NO170811B - Oxydasjons- og varmemotstandsdyktig sammensatt gjenstand og legeringsmateriale - Google Patents
Oxydasjons- og varmemotstandsdyktig sammensatt gjenstand og legeringsmateriale Download PDFInfo
- Publication number
- NO170811B NO170811B NO881158A NO881158A NO170811B NO 170811 B NO170811 B NO 170811B NO 881158 A NO881158 A NO 881158A NO 881158 A NO881158 A NO 881158A NO 170811 B NO170811 B NO 170811B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- approx
- alloy
- coating
- silicon
- hafnium
- Prior art date
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 51
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 47
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 29
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 19
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 19
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 17
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 14
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 13
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 13
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 2
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- GIGQFSYNIXPBCE-UHFFFAOYSA-N alumane;platinum Chemical compound [AlH3].[Pt] GIGQFSYNIXPBCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- CUDSBWGCGSUXDB-UHFFFAOYSA-N Dibutyl disulfide Chemical group CCCCSSCCCC CUDSBWGCGSUXDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QVYYOKWPCQYKEY-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co] Chemical compound [Fe].[Co] QVYYOKWPCQYKEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010961 commercial manufacture process Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- -1 up to 1% Chemical compound 0.000 description 1
- 238000010290 vacuum plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
- C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/067—Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
-
- 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
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
- Y10T428/12944—Ni-base component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
Oppfinnelsