eines Pulvers
als den Halogenid-Aktivator. Bei einer noch weiteren bevorzugten
Ausführungsform
beinhaltet die Pudermischung des Beschichtungsbands eine Cr-Al-Legierung,
die von etwa 20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% Aluminium und LiF als
den Halogenid-Aktivator enthält.
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Das
Bindemittel hat die Funktion, das Beschichtungsband zu stärken. Das
Bindemittel kann jedes Material sein, das fähig ist, die Beschichtungsbestandteile
zusammenzuhalten, ohne die Eigenschaften von entweder dem Beschichtungsband
oder dem beschichteten Substrat schädlich zu behindern. Das Bindemittel
muss fähig
sein, während
des Schritt des Erhitzens zu verdampfen, ohne einen nicht gewollten
oder schädlichen
Rückstand
zu hinterlassen. Geeignete Bindemittel umfassen Polytetrafluorethylen,
Polyethylen, Polypropylen, Urethan, Acryl, Zellulose und Mischungen
davon.
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Wenn
das Beschichtungsband ein optionales Füllmaterial umfasst, ist der
bevorzugte Füllstoff Aluminiumoxid
(–220M
oder feiner). Das inerte Füllmaterial
hat die Funktion, zu verhindern, dass die Bandbestandteile während des
Prozesses der Diffusionsbeschichtung zusammensintern und kann demzufolge
jedes Material sein, das diese Funktion erfüllt.
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Das
Beschichtungsband wird aus den oben genannten Komponenten auf eine
herkömmliche
Art und Weise unter Verwendung der Herstellungsmethoden, die in
dem U.S. Pat. Nr. 5,334,417, dessen Gesamtheit hierin unter Bezugnahme
aufgeführt
ist, erörtert
werden, gebildet. Im Allgemeinen werden die Mischung aus einer Aluminiumquelle
und dem Halogenid-Aktivator, das Bindemittel und, falls gewünscht, der
inerte Füllstoff
zusammengemischt und in ein Band mit gewünschter Dicke, die vorzugsweise zwischen
etwa 0,038 cm (0,015 Zoll) und etwa 0,229 cm (0,090 Zoll) beträgt, gerollt.
Das Band wird gebildet, damit es mit einem geeigneten Klebstoff
auf das Metallsubstrat aufgetragen werden kann. Falls es nicht selbstklebend
ist, kann das Band mit jedem herkömmlichen Klebstoff, der den
Prozess des Beschichtens nicht schädlich behindert, aufgetragen werden.
Der Klebstoff muss fähig
sein, während
des Schritt des Erhitzens zu verdampfen, ohne einen schädlichen
und nicht gewollten Rückstand
zu hinterlassen. Die Klebstoffe sind herkömmlicher Art und können zum
Beispiel Scotch® 465
Adhesive Transfer Tape oder 3M® Super 77 Spray Adhesive
umfassen. Vorzugsweise trägt
das Band auf einer Seite einen Klebstoff und ist somit selbstklebend.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird das Beschichtungsband 16 in
zumindest einer Schicht an Kanten 17 des Substrats, die
lateral an die Zieloberfläche
angrenzend sind, aufgetragen. Die Anzahl an Schichten, die aufgetragen
werden, hängt
von der gewünschten
Dicke der resultierenden Beschichtung ab. Wie in 1 gezeigt
ist, kann, um sicherzustellen, dass das Band an der Verwendungsstelle über dem
Zielbereich bleibt und dadurch während
des Schritts des Erhitzens einen enthaltenen Raum definiert, eine
Metallfolie 12, die vorzugsweise aus Nickel hergestellt
ist, auf eine Art und Weise, die in dem U.S. Pat. Nr. 6,045,863,
dessen Gesamtheit hierin unter Bezugnahme aufgeführt ist, beschrieben ist, um
den enthaltenen Bereich positioniert werden.
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Abhängig von
der Stelle der Zieloberfläche und
dem Teil, auf dem sie sich befindet, kann es wünschenswert sein, Streualuminidbeschichtung
auf dem Metallsubstrat angrenzend an die Zieloberfläche zu minimieren.
Das heißt,
es kann von Vorteil sein, zufällige
Diffusionsaluminiumbeschichtung auf einem Bereich, der sich von
der Zieloberfläche
unterscheidet, zu minimieren. Eine derartige zufällige Beschichtung würde natürlich aus
dem Positionieren des Beschichtungsbands direkt auf den lateral
angrenzenden Kanten 17 resultieren, wie in 1 gezeigt
ist. Um dies zu verhindern, zeigt 3 eine Maskierungsausführung der
Erfindung, bei der ein Maskierungsmaterial 35 zuerst auf
die Abschnitte 37 des Metallsubstrats 30 nahe
der Zieloberfläche,
wo das Beschichtungsband 36 platziert wird, aufgetragen wird.
Das Beschichtungsband 36 wird über einer Ausnehmung, die sich
auf der Oberfläche
des Metallsubstrats 30 befindet, platziert. Die Wände des
enthaltenen Raums 34 bilden eine Zieloberfläche 38,
die beschichtet werden soll. Abhängig
von der Stärke des
Maskierungsmaterials, kann die Maskierung das Beschichten außerhalb
der Zieloberfläche
minimieren, jedoch nicht gänzlich
verhindern. Eine kombinierte Verwendung des Maskierungsmaterials 35 und des
Beschichtungsbands 36 ermöglicht die Ausübung größerer Kontrolle,
um die Zieloberfläche,
die beschichtet werden soll, genauer zu definieren.
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Das
Maskierungsmaterial kann jedes Material beinhalten, die in dem Bereich
des Metallsubstrats, das maskiert wird, die Ablagerung einer Aluminiumbeschichtung
hemmt. Es sind mehrere unterschiedliche Arten von Maskierungsverbindungen
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung im Handel erhältlich.
Eine Art beinhaltet hauptsächlich
Metalloxide, wie etwa Aluminium- oder Chromoxid. Die Verbindung „M1 ", die von Alloy Surfaces,
Wilmington, DE produziert wird, und die Verbindung „T-Block
1", die von Chromalloy
Israel Ltd. produziert wird, sind Beispiele für diese Art von Maskierungsverbindung. Eine
zweite Art vereinigt verschiedene Beträge an metallischen Materialien,
wie etwa Nickel-Pulver oder Nickel-Aluminium-Pulver sowie keramische
Oxide. Solche Schutzüberzüge ermöglichen
eine komplette Maskierung der Zieloberflächen durch Aluminiumdämpfe. Die
Verbindung „M7", die von Alloy Surfaces,
Wilmington, DE produziert wird, und die Verbindung „T-Block
2", die von Chromalloy
Israel Ltd. produziert wird, sind Beispiele für diese Art von Maskierungsverbindung.
Diese Verbindungen sind als Pulver verfügbar, die mit organischen Bindemitteln gemischt
werden können,
um eine Paste zum Auftragen auf die Oberfläche, die Maskierung erfordert,
zu bilden. In manchen Fällen
sind sie auch als vorgeformte Bänder
oder Kitt verfügbar.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung wird an Stelle eines Beschichtungsbands eine Beschichtungsschlämme als
die Quelle des Aluminiumbeschichtungsmaterials eingesetzt, um eine örtlich beschränkte Aluminidbeschichtung
zu bilden. Ein Band (ein anderes als ein Beschichtungsband) wird
wie oben beschrieben auf dem Substrat positioniert. Das Band dient
als eine Basis, auf der die Schlämme
abgelagert wird, enthält
aber ansonsten den Inhalt der Schlämme selbst nicht. Das Band
ist von einer Art, die, wenn das Substrat auf eine Temperatur unter
einer Temperatur erhitzt wird, die wirksam ist, zu verursachen,
dass ein Halogenid-Aktivator mit einer Aluminiumquelle reagiert,
sich gänzlich und
sauber ohne nicht gewollten und schädlichen Rückstand zersetzt. Geeignete
Bänder
umfassen Scotch® MagicTM Tape 810.
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Die
Beschichtungszusammensetzung aus Schlämme beinhaltet eine feste Pigmentmischung aus
einer Aluminiumquelle und einem Halogenid-Aktivator sowie ein organisches
Bindemittel und ein Lösungsmittel.
Die Aluminiumquelle weist den Betrag von etwa 30% nach Gewicht bis
etwa 80% nach Gewicht der Beschichtungszusammensetzung aus Schlämme auf
und beinhaltet eine Cr-Al-Legierung, die von etwa 20 Gew.-% Al bis
etwa 60 Gew.-% Al enthält.
Der Halogenid-Aktivator ist LiF und weist einen Betrag von etwa
0,3 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% der Cr-Al-Legierung auf.
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Das
organische Bindemittel wird basierend auf den folgenden Überlegungen
ausgewählt.
Das Bindemittel muss bezüglich
der Cr-Al-Legierung
und des Halogenid-Aktivators inert sein. Es darf den Aktivator nicht
auflösen
und sollte die Lagerbeständigkeit der
Schlämme
begünstigen.
Das Bindemittel sollte gänzlich
wegbrennen, ohne nicht gewollten oder schädlichen Rückstand zu hinterlassen. Ein
geeignetes organisches Bindemittel ist Hydroxypropylzellulose. Eine
solche Hydroxypropylzellulose ist als KlucelTM von
Aqualon Company erhältlich.
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Das
Bindemittel in der Schlämme
wird mit Rücksicht
auf Flüchtigkeit,
Entflammbarkeit und Toxizität
ausgewählt.
Bevorzugte Lösungsmittel
bei dieser Ausführungsform
umfassen die niederen Alkohole, d. h. C1-C6 Alkohole, wie etwa Ethylalkohol und Isopropylalkohol,
N-Methylpyrrolidin (NMP) und Wasser. Diese Lösungsmittel sind eingeschlossen,
um Lösungsmittel
zu produzieren, die eine breite Spanne an Viskosität aufweisen.
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4 zeigt
die Beschichtungszusammensetzung aus Schlämme in Verwendung in dem vorliegenden
Verfahren. Ein Band 42 wird über einem Ende 47 eines
röhrenförmigen Elements 40,
das die offenen Enden 47 und 49 aufweist, platziert.
Das Platzieren des Bands wirkt mit dem röhrenförmigen Element zusammen, um
an dem Ende 27 des röhrenförmigen Elements
einen enthaltenen Raum 44 zu bilden. Die innere Wand des
Elements 40, die angrenzend an das Ende 47 ist,
definiert eine Zieloberfläche 48,
die beschichtet werden soll. Eine Beschichtungszusammensetzung 46 aus
Schlämme wird
dann durch herkömmliche
Verfahren, wie etwa Bürsten,
Sprühen
und Tauchen über
dem Band abgelagert. Das Verfahren des Auftragens hängt von
der Fluidität
der Beschichtungszusammensetzung aus Schlämme sowie von der äußeren Form
des Merkmals, das die Zieloberfläche
bildet, ab. Die empfohlene minimale aufgetragene Dicke für die Schlämmebeschichtung
beträgt
etwa 0,25 mm (0,010 Zoll). Es gibt keine bekannte maximale Dicke,
die aufgetragen werden kann, bevor die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinträchtigt wird.
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Falls
mehr als eine Beschichtungsschicht erforderlich ist, wird es bevorzugt,
die aufgetragenen Schlämmeschichten
entweder mit warmer Luft, in einem herkömmlichen Ofen, unter Infrarotlampen
oder dergleichen zu trocknen. Bei einer weiteren, nicht gezeigten
Ausführungsform
kann ein Maskierungsmaterial, wie in 3 verwendet,
auf dem Metallsubstrat lateral angrenzend an der Zieloberfläche platziert werden,
bevor das Abdeckungsband 42 positioniert wird, um den enthaltenen
Raum 44 zu erzeugen.
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Sobald
das Beschichtungsmaterial, entweder das Beschichtungsband oder die
Beschichtungsschlämme
und bei einigen Ausführungsformen
das Maskierungsband, angelegt worden ist, wird die Zieloberfläche erhitzt.
Der Schritt des Erhitzens wird bei einer Temperatur durchgeführt, die
wirksam ist, zu verursachen, dass Aluminiumionen in der Aluminiumquelle,
entweder als ein Pulver in dem Beschichtungsband order als ein festes
Pigment in der Schlämme,
mit dem Halogenid-Aktivator reagieren, um Al-Halogenid-Zwischenprodukte
zu bilden. Die Metallatome der Zieloberfläche reagieren mit den Al-Halogenid-Zwischenprodukten,
indem diese reduziert werden und dadurch intermetallische Verbindungen
gebildet werden. Die Zusammensetzung der intermetallischen Verbindungen
hängt natürlich von dem
Metall oder der Legierung des Metallsubstrats ab. Für ein Motorteil
aus Nickel oder Nickelsuperlegierung können die intermetallischen
Verbindungen Ni2Al3,
NiAl oder NiAl3 umfassen. Die intermetallischen
Verbindungen werden auf und unter der Oberfläche des Substrats abgelagert.
Die Tiefe, zu der sich die intermetallischen Verbindungen unter
der Oberflächenebene
des beschichteten Substrats erstrecken, zeigt die Dicke der Beschichtung
an.
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Da
Aluminiddiffusionsbeschichtung eine reduzierende Reaktion ist, wird
der Schritt des Erhitzens im Allgemeinen in einer nicht oxidierenden
Atmosphäre,
typischerweise in einer Retortenkammer in Anwesenheit eines inerten
Gases, ausgeführt. Eine
angemessene Temperaturspanne für
den Schritt des Erhitzens reicht von etwa 871°C (1600°F) bis etwa 1121°C (2050°F), vorzugsweise
von etwa 1010°C
(1850°F)
bis etwa 1066°C
(1950°F).
Die Dauer des Erhitzens ist nicht entscheidend, beträgt jedoch
nützlicherweise
eine Spanne von etwa 2 bis etwa 12 Stunden.
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Die
Dicke der resultierenden Aluminidbeschichtung hängt von mehreren Faktoren,
einschließlich
der Erhitzungsdauer, der Temperatur, der Aktivität und Masse von Aluminium in
der bestimmten Aluminiumquelle, die verwendet wird, sowie von der Konzentration
des Halogenid-Aktivators, ab. Da das Beschichtungsmaterial mit der
Zieloberfläche
nicht in Kontakt steht, wird mit der vorliegenden Erfindung durch
das Nachahmen des Prozesses der Dampfdiffusionsbeschichtung gezielt
ausgerichtetes, örtlich beschränktes Beschichten
erzielt. Insbesondere erzeugt die vorliegende Erfindung einen enthaltenen Raum,
in dem Diffusionsaluminidbeschichtung auftreten kann. Der enthaltene
Raum der vorliegenden Erfindung erzeugt im Wesentlichen eine örtlich beschränkte Retortenkammer
in der Nähe
der Zieloberfläche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Streuvermögen des
Halogenid-Aktivators, um in dem enthaltenen Raum Al-Halogenid-Zwischenprodukte zu
erzeugen. Diese Zwischenprodukte reagieren auf und unterhalb der
Zieloberfläche
mit den Metallatomen. In der Tat ist die technische Lösung der
vorliegenden Erfindung, unter Verwendung eines Beschichtungsbands
oder einer Schlämmebeschichtung
einen beschränkten
Raum zu erzeugen, bei dem die Zieloberfläche auf Grund des Streuvermögens des
Halogenid-Aktivators in dem Beschichtungsmaterial durch Dampfdiffusion
aluminidbeschichtet wird.
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Die
Dicke der genau ausgerichteten, örtlich beschränkten Beschichtung
hängt von
dem Streuvermögen
des bestimmten Halogenid-Aktivators sowie von der Entfernung zwischen
dem Beschichtungsmaterial und der Zieloberfläche ab. Im Allgemeinen ermöglicht das
Streuvermögen
von Halogenid-Aktivatoren unter Verwendung der vorliegenden Erfindung,
dass das Beschichten bis zu einer Entfernung von etwa 0,64 cm (0,25
Zoll) auftritt. Falls die Zieloberfläche uneben ist oder sich von
dem Beschichtungsmaterial weg biegt, wie in 2 und 4 gezeigt
ist, wird die Dicke der Beschichtung über der Zieloberfläche fortlaufend
variieren, abhängig von der
Veränderung
bei der Entfernung zu dem Beschichtungsmaterial.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den folgenden Beispielen weiter dargestellt,
die die Anwendung der Erfindung veranschaulichen, aber nicht einschränken sollen.
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Beispiel 1
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Ein
Pudergemisch aus in etwa 94 Gew.-% -325 Siebweite 44Al-56Cr-Legierungspulver
und 6 Gew.-% -325 Siebweite LiF-Pulver wurde vermischt und anschließend in
ein Band verarbeitet, das in etwa 1,27 cm (0,50 Zoll) dick und 2,54
cm (1 Zoll) breit ist. Ein quadratisches Stück Band mit den Maßen von
in etwa 0,76 cm (0,3 Zoll) × 0,76
cm (0,3 Zoll) wurde an dem Ende einer IN600 Nickellegierungsröhre, die
einen äußeren Durchmesser
von in etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) und einen inneren Durchmesser von
in etwa 0,47 cm (0,185 Zoll) aufweist, angebracht. Das Band wurde
von einem kleinen Stück
Nickelfolie, das 0,05 mm (0,002 Zoll) dick ist, an der Verwendungsstelle gehalten.
Die Röhre
wurde in einer Retorte platziert, die mit Argon gereinigt wurde,
und auf 1050°C (1925°F) erhitzt
und für
4 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wurde
die Röhre entfernt
und der Bandrückstand
wurde durch Bürsten entfernt.
Die Röhre
wurde der Länge
nach in Teilabschnitte unterteilt und durch das Einbetten in Epoxydharz
und das Abschleifen mit SiC-Schleifpapier für die metallographische Untersuchung
vorbereitet. Ein letztes Abschleifen wurde mit einer Aluminiumoxidschlämme gemacht.
Die Untersuchung des Inneren der Röhre enthüllte eine Aluminidbeschichtung,
die auf dem Inneren der Röhrenwände in etwa
0,51 cm (0,200 Zoll) nach oben gebildet war.
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Die
Beschichtung war nahe dem Röhrenende
in etwa 0,04 mm (0,0015 Zoll) dick und bei einer Entfernung von
in etwa 0,51 cm (0,200 Zoll) von dem Röhrenende auf in etwa 0,02 mm
(0,0009 Zoll) verjüngt.
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Beispiel 2
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Ein
Band, das dem aus Beispiel 1 ähnlich
ist, wurde auf der Hinterseite der Brennkammerverkleidung des Turbinenmotors,
die aus PWA 1455 Nickel-Legierung hergestellt ist, platziert. Auf
der Hinterseite dieser Verkleidung war eine Anordnung von gegossenen
Stiftmerkmalen mit einem Durchmesser von in etwa 0,76 cm (0,030
Zoll) und in etwa 0,25 cm (0,100 Zoll) hoch und mit einem Abstand
von in etwa 0,18 cm (0,070 Zoll) angeordnet. Das Band wurde so platziert,
dass es auf den Spitzen dieser Stifte und nicht in Kontakt mit den
Stiftwänden
und der Hinterseite der Verkleidung lag. Die Verkleidung wurde in einer
Retorte platziert, die mit Argon gereinigt wurde, und auf 1050°C (1925°F) erhitzt
und für
4 Stunden gehalten. Nach dem Abkühlen
wurde die Verkleidung entfernt und die Bandrückstände wurden durch Bürsten entfernt.
Die Verkleidung wurde in Teilabschnitte unterteilt und durch das
Einbetten in Epoxydharz und das Abschleifen mit SiC-Schleifpapier
für die
metallographische Untersuchung vorbereitet. Ein letztes Abschleifen
wurde mit einer Aluminiumoxidschlämme gemacht. Die metallographische
Untersuchung zeigte, dass eine Aluminidbeschichtung, die in etwa
0,04 mm (0,0015 Zoll) dick war, entlang den Seiten der Stifte und
der Hinterseite der Verkleidung gebildet wurde.
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Beispiel 3
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Eine
CM-186 Turbinenschaufel aus Nickel-Legierung mit einem „Taschen"-Merkmal, das in etwa
2,54 cm (1 Zoll) lang und 1,27 cm (0,5 Zoll) breit und in etwa 0,508
cm (0,200 Zoll) tief ist, wurde mit Platin plattiert und für 2 Stunden
bei 1080°C
(1975°F) in
Argon diffundiert. Ein Stück
Band, das dem aus Beispiel 1 ähnlich
ist, das in etwa 3,05 cm (1,2 Zoll) lang × 1,52 cm (0,6 Zoll) breit
ist, wurde über
dem Taschenbereich und nicht in Kontakt mit den Seitenwänden und
dem Inneren der Tasche platziert. Die Schaufel wurde in einer Retorte
platziert, die mit Argon gereinigt wurde, und auf 1050°C (1925°F) erhitzt und
für 4 Stunden
gehalten. Nach dem Abkühlen wurde
die Schaufel entfernt und die Bandrückstände wurden durch Bürsten entfernt.
Die Schaufel wurde durch den Taschenbereich in Teilabschnitte unterteilt und
durch das Einbetten in Epoxydharz und das Abschleifen mit SiC-Schleifpapier
für die
metallographische Untersuchung vorbereitet. Ein letztes Abschleifen
wurde mit einer Aluminiumoxidschlämme gemacht. Die metallographische
Untersuchung zeigte, dass eine Platin-Aluminidbeschichtung, die
in etwa 0,045 mm (0,0018 Zoll) dick war, in dem Inneren der Tasche
gebildet wurde.
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Beispiel 4
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Eine
Mar-M-002 Turbinenschaufel aus Nickel-Legierung weist auf der konvexen
Seite der Schaufeltragfläche
eine keramische Wärmedämmschicht
und auf der konkaven Seite der Schaufeltragfläche eine Reihe von Abkühlungspassagen
auf, die in etwa 0,04 cm (0,015 Zoll) breit und 0,19 cm (0,075 Zoll)
lang sind. Ein Band, das dem aus Beispiel 1 ähnlich ist, wurde über den Abkühlungslöcher auf
der konvexen Seite der Tragfläche
platziert. Die Schaufel wurde in einer Retorte platziert, die mit
Argon gereinigt wurde, und auf 1050°C (1925°F) erhitzt und für 4 Stunden
gehalten. Nach dem Abkühlen
wurde die Schaufel entfernt und die Bandrückstände wurden durch Bürsten entfernt.
Die keramische Wärmedämmschicht
war intakt. Die Schaufel wurde durch die Abkühlungslöcher in Teilabschnitte unterteilt
und durch das Einbetten in Epoxydharz und das Abschleifen mit SiC-Schleifpapier
für die
metallographische Untersuchung vorbereitet. Ein letztes Abschleifen wurde
mit einer Aluminiumoxidschlämme
gemacht. Die metallographische Untersuchung zeigte, dass eine Aluminidbeschichtung,
die in etwa 0,05 mm (0,002 Zoll) dick war, in dem Inneren der Abkühlungslöcher der
Tragfläche
entlang der gesamten Länge der
Abkühlungspassagen
gebildet wurde. Eine Aluminidbeschichtung, die in etwa 0,09 mm (0,0035
Zoll) dick war, wurde auf der konvexen Oberfläche der Tragfläche in Kontakt
mit dem Beschichtungsband gebildet.
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Beispiel 5
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Eine
Schaufel, die der aus Beispiel 4 ähnlich ist, wird vorbereitet,
außer
dass eine keramische Maskierungsverbindung zwischen dem Beschichtungsband
und der konvexen Oberfläche
der Tragfläche
platziert wurde. Die Schaufel wurde in einer Retorte platziert,
die mit Argon gereinigt wurde, und auf 1050°C (1925°F) erhitzt und für 4 Stunden
gehalten. Nach dem Abkühlen
wurde die Schaufel entfernt und die Bandrückstände wurden durch Bürsten entfernt. Die
keramische Wärmedämmschicht
war intakt. Die Schaufel wurde durch die Abkühlungslöcher in Teilabschnitte unterteilt
und durch das Einbetten in Epoxydharz und das Abschleifen mit SiC- Schleifpapier für die metallographische
Untersuchung vorbereitet. Ein letztes Abschleifen wurde mit einer
Aluminiumoxidschlämme
gemacht. Die metallographische Untersuchung zeigte, dass eine Aluminidbeschichtung,
die in etwa 0,025 mm (0,001 Zoll) dick war, in dem Inneren der Abkühlungslöcher der
Tragfläche
entlang der gesamten Länge
der Abkühlungspassagen
gebildet wurde. Das Vorhandensein der Maskierungsverbindung zwischen
dem Beschichtungsband und der konvexen Oberfläche der Schaufel reduzierte
die Dicke der Aluminidbeschichtung auf der Außenoberfläche der Schaufel auf in etwa
0,025 mm (0,001 Zoll).
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Alle
hier erörterten
Verweise sind unter Verweis einbezogen. Der Fachmann wird leicht
erkennen, dass die vorliegende Erfindung gut angepasst ist, um die
Ziele zu erfüllen
und die Zwecke und die Vorteile, die erwähnt wurden, sowie die, die
hierin inhärent
sind, zu erzielen. Die vorliegende Erfindung kann durch weitere
spezifische Formen verkörpert werden,
ohne von ihrem Sinn oder ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen,
und demgemäß sollte
eher Bezug auf die angehängten
Patentansprüche
als auf die vorangehende Beschreibung genommen werden, um den Bereich
der Erfindung anzugeben.