FI110790B - Suojapinnoitus - Google Patents

Description

110790

Suojapinnoitus - Skyddsbeläggning Tämä keksintö koskee suojapinnoitteiden, kuten korjauspinnoitteiden, tekemistä substraateille. Sellaisia pinnoitteita käytetään komponenteilla, jotka joutuvat alttiiksi 5 korkeille lämpötiloille, erityisesti sellaisissa ympäristöissä, joissa todennäköisesti esiintyy korroosiota ja/tai eroosiota. Sellaisia pinnoitteita käytetään ensisijaisesti, mutta ei välttämättä yksinomaan, kaasuturpiinimoottoreiden osissa, erityisesti sen superseoskomponenteissa, kuten kaasuturpiinimoottorin akseleissa, laipoissa, pyörissä, polttokammion osissa, staattorin ja roottorin siivissäja ohjaussiivissä. Keksin-10 tö koskee myös sellaisia osia ja koneistoa ja kulkuneuvoja tai kiinteitä asennettuja järjestelmiä, joissa on sellaisia osia.

On tiedetty kauan, että kaasuturpiinien komponenttien, erityisesti niiden sisäisten polttimen läheisyydessä tai sen jälkeen sijaitsevien osien tulee olla lujia ja korroo-sionkestäviä korkeissa lämpötiloissa.

15 On tunnettua varustaa sellaiset komponentit kuormitusta kestävällä rakenteella, joka on valmistettu superseosmateriaalista, riittävän kuumalujuuden aikaansaamiseksi. Tyypillisiä käytettyjä superseoksia (esimerkkejä niistä tunnetaan kauppanimillä ;; IN 100, IN718, IN738, MAR-M002, MAR-M247, CMSX-4, PWA1480 ja PWA1484) ovat Ni-, Co- ja Fe-perustaiset superseokset, kysymyksessä olevan so-: *. ·. 20 velluksen vaatimuksista riippuen. Fe- ja Co-perustaiset superseokset ovat usein jäh- ,,; meäliuosvahvistettuja. Ni-perustaisissa seoksissa on Ni pääaineosana ja ne sisältävät usein jonkin verran Cr, Co, Fe, Mo, W tai Ta ja ovat usein jähmeäliuos- tai saostus-vahvistettuja. Saostamalla vahvistettuja Ni-perustaisia seoksia käytetään yleisesti • ‘ ’ kaasuturpiinien osissa, ja ne sisältävät usein AI, Ti tai Nb saostuneen toisen faasin 25 aikaansaamiseksi jonkin sopivan lämpökäsittelyn aikana. Esimerkkejä Ni-perustai-sista saostamalla vahvistetuista superseoksista, joita käytetään kaasuturpiinin osissa, ovat kauppanimillä INCO 713, B-1900, IN 100, MAR-M 200 ja MAR-M 247 tun-:/·; netut superseokset. Esimerkkejä Co-perustaisista superseoksista ovat MAR-M 509 ja Haynes 188, ja esimerkkejä Fe-perustaisista superseoksista ovat Incoloy 802 ja 30 Incoloy 903. Superseoksista valmistetut kaasuturpiinin komponentit ovat joskus taottuja tai valettuja ja vaikeampia käyttöolosuhteita varten ne voidaan jähmettää ‘ ·; ·' suunnatusti tai ne voivat olla yksinkertaisten kiderakenteiden muodossa.

2 110790

Yleiseksi käytännöksi on tullut pinnoittaa superseoksista valmistettuja komponentteja korroosionsuoja-aineella, koska superseos ei tavallisesti itse pysty kestämään syövyttävää/hapettavaa käyttöatmosfaäriä.

Eräänä käytäntönä on aluminoida superseos. Tämä suoritetaan tavallisesti käyttä-5 mällä niin sanottua pakkausaluminointimenetelmää tai fysikaalista höyrydiffuusio-menetelmää. Näissä menetelmissä alumiinia diffusoidaan superseokseen alumini-dien muodostamiseksi, kuten NiAl, kun kysymys on Ni-perustaisista superseoksista. Käytössä muodostuu Al203-pintakenOs suojaamaan alla olevaa ainetta ja sillä on pyrkimys hilseillä lämpölaajenemisen ja -supistumisen vaikutuksesta. Tämä korjau-10 tuu vähitellen Al:n diffiisoituessa ulospäin ja lopuksi, kun ei enää ole riittävästi AI: a korvaamaan hilseillyttä ainetta jossakin tietyssä kohdassa, superseoskomponentti syöpyy nopeasti paikallisesti. Kromia ja piitä, joko yhdessä tai erikseen, voidaan samaten diffusoida alumiinin lisäksi superseoksiin muodostamaan pintakerroksen, jossa on kromideja ja silisideja. Vaikka tässä viitataan pääasiassa aluminointiin, on 15 selvää, että tällaiset viittaukset tulee tulkita tarkoittamaan vaihtoehtoisesti mutatis mutandis kromausta ja/tai silikointia.

Vielä eräs käytäntö on pinnoittaa superseos esimerkiksi MCrAlY-, MCrAlHf-, MCrAlYHf-, MCrAlYHfSi- ja MCrAlTaY-pinnoitteella, jossa M on Co tai Ni tai . Fe tai jokin niiden seos. Y:n, Si:n tai Hf:n lisääminen auttaa estämään Al203:n hil- ” ! 20 seilyä pinnasta ja pidentää siten komponentin ikää. Nämä pinnoiteaineet voidaan le- *; ‘; vittää plasmaruiskutuksella tai jollakin kerasaostusmenetelmällä, kuten menetelmäl- : ·' lä, jota kuvaamme patentissamme GB-B-2167446. Komponentti pinnoitetaan taval- * ' lisesti näillä materiaaleilla 75 - 200 pm:n paksuisen tai paksumman kerroksen ai- kaansaamiseksi. Pinnoitusmenetelmät ovat kalliita ja osien pinnoittaminen tämän v : 25 kertaluokan paksuisesti antaa niille riittävän pitkän käyttöiän, jotta kustannuksia voidaan pitää oikeutettuina.

