EP0223196A2 - Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen - Google Patents

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EP0223196A2
EP0223196A2 EP86115714A EP86115714A EP0223196A2 EP 0223196 A2 EP0223196 A2 EP 0223196A2 EP 86115714 A EP86115714 A EP 86115714A EP 86115714 A EP86115714 A EP 86115714A EP 0223196 A2 EP0223196 A2 EP 0223196A2
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EP
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particles
solution
metallic
metal
matrix
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EP86115714A
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Werner Dr.-Ing. Hüther
Wolfgang Dr.-Ing. Betz
Gerhard Andrees
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1026—Alloys containing non-metals starting from a solution or a suspension of (a) compound(s) of at least one of the alloy constituents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
    • Y10S75/956—Producing particles containing a dispersed phase

Definitions

  • the main problem in the production of such alloys is the generation of a suitable distribution of the hard particles in the metallic matrix.
  • the distances between the particles must be sufficiently small and uniform and the volume fraction of the hard particles must be limited.
  • the hard particles are therefore introduced into the metal matrix as follows:
  • the object of the invention is to provide a method for producing dispersion-hardened metal alloys which in a simple manner leads to more homogeneous powders and the desired particle distribution in the matrix and thus to high-temperature-resistant components.
  • the main advantage of the invention is that a metallic powder with oxide inclusions is obtained which has reproducible properties, in particular with regard to the homogeneity of the particle distribution and thus the dispersion hardening.
  • the metal powder obtained in this way can be processed into compact moldings by known powder metallurgical processes.
  • the slip thus formed is then atomized in the trickle tower and either transferred directly to the reaction space or first dried and converted into metal powder with oxide inclusions in a further reaction vessel.
  • the metal powder thus obtained can then be processed by known powder metallurgy processes to compact bodies of the desired shape, for. B. by injection molding, injection molding, extrusion, extrusion, sintering, cold isostatic, hot isostatic.
  • the choice of compression method depends primarily on the intended use of the end product, in particular a high-temperature-resistant component, e.g. B. the shape and size of the end product and which mechanical or other strengths are desired, but also what density and surface quality is required.
  • the invention is also not limited to the metal alloy specified in the example, but of course other materials, in particular other nickel-based alloys or super alloys, are also suitable for forming the metal matrix. Additives other than those mentioned above can also be used. Chemical solvents for the metallic materials, the atomizing devices and parameters, as well as the reconversion (reduction) into metals, which are then in powder form, are known per se.
  • alloy produced according to the invention is primarily intended in engine and turbine construction, e.g. B. for aircraft gas turbine blades.

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer dispersionsgehärteten Metall-Legierung, insbesondere mittels Oxidpartikeln, die gleichmäßig und mit geringem Abstand in der Metallmatrix verteilt sind, und so eine reproduzierbare Härtung der Legierung erzeugen.

Description

  • Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-­Legierungen, insbesondere zur Herstellung von Metall­pulver mit dispegierter Phase aus Metalloxiden mit Hilfe einer gemeinsamen flüssigen Lösung der gewünschten Bestandteile, Verdüsen und Reduzieren.
  • Es ist bekannt, daß durch eine gleichmäßige und feine Ver­teilung von harten, insbesondere oxidischen Teilchen in metallischen Legierungen deren Widerstand gegen Verformungen insbesondere bei Nutzung von Bauteilen unter höheren Betriebstemperaturen, erheblich ge­steigert werden kann. Ein Übersichtsaufsatz ist zum Stand der Technik in "Materials Engineering" 1982, Februar-Heft, Seite 34 - 39 erschienen.
  • Das wesentliche Problem bei der Herstellung solcher Legierungen liegt in der Erzeugung einer geeigneten Verteilung der harten Partikel in der metallischen Matrix. Die Abstände zwischen den Partikeln müssen hinreichend klein und gleichmäßig sein und der Volumen­anteil der harten Partikel muß begrenzt werden.
  • Man geht daher zum Einbringen der harten Partikel in die Metallmatrix auch wie folgt vor:
  • Durch mechanisches Legieren, d. h. Einmahlen der Oxidpartikel in eine Legierung, ständiges Verschweißen und Zerbrechen von Metall- und Oxidkörnern in einer Hochenergiemühle, Kugelmühle, Attritor o. ä. wird ein Pulver hergestellt, das die Oxidpartikel in der ge­wünschten Feinheit und Verteilung enthalten soll. Das Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und gestattet keine ausreichende Homogenität und Reproduzierbarkeit.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her­stellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen anzu­geben, das in einfacher Weise zu homogeneren Pulvern und der gewünschten Partikelverteilung in der Matrix und somit zu hochtemperaturfesten Bauteilen führt.
  • Die Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 beschrieben. Weitere Merkmale der Erfindung können der Beschreibung und Darstellung eines Ausführungsbeispiels entnommen werden.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein metallisches Pulver mit Oxideinlagerungen erzielt wird, das reproduzierbare Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Homogenität der Partikelverteilung und damit der Dispersionshärtung aufweist. Das so erhaltene Metallpulver kann nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren zu kompakten Formkörpern verarbeitet werden.
    • Ausführungsbeispiel
  • Eine Lösung chemischer Verbindungen von Metallen wie z. B. Nickel-Basis-Legierungen, insbesondere eine Le­gierung, die Nickel-Chrom im Verhältnis 80 : 20 ent­hält, und Zusätze, wie Aluminium, Titan, Kobalt, wird in HCl gelöst und eine Lösung mit 75 Vol.% Y₂O₃ oder ThO₂ von einer Korngröße kleiner 0,1 µm gemischt.
  • Damit in der chemischen Lösung keine Agglomeration der Oxidpartikel auftritt, werden diese durch Absorption gleichnamig geladener Moleküle, also elektrisch aufge­ladener Partikel gleicher Polarität, getrennt und in der Lösung in Schwebe gehalten. Dazu erfolgt eine Zu­gabe von Deglomerationsmitteln, wie z. B. tri-Natrium­orthophosphat oder Aluminiumnitrat.
  • Der so entstandene Schlicker wird dann im Rieselturm verdüst und entweder direkt in den Reaktionsraum über­führt oder erst getrocknet und in einem weiteren Reaktionsgefäß in Metallpulver mit Oxideinlagerungen um­gewandelt.
  • Das so erhaltene Metallpulver kann danach mit bekannten pulvermetallurgischen Verfahren zu kompakten Körpern gewünschter Form verarbeitet werden, z. B. durch Spritz­gießen, Spritzpressen, Strangpressen, Extrudieren, Sintern, Kaltisostatpressen, Heißisostatpressen. Die Wahl des Verdichtungsverfahrens richtet sich dabei vor allem nach dem Einsatzzweck des Endprodukts, insbesondere eines hochtemperaturfesten Bauteils, z. B. ist ent­scheidend die Form und Größe des Endprodukts und welche mechanischen oder sonstigen Festigkeiten gewünscht sind, aber auch welche Dichte und Oberflächengüte erforderlich ist.
  • Abwandlungen der beschriebenen und dargestellten Ver­fahrensschritte können selbstverständlich vorgenommen werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zur ver­lassen, wenn man gleiche Pulver- oder Bauteileigenschaf­ten erzielt und das Verfahren der Partikel-Abstoßung in kolloidaler Lösung hierbei angewandt wird.
  • Die Erfindung ist auch nicht auf die im Beispiel ange­gebene Metall-Legierung beschränkt, sondern selbstver­ständlich sind auch andere Werkstoffe, insbesondere andere Nickelbasis-Legierungen oder Superlegierungen geeignet, die Metallmatrix zu bilden. Auch andere Zu­sätze, als oben erwähnt, können angewandt werden. Chemi­sche Lösungsmittel für die metallischen Werkstoffe, die Verdüsungsvorrichtungen und -Parameter, sowie die Rückumwandlung (Reduktion) in Metalle, die dann in Pulverform vorliegen, sind an sich bekannt.
  • Die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Legierung ist vor allem im Motoren- und Turbinenbau vorgesehen, z. B. für Fluggasturbinenschaufeln.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen, insbesondere für hochtemperatur­feste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination
a) die metallischen Bestandteile der Matrix zunächst in einer Salzlösung enthalten sind,
b) der Salzlösung die Partikel der zweiten Phase zugemischt werden, wobei diese Partikel mit den metallischen Bestandteilen der Matrix nicht reaktiv sind.
c) ein Deglomerationsmittel zugegeben wird,
d) die Lösung verdüst wird und
e) nach Entfernen des Lösungs-Mittels eine Reduktion zu Metall erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoffe Metallsalze oder Gemische von Salzen der Metalle einer Ni-Legierung verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß als Partikel der zweiten Phase Y₂O₃ oder ThO₂ verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in einer Größe von etwa 0,01 µm bis etwa 0,1 µm und in einer Menge bis zu 75 Vol.% bezogen auf den Grundwerkstoff verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß als Deglomerationsmittel Aluminiumphosphat oder tri-Natriumphosphat verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Salzlösung eine Ni-Cr-Legierung 80/20 in HCl gelöst, verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lösung eine Ni-Basis-Legierung, die Cr, Co, Al, Ti enthält, verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das in einem Rieselturm verdüst oder versprüht und in den Reaktionsraum zur Reduktion in Metallpulver überführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das in einem Rieselturm verdüst oder versprüht, dann getrocknet und danach in einem Reaktionsgefäß zu Metallpulver reduziert wird.
EP86115714A 1985-11-13 1986-11-12 Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen Withdrawn EP0223196A3 (de)

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Inventor name: HUETHER, WERNER, DR.-ING.

Inventor name: ANDREES, GERHARD