Eräs ongelma tämän kertaluokan paksuisten kerrosten yhteydessä on se, että niillä on taipumus altistua, käyttöolosuhteiden käydessä vähitellen yhä äärimmäisemmiksi *; uudenaikaisissa kaasuturpiineissa, lämmön aiheuttamalle väsymissäröilylle ja tämä 30 on erittäin epäsuotavaa, erityisesti jos pinnoite on levitetty johonkin ohutseinäiseen : * · ’ onttoon superseoskomponenttiin, kuten turpiinin siipeen, koska pinnoitteen säröily . * ’. saattaa aiheuttaa siiven murtumisen.

; US-A-4897315 kuvaa 0,001 tuuman (25,4 pm) paksuisen NiCoCrAlY-pinnoitteen : ’' ‘: plasmaruiskutusta Ni-perustaiselle superseokselle. Plasman kerrostamisen jälkeen 35 pinnoite taotaan kevyesti lasihelmillä, aluminoidaan saostamalla sementointiseok- 3 110790 sesta ja lopuksi sille suoritetaan diffuusio-ja saostuslämpökäsittelyvaiheet. Patenttijulkaisussa sanotaan, että edullisin menetelmä MCrAlY-pinnoitteen levittämiseksi on plasmaraiskutus, mutta julkaisussa mainitaan yleisesti myös, että MCrAlY voidaan levittää esimerkiksi plasmaruiskutuksella, elektronisuihkuhöyrystämällä, säh-5 köpinnoittamalla, sirotehöyryttämällä tai lietepinnoittamalla. Eräänä syynä kevyeen takomistoimenpiteeseen tunnetussa tekniikassa ajatellaan olevan se, että sellaisenaan kerrostettu MCrAlY ei ole erityisen sileää.

Vaikka patenttijulkaisussa US-A-4897315 mainitaan muita tapoja saostaa MCrAlY, ei tunneta mitään yksittäistä menetelmää, jolla pystyttäisiin tuottamaan pinnoite, jo-10 ka sekä on erittäin korroosionkestävä että kestää erittäin hyvin lämpövuorottelua. Uskotaan, että mikä tahansa tunnettu pinnoitusmenetelmä tuottaa joko pinnoitteen, joka on liian huokoinen ja jossa paksuuden säätely on joissakin kappaleissa heikkoa, tai pinnoitteen, joka on altis säröilylle lämpötilan vaihdellessa.

Patentissamme GB-B-2254338 selostamme menetelmää CoCrAlY:n kerasaostami-15 seksi virrantiheydellä 3 mA/neliösenttimetri ja kylvyn jauhekonsentraatiolla 70 g/1 24 tunnin kestoajalla pinnoitteen, jonka paksuus on 50 - 125 pm, tuottamiseksi. Vaikka jotkin patentissa GB-B-2254338 kuvatuista pinnoitusparametreistä ovat suuruudeltaan samanlaisia kuin tuonnempana esillä olevan keksinnön valaisemiseksi esitettävässä esimerkissä, eroavuuksilla uskotaan olevan merkittävä vaikutus käy-20 tännössä tuotetun pinnoitteen rakenteeseen. GB-B-2254338 koskee erityisesti laitetta ja menetelmää monimutkaisten ja jyrkästi muuttuvien muotojen pinnoittamiseen : liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi eikä se koske samojen ongelmien ratkaisemis ta, joihin esillä olevassa keksinnössä esitetään ratkaisua.

. . ·. Esillä olevan keksinnön tavoitteena on lievittää tunnetun tekniikan ongelmia ja eri- 25 tyisesti tuoda käyttöön menetelmä, jolla voidaan tuottaa pinnoitus, joka ei ole huokoinen, joka on sileä ja jossa paksuus on hyvin säädelty kaikissa kappaleissa ja joka ei ole altis säröilylle lämpövuorottelun vaikutuksesta.

Keksinnön mukaan menetelmä käsittää ensin substraatin aluminoinnin, kromauksen tai silikonoinnin, sitten metallimatriisin Mi kerrostamisen seostamalla elektrolyytti-;. ‘ 30 sesti tai sähkökemiallisesti kylvystä, joka sisältää CrA 1 M2-hiukkasia hiukkasten ke- rasaostamiseksi matriisin kanssa, Mi:n ollessa vähintään yhtä alkuaineista Ni tai Co •; ·' tai Fe ja M2:n ollessa vähintään yhtä alkuaineista Y, Si, Ti, Hf, Ta, Nb, Mn, Pt tai •: · harvinainen maametalli.

4 110790

Kussakin edellä olevassa aspektissa, jollei virrantiheyttä mainita tunnusmerkkinä, on edullista toteuttaa menetelmä virrantiheydellä, joka on pienempi kuin 3 mA per neliösenttimetri. Samoin on edullista, että matriisimateriaali ja hiukkaset kerasaoste-taan kerrokseksi, jonka paksuus on pienempi kuin 50 pm; samoin on edullista, että 5 saostus suoritetaan siten, että kylvyn hiukkaspitoisuus on pienempi kuin 50 g/1.

Tässä keksinnössä olemme havainneet, että suhteellisen pieni virrantiheys on erityisen tärkeä parametri pinnoitusmenetelmän kannalta. Ennen esillä olevaa keksintöä virrantiheyden ei ajateltu olevan erityisen tärkeä useimmissa pinnoitusmenetelmissä ja milloin sitä on pidetty tärkeänä, on ajateltu olevan suotavaa saostaa huomattavasti 10 suuremmalla virrantiheydellä; katso esimerkiksi US-A-5064510, jossa käytetään virrantiheyttä 50 - 80 mA/cm ja jossa sanotaan päästävän edullisesti suureen saos-tusnopeuteen, joka on alueella 100 pm/h - 150 pm/h.

Alalla katsotaan olevan ennakkoasenteena olla käyttämättä suhteellisen pientä virrantiheyttä; syytä tähän ei tiedetä tarkasti, mutta eräs selitys saattaa olla se, että pin-15 noitusmenetelmä on hitaampi pienillä tiheyksillä, joten se vaikuttaa haitallisesti kokonaiskustannuksiin.

2 Tässä keksinnössä pidämme edullisimpana virrantiheyttä, joka on alle 2,5 mA/cm . Virrantiheys, joka on pienempi kuin noin 2 mA/cm , on vielä edullisempi eräissä ·;;· olosuhteissa, eräs esimerkki on virrantiheys noin 1 mA/cm2.

:' · ’ 20 Suhteellisen pienillä virrantiheyksillä, joita tässä keksinnössä käytetään, havaitsem me, että hiukkasten koostumus juuri saostuneella pinnoituksella pyrkii eroamaan , . kylvyssä olevasta koostumuksesta siinä, että pienemmät hiukkaset liittyvät ensisijai sesti substraattiin (esim. käytettäessä >15 pm:n jauhetta, >10 pm:n hiukkaset eivät saostu alustaan yhtä preferentiaalisesti kuin <10 pm:n hiukkaset). Tämä on erityisen 25 hämmästyttävää, koska Faradayn elektrolyysilakeihin ja Stokesin yhtälöön perustuvan teorian (katso Transactions of the Institute of Metal Finishing, artikkeli, jonka otsikko on "The Production of Multi-Component Alloy Coatings by Particle CoDe-position", J. Foster et al., ss. 115-119, Vol. 63, mo 3-4, 1985) mukaan ja olettaen että käytetään sopivia virrantiheyttä ja sekoitusta koskevia olosuhteita, mitä suurempi • 30 on hiukkaskoko, sitä pienempi tarvitsee kylvyn panoksen olla, jotta saadaan jokin haluttu fraktio jauheesta saostuneeseen pinnoitteeseen. Sen mukaan odottaisi suu-'. rempien hiukkasten ensisijaisesti siirtyvän pinnoitteeseen, mutta olemme havain- : neet, että suhteellisen pienillä virrantiheyksillä tapahtuu päinvastoin. Tämän käytän- : nössä esiintyvän ilmiön ajatellaan olevan ainakin osaksi syynä erinomaisiin pinnoit- 5 110790 teisiin, jotka esillä olevan keksinnön avulla voidaan saada aikaan ja joissa voitetaan tunnetun tekniikan ongelmat.

Eräässä suoritusmuodossa M! sisältää Co. Tämä edistää erityisen sileän pinnoitteen muodostumista. Jos halutaan, että Ni on läsnä pinnoitteessa, esinikkelöinti voidaan 5 tehdä joko kerasaostetun materiaalin päälle tai suoraan substraatille ennen kerasaos-tusvaihetta. Esinikkelöinti voi olla noin 5 pm:n paksuinen.

Metallimatriisimateriaalin ja kerasaostettavien hiukkasten kannalta on eduksi, että muodostetaan kerros, jonka paksuus on alle 25 pm. Eräässä erityisen edullisessa suoritusmuodossa kerros voi olla noin 15 pm paksu. Kerros voi kuitenkin olla ohu-10 empi kuin 15 mikronia, noin 12 tai 10 pm (tai vielä näitäkin arvoja ohuempi) ollessa esimerkkejä. Useimmissa sovelluksissa on eduksi, että kerros on 5 pm tai paksumpi, vielä edullisempaa on, että se on 10 pm tai paksumpi. Kerros voi kuitenkin joissakin sovelluksissa olla yli 15 pm:n paksuinen.

Kuten edellä mainittiin, kerasaostaminen on edullista suorittaa siten, että kylvyssä 15 on vähemmän kuin 40 g/1 hiukkasia. Vielä edullisemmin käytetään kylpypanoksena noin 30 g/1 tai alle 30 g/1. Vieläkin edullisemmin panoksena käytetään noin 20 g/1 tai alle 20 g/1. Eräässä erityisen edullisessa suoritusmuodossa käytetään kylpypanoksena noin 10 g/1, vaikka pienemmätkin panokset, kuten noin 1 g/1, ovat ajatelta-vissa. Nämä suhteellisen pienet kylpypanokset takaavat, että saostettu pinnoite ei ’... 20 muodostu huokoiseksi eikä ole karkea.

....: Hiukkaset voivat olla pallomaisia ja ne voidaan muodostaa käyttämällä jotakin su- , . ·. mutinta, kuten suutinsumutinta.

· Hiukkaset ovat kylvyssä edullisesti <15 pm:n, <12 pm:n tai <10 pm:n jauheena.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa hiukkasjakautuma kylvyssä on 25 % väliltä 25 15 - 12 pm, 45 % väliltä 12 - 10 pm ja 30 % pienempiä kuin 10 pm. Olemme ha- . . vainneet yllättävästi ja odottamattomasti, että saostettaessa suhteellisen pienillä vir- ’; ’ rantiheyksillä pienemmät hiukkaset saostuvat ensisijaisesti substraatille; kun käyte tään jauhetta, jonka kokojakautuma kylvyssä on tällainen, voi tuloksena olla saostu-neessa pinnoitteessa jakautuma (painoprosentteina kerroksessa olevasta jauhemää-30 rästä), jossa 45 % on <10 pm, 55 % 10 - 12 mikronia ja 0 % 12 - 15 pm.

Erinomaisia pinnoitteita voidaan saada menetelmillä, joihin sisältyy tämä ’: raffmointivaihe ja edullisesti raffinointivaihe sisältyy kerasaostusvaiheeseen.

6 110790

Eräässä suoritusmuodossa kerasaostetaan suojaava kerros, joka sisältää vain hiukkasten monokerroksen tai kaksoiskerroksen. Esimerkiksi kun jauhe, jonka hiukkas-koko on alle 15 μπι, suspendoidaan kylpyyn, on raffinoinnin ansiosta haluttaessa mahdollista kerrostaa olennaisesti yhtenäinen 12 tai 10 pm:n monokerros hiukkasia 5 (suurimmat saostuneet hiukkaset ovat kooltaan 12 tai 10 pm vastaavasti), vaikka käytännössä on epätodennäköistä, että jonkin halutun annetun pinnoituspaksuuden saamiseksi käytettäisiin jauheita, joiden hiukkaset olisivat kooltaan suurempia kuin tämä haluttu paksuus. Eräässä toisessa edullisessa menetelmässä voidaan käyttää 4 -8 pm:n jauhetta, jotta saadaan kaksoiskerros tai kolmoiskerros, joka on toiveen mu-10 kaan olennaisesti 10, 12, 15 tai 20 pm:n paksuinen.

Eräässä suoritusmuodossa substraatti, jolle kerasaostettu aine tulee, käsittää jonkin superseoksesta valmistetun komponentin, joka voi olla jokin kaasuturpiinin komponentti. Eräässä toisessa suoritusmuodossa kerasaostettu materiaali voidaan levittää esinikkelöintikerroksen (esim. 2 pm.n paksuinen) päälle superseosta olevan kompo-15 nentin pinnalle.

Kerasaostuksen jälkeen kerasaostetussa materiaalissa voi olla yli 40 % (tilavuus) hiukkasia, ja joissakin sovelluksissa 45 % voidaan ylittää.

Kerasaostusprosessin aikana kaasua, kuten ilmaa tai jotakin inerttiä kaasua, voidaan ...: laskea kylpyyn sellaisesta kohdasta, että liuoksessa syntyy liikettä yleisesti ottaen 20 ylöspäin yhdessä vyöhykkeessä ja yleisesti ottaen alaspäin toisessa vyöhykkeessä, i substraatin ollessa toisessa vyöhykkeessä kerasaostuksen aikana. Substraattia (tai •: ·*: komponenttia, jonka osa se on) voidaan kääntää akselin ympäri, joka on vaakasuora : f tai jolla on vaakasuora komponentti kerasaostuksen aikana. Voidaan käyttää sähkö- . *. · saostuslaitetta, jota kuvataan patentissamme GB-B-2182055.

25 Joissakin olosuhteissa saattaa olla suotavaa, että substraattia pyöritetään ensimmäisen akselin ympäri, jolla on vaakasuora komponentti, ja että substraattia pyöritetään toisen akselin ympäri, joka ei ole samansuuntainen ensimmäisen akselin kanssa.

:,' Sykli, jossa substraattia pyöritetään ensimmäisen akselin ympäri, voi sisältää jakso- ja, joissa kulmanopeus on suurempi, ja jaksoja, joissa kulmanopeus on pienempi.

,!.* 30 Toinen akseli voi olla kohtisuorassa ensimmäistä akselia vastaan ja/tai leikata sen.

, 1 ;.. Ensimmäisen akselin ympäri pyörityssykli voi vaihtoehtoisesti olla pysäytys-käyn- ;·’ nistyssykli. Kun substraattia pyöritetään vain yhden akselin, jolla on horisontaali- i komponentti, ympäri, pyörityssykli voi sisältää jaksoja, joissa kulmanopeus on suu- :"'. rempi, ja jaksoja, joissa kulmanopeus on pienempi, ja pyöritys voi myös vaihtoeh- toisesti olla pysäytys-käynnistyssykli. Substraatin käsittely voi tapahtua patentis samme GB-G-2221921 kuvatun menetelmän mukaisesti.

7 11ϋ79ϋ

Edullisimmassa suoritusmuodossa kerasaostettu materiaali aluminoidaan sen jälkeen, esimerkiksi pakkausaluminointi- tai höyryfaasialuminointimenetelmällä. Ke-5 rasaostuksen ja aluminoinnin väliin voidaan sovittaa esidiffuusiolämpökäsittely. Aluminointivaiheen jälkeen voidaan käyttää jälkidiffuusiolämpökäsittelyä, minkä jälkeen edullisesti suoritetaan vanhentamiskarkaisuvaihe.

Ennen aluminointia tai sen jälkeen, edullisesti sitä ennen, voidaan sovittaa platina-saostus vaihe. Platinasaostusvaihe käsittää edullisesti platinakerroksen (paksuus noin 10 5-10 pm) pinnoittamisen kerasaostetun materiaalin pintaan. Esidiffuusiovaihe kä sittää edullisesti kerasaostetun materiaalin (ja valinnaisesti platinakerroksen, mikäli sellainen on) altistamisen 1 000 - 1 1000 °C:lle suunnilleen yhdeksi tunniksi tyhjiössä. Kun käytetään pakkausaluminointimenetelmää, se tapahtuu edullisesti noin 900 °C:ssa suunnilleen 6 tuntia. Jälkidiffuusiovaihe käsittää edullisesti aluminoidun 15 pinnoitteen altistamisen noin 1 100 °C:lle suunnilleen yhdeksi tunniksi tyhjiössä. Vanhentamiskarkaisuvaihe käsittää edullisesti jälkidiffusoidun päällyksen altistamisen noin 870 °C:lle suunnilleen 16 tunniksi tyhjiössä.

Eräs edullinen menetelmä käsittää olennaisesti 15 pm:n paksuisen kerroksen kera-··· saostettua materiaalia kerrostamisen substraatille ja sen jälkeen aluminoinnin tai 20 platina-aluminoinnin ja lämpökäsittelyn. Lämpökäsittelyn jälkeen pinnoitusmateri- • · * • Y aalin kokonaispaksuus superseoksella on edullisesti alle 75 pm.

• Substraatti voi käsittää jonkin kaasuturpiinin osan minkä tahansa kaasun huuhtele- * * ‘ l man substraatin, kuten siiven kantopinta-, tyvi- tai yhdistysvanneosan.

•

Aluminoinnin tai platina-aluminoinnin lisäksi tai sen vaihtoehtona edellä käsitellyl-25 le kerasaostetulle materiaalille voidaan viimeiseksi kerrokseksi saostaa jokin läm-mönsulkukerros, esimerkiksi pylväsmateriaalia oleva. Lämmönsulku voi käsittää .'. jonkin keraamisen materiaalin, kuten yttriumilla stabiloidun zirkoniumin.

Neljännen aspektinsa mukaan esillä oleva keksintö koskee kaasuturpiinikomponen-: tin valmistus- tai kunnostusmenetelmää, joka käsittää komponentin substraatin pin- .'' * 30 noittamisen minkä tahansa yhden tai useamman keksinnön ensimmäisestä, toisesta ja kolmannesta aspektista mukaisesti.

Viidennen aspektinsa mukaan esillä oleva keksintö koskee kaasuturpiinikomponent- tia tai kaasuturpiinia, joka käsittää komponentin, joka on valmistettu tai kunnostettu keksinnön neljännen aspektin mukaisesti.

8 ^ ΐ O 7 9 ϋ

Kuudennen aspektinsa mukaan esillä oleva keksintö koskee kulkuneuvoa tai kiinte-5 ästi asennettua koneistoa, johon sisältyy keksinnön viidennen aspektin mukainen kaasuturpiini. Keksinnön tämän aspektin mukainen kulkuneuvo voi olla esimerkiksi lentokone tai jokin vesi- tai maakulkuneuvo.

Keksintö voidaan toteuttaa eri tavoin, mutta erästä pinnoitusmenetelmää kuvataan nyt esimerkkinä liitteenä oleviin piirustuksiin viitaten, joissa: 10 kuvio 1 on perspektiivikuva eräästä pinnoituslaitteesta; kuvio 2 on sivukuva laitteesta; kuvio 3 on etukuva laitteesta; ja kuvio 4 on perspektiivikuva telineestä, johon pinnoitettavat esineet ripustetaan.

Piirustuksissa esitetty laite käsittää astian tai säiliön 1, jossa on parallellipipedin 15 muotoinen yläosa 2 ja alaspäin suipentuva alaosa 3 nurin käännetyn pyramidin muodossa ja joka on viistottu siten, että yksi sivupinta 4 muodostaa yläosan yhden sivun 5 jatkeen.

• ".I! Astia 1 sisältää jakoseinän 6, joka on astian sivupintojen 4 ja 5 kanssa samansuun taisessa pystysuorassa tasossa ja on kosketuksessa sivureunoistaan 7 ja 8 astian vie-• · 20 reisten pystysuuntaisten ja viistojen pintojen kanssa. Jakoseinä jakaa siten astian ' suurempaan työskentelyvyöhykkeeseen 9 ja pienempään palautusvyöhykkeeseen :. 11. Alaosastaan jakoseinä 6 päättyy vaakasuoraan reunaan 12 astian pohjan yläpuo- lella, jolloin työskentelyvyöhykkeen 9 ja palautusvyöhykkeen 11 välille jää yhteys 13. Yläosastaan jakoseinä 6 päättyy vaakasuoraan reunaan 14 astian 1 yläreunojen 25 alapuolella.

Palautusvyöhykkeen 11 alapäässä on ilma-aukko 15, joka on liitetty ilmapumppuun ; [ (ei esitetty). Työskentelyvyöhykkeeseen 9 on asennettu teline 21, johon pinnoitetta- ’ · vat työkappaleet kiinnitetään ja joka on sovitettu liikuttamaan työkappaleita astiassa ;' ·' tavalla, jota kuvataan tuonnempana yksityiskohtaisemmin.

’ ; ·. 30 Kun laitetta on määrä käyttää elektrolyyttiseen pinnoitukseen, se varustetaan johti- ': millä jännitteen saamiseksi työkappaleeseen, joka on asennettu anodiin liittyvään te lineeseen 21, joka on ripustettu työskentelyvyöhykkeeseen.

9 110790

Laitteen käyttämiseksi pinnoitteen kerasaostamiseen työkappaleille työkappaleet asennetaan telineeseen 21, joka asemoidaan astiaan kuvatulla tavalla. Ennen telineen asemoimista tai sen jälkeen astia täytetään tasolle 17 saakka jakoseinän 6 yläreunan 14 yläpuolelle pinnoitusliuoksella, joka sisältää hiukkasia, jotka on määrä 5 kerasaostaa. Ilmaa syötetään aukkoon 15 ja se nousee ylös palautusvyöhykettä 11 nostaen liuosta ja sen mukana hiukkasia. Palautusvyöhykkeen yläosassa ilma menee ulos ja liuos ja hiukkaset virtaavat jakoseinän yläreunan 14 muodostaman leveän patoharjan yli ja virtaavat alaspäin telineessä 21 olevien työkappaleiden ohi. Työs-kentelyvyöhykkeen pohjalla hiukkaset pyrkivät laskeutumaan ja liukuvat alas astian 10 kaltevia sivuja pitkin kohti yhteyttä 13, josta ne menevät taas liuokseen ja kulkevat sen mukana uudestaan ympäri.

Kun alaspäin vaeltavat hiukkaset työskentelyvyöhykkeessä 9 ympäröivät työkappa-leen, ne pyrkivät laskeutumaan työkappaleelle, missä ne joutuvat upoksiin metalliin, jota samanaikaisesti saostuu ulos.

15 Kuten kuviossa 4 on esitettyjä kuten patentissa GB-B-2254338 kuvataan, pinnoitettavat työkappaleet asennetaan telineeseen 21, joka ripustetaan astiaan 1. Teline on esitetty yksinkertaistetussa muodossa kuvioissa 2 ja 3, mutta jätetty pois kuviosta 1 selvyyden vuoksi. Teline 21 käsittää kannen 22, joka sopii astian 1 päälle, toisessa .: päässä riippuvan pylvään 23 ja toisessa päässä parin riippuvia ohjaimia 24. Ohjai- "*· 20 missä 24 on vastakkain olevat ohjausradat, joissa liukuu poikittaiskelkka 25, joka .!’! kannattaa pystysuoraa hammastankoa 26, joka menee ylöspäin kannessa 22 olevan *· · aukon 27 läpi ja on kosketuksessa hammasrattaan 28 kanssa, jota käyttää vaihto-

MM

suuntainen sähkömoottori 29. Kansi 22 kannattaa toista sähkömoottoria 31, joka käyttää pystysuoraa tankoa 32, jossa on kartiohammaspyörä 33, joka kytkeytyy 25 kruunuhammaspyörään 34, joka on kiinnitetty pylvääseen 23 asennetun akselin tapin 35 toiseen päähän. Akselin tapin 35 toinen pää on kytketty kardaaninivelellä 36 akselin 37 toiseen päähän, jonka akselin toista päätä kannattaa poikittaiskelkassa 25 laakeri 38, jonka asennoitumispinnat ovat pallomaiset.

; ’ Akselissa 37 on monta haaraa, jotka on kiinnitetty siihen jäykästi ja joista ainoas- ’ ·; 30 taan yksi haara 39 on esitetty kuviossa 4. Haara 39 on tasossa, joka sisältää akselin 37 akselin, haarautuman pitkittäissuuntaisen akselin muodostaessa kulman a akse-Iin 37 akselin kanssa. Haaraa 39 pitkin on asennettu välimatkan päähän toisistaan kolme pinnoitettavaa kaasuturpiinin siipeä 42, siipien pitkittäissuuntaisten akselien r » ·;;; ollessa mainitussa tasossa ja kohtisuorassa haaran 39 pitkittäissuuntaista akselia 35 vastaan, jolloin siipien pitkittäisakselit muodostavat (90-a)° kulmia akselin 37 akselin kanssa.

10 11U79U

Kanteen 22 on asennettu sähkömoottorin ohjauskytkin 43, joka on kytketty johdoilla 44 ja 45 moottoreihin 29 ja 31. Ohjauskytkimen 43 tehtävänä on käyttää moottoria 31 vain yhteen suuntaan, mutta pysähtyen välillä niin, että se pyörittää akselia 37 nimellisesti vaakasuoran akselin (x-akselin) ympäri. Ohjauskytkimen 43 tehtävänä 5 on käyttää moottoria 29 vuorotellen vastakkaisiin suuntiin poikittaiskelkan 25 kuljettamiseksi edestakaisin ja siten aikaansaada x-akselin ympäri pyörinnän lisäksi värähtelevä pyörintä pyörimisakselin (y-akselin) ympäri kardaaninivelessä 36.

Kulma a ja moottorien 29 ja 31 suorittamien syklien parametrit valitaan siten, että ne sopivat pinnoitettavana olevaan työkappaleeseen, jotta taataan, että kaikki pin-10 noitettavat pinnat ovat tarpeeksi pitkään yleisesti ottaen ylöspäin, jotta ne saavat sopivan annoksen laskeutuvia hiukkasia, joiden on määrä liittyä pinnoitettuun metalliin, kun se saostetaan. Seuraavassa kuvataan esimerkinomaisesti eräs erityisesi-merkki pinnoituksesta ja sen valmistusmenetelmästä.

Esimerkki 15 Pinnoitus on määrä tehdä kaasuturpiinin siipeen 42, jossa on kantopintaosa 43 ja tyviosa 44 toisessa päässä ja yhdistysvanneosa 45 toisessa päässä, tyven ja yhdistys-vanteen jalustaosien ollessa kumpikin suunnilleen 70° kulmassa kantopintaosan ak-, sellin nähden, ja tyviosassa ja yhdistysvanneosassa on päätypinnat, jotka ovat vas- ··;; taavasti 30° ja 40° kulmissa laipan, jonka osan siipi muodostaa, kehään nähden. Tä- ··· 20 män geometrian mukaisilla siivillä kulma a on 70°.

* ♦ • · .... Tarkoituksena on tuottaa siiven kantopinta- ja jalustaosiin pinnoitus, joka sisältää . .· 18,32 paino-% Cr, 8,25 paino-% AI, 0,457 paino-% Y ja loput kobolttia. Sellaisen pinnoituksen aikaansaamiseksi kylpy täytetään kobolttipinnoitusliuoksella, joka kä-‘ sittää 400 grammaa/litra CoS04.7H20, 15 grammaa/litra NaCl ja 20 grammaa/litra 25 boorihappoa H3B03. Kylvyn pH pidetään arvossa 4,5 ja lämpötila 45 °C:ssa. Kylpyyn lisätään 10 gramman/litra konsentraatioon saakka jauhetta, jonka kokojakautu-ma on 5 - 12 mikrometriä ja joka muodostuu 67,8 paino-%:sta kromia, 30,1 paino-:Λ %:sta alumiinia ja 1,7 paino-%:sta yttriumia. Jauheen kokojakautuma prosentteina :on seuraava: 0-2 pm 0,01, 2-4 pm 0,05, 4-6 pm 0,13, 6-8 pm 4,43, 8-10 pm 30 43,61, 10 - 12 pm 51,77.

t :. Ennen pinnoittamista tyven osille ja yhdistysvanneosille, joita ei ole määrä pinnoit- . j taa, tehdään vahamaski ja muille pinnoille suoritetaan tavanomaiset kobolttipinnoi- tukselle sopivat valmistelukäsittelyt.

n 110790

Siipi kiinnitetään telineeseen 50 akselistaan (katso kuvio 4) 20° kulmaan telineen akseliin x nähden, joka on vaakasuora. Pinnoituksen aikana telineen x-akselia kään-nellään plus ja miinus 25° y-akselin, joka on kohtisuorassa x-akselia vastaan, ympäri 3 minuutin sykleissä. Samanaikaisesti telinettä käännetään x-akselin ympäri yh-5 teen suuntaan ja 360° kautta, täyden pyörähdyssyklin kestäessä 10 minuuttia. Pyörintä akselin x ympäri tapahtuu kuitenkin jaksoittain 10 sekunnin pysähdysjaksojen katkaistessa 3 sekunnin käyntijaksot.

Pinnoitus suoritetaan virrantiheydellä 1,5 ampeeria/cm riittävän pitkän ajan, jotta saadaan olennaisesti 12 pm paksuinen pinnoitus.

10 Saadaan laadultaan erinomainen pinnoitus, joka kattaa kantopintaosan ja tyven ja yhdistysvanteen jalustat ja jossa käytetyn jauheen paino-osuus on 0,27.

Pienemmät hiukkaset saostuvat ensisijaisesti ja olennaisesti yksikään juurisaostu-neista hiukkasista ei ole kooltaan >12 pm, suurempien hiukkasten jäädessä pinnoi-tusliuokseen (s.o. 12 - 15 pm kokoiset). Pinnoitettujen siipien telineestä poistamisen 15 jälkeen suojaus poistetaan.

Pinnoitetut pinnat voidaan sitten platina-aluminoida sähkösaostamalle niille 10 pm:n kerros platinaa, esidiffusoimalla 1 000 - 1 100 °C:ssa yhden tunnin ajan tyhji-össä, pakkausaluminoimalla 900 °C:ssa 6 tuntia, jälkidiffusoimalla 1 100 °C:ssa 1 tunnin ajan tyhjiössä ja vanhentamiskarkaisemalla 870 °C:ssa 16 tuntia tyhjiössä. | 1 · ’ 20 Pakkausaluminointivaihe voi käsittää menetelmän, jossa jaksoittain vaihdellaan pai- .... netta, kuten patentissa EP-A-0024802 kuvataan.

* 1 ’ · 1 Platinan asemesta voitaisiin yhtä hyvin käyttää palladiumia tai ruteniumia.

Erityisen edullisia M2-alkuaineita ovat Y, Hf ja Si.

Keksinnön mukaisesti valmistetut pinnoitteet kestävät hyvin hapettumista ja läm-25 möstä aiheutuvaa väsymistä.

i » · i t I

I t »

Claims (11)

12 1 1079U

1. Menetelmä pinnoitteen valmistamiseksi substraatille, menetelmän käsittäessä ensin substraatin aluminoinnin, kromauksen tai silikonoinnin, sitten metallimatriisin M! kerrostamisen saostamalla elektrolyyttisesti tai sähkökemiallisesti kylvystä, joka 5 sisältää CrAlM2-hiukkasia hiukkasten kerasaostamiseksi matriisin kanssa, M^n ollessa vähintään yhtä alkuaineista Ni tai Co tai Fe ja M2:n ollessa vähintään yhtä alkuaineista Y, Si, Ti, Hf, Ta, Nb, Mn, Pttai harvinainen maametalli.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää lämpökäsittelyn ennen tai jälkeen CrAlM2-hiukkasten kerasaostamisen, 10 jolloin jos lämpökäsittely tapahtuu ennen kerasaostamista, käsittelyyn kuuluu aluminoidun, kromatun tai silikonoidun substraatin pitäminen likimain 1100°C:ssa noin yksi tunti tyhjössä, ja jos lämpökäsittely tapahtuu kerasaostamisen jälkeen, käsittelyyn kuuluu kerasaostetun materiaalin pitäminen likimain 1050°C:ssa noin kaksi tuntia tyhjiöolosuhteissa.

3. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att det vidare efter medfällningen av CrAlM2-partiklama innefattar applicering av ett skikt av termi skt barriärmaterial.

3. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se edelleen sisältää CrAlM2-hiukkasten saostuksen jälkeen läm-mönsulkumateriaalin kerroksen levityksen. ,,,· 4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, j"' tunnettu siitä, että CrAlM2-hiukkasten kerasaostaminen on virrantiheydellä, joka * * · ’ ’ 20 on pienempi kuin 5 mA neliösenttimetriä kohti. • $ I * I *

4. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att 5 medfällningen av CrAlM2-partiklama sker vid en strömtäthet som är mindre än 5 mA/cm2.

5. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att medfällningen av matrismaterialet och partiklama bildar ett skikt, vars tjocklek under stiger 50 pm. 10 6. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att medfällningen av matrismaterialet och partiklama sker vid en badinsats där parti-kelmängden understiger 50 g/1.

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 1 tunnettu siitä, että matriisimateriaalin ja hiukkasten kerasaostaminen muodostaa :. * kerrokseksi, jonka paksuus on alle 50 pm.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että matriisimateriaalin ja hiukkasten kerasaostaminen suoritetaan kylpypanoksessa alle 50 g/1 hiukkasia. Ϊ > I · ♦

7. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att nämnda aluminering, kromning eller silikonbeläggning bildar ett aluminid-, kromid- 15 eller silisidskikt respektive, vars tjocklek är 30-60 pm.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, , ’ I · tunnettu siitä, että mainittu aluminointi, kromaus tai silikointi muodostaa alumini- t | di-, kromidi- tai vastaavasti silisidikerroksen, jonka paksuus on 30-60 pm.

8. Förfarande enligt patentkrav 2 eller vilket som heist föregäende patentkrav :. som är beroende av patentkrav 2, kännetecknat av att nämnda aluminering, krom- ! ning eller silikonbeläggning bildar ett aluminid-, kromid- eller silisidskikt respekti- . ; ve, som efter nämnda värmebehandling innefattar en inre diffusionszon med en • 20 jämförelsevis lägre halt av Al, Cr eller Si och en tjocklek av 10-20 pm, samt en ytt- re diffusionszon med en jämförelsevis högre halt av Al, Cr eller Si och en tjocklek :.: av20-40 pm.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tai minkä tahansa edellä olevan ja patentti vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu aluminointi, kromaus tai silikointi muodostaa aluminidi-, kromidi- tai vastaavasti silisidikerroksen, I » i3 1 iU/90 joka mainitun lämpökäsittelyn jälkeen käsittää sisemmän diffuusiovyöhykkeen suhteellisesti alhaisemmalla Al:n, Cr:n tai Si:n konsentraatiolla ja paksuudella 10-20 pm sekä ulomman diffuusiovyöhykkeen suhteellisesti korkeammalla Al:n, Cr:n tai Si:n konsentraatiolla ja paksuudella 20-40 pm.

9. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att nämnda aluminering, kromning eller silikonbeläggning bildar ett första skikt av 25 aluminid, kromid eller silisid och nämnda medfällning bildar ett andra skikt av , , CrAlM2 och att förhällandet mellan tjockleken hos det första och andra skiktet är 4:1-1:1.

110. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att substratet är en gasturbins axel eller ring eller hjul eller brännkammardelar eller sta-’ 30 torskovel eller rotorskovel eller ledskovel eller gasturbinskoveins profilytszon eller : ‘ gasturbinskovelns rotdel och gasturbinskovelns periferidel. is 110790

9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mainittu aluminointi, kromaus tai silikointi muodostaa ensimmäisen kerroksen aluminidia, kromidia tai silisidiä ja mainittu kerasaostaminen muodostaa toisen kerroksen CrAlM2:a, ja että ensimmäisen kerroksen paksuuden suhde toisen kerroksen paksuuteen on välillä 4:1-1:1.

10. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että substraatti on kaasuturbiinin akseli tai rengas tai kiekko tai poltto-kammiotavara tai staattorin siipi tai roottorin siipi tai ohjainsiipi tai kaasuturbiinin siiven kantopintaosuus tai kaasuturbiinin siiven juuriosuus tai kaasuturbiinin siipien kehäosa.

11. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kylvyssä on hiukkasjakautuma 25 % välillä 15-12 pm, 45 % välillä 10-12 pm ja 30 % alle 10 pm. :' Patentkrav ’! 1. Förfarande för framställning av ytbeläggning pä ett substrat, varvid förfarandet •. 20 först innefattar att substratet alumineras, kromas eller beläggs med silikon, sedan att man elektrolytiskt eller elektrokemiskt utfäller en metallmatris Mi ur ett bad inne-’ hällande CrAlM2-partiklar för att medialla partiklama med matrisen, där Mj är ät- : · minstone ett av grundämnena Ni eller Co eller Fe, och M2 är ätminstone ett av grundämnena Y, Si, Ti, Hf, Ta, Nb, Mn, Pt eller en sällsynt jordartsmetall. 25 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det innefattar dessutom en , . värmebehandling antingen före eller efter medfallningen av CrAlM2-partiklama, ..: varvid, om nämnda värmebehandling sker före medutfällningen, innefattar behand- lingen att det aluminerade, kromade eller silikonbelagda substratet halls vid inemot 1 100 °C i ca en timmes tid i vakuum, och om värmebehandlingen sker efter med- 30 fällningen, innefattar behandlingen att det medfällda materialet hälls vid inemot 1 050 °C i ca tva timmars tid under vakuumbetingelser. 14 110790

11. Förfarande enligt vilket som heist föregäende patentkrav, kännetecknat av att partikelfördelningen i badet är 25 % i intervallet 15-12 pm, 45 % i intervallet 10-12 pm och 30 % mindre än 10 pm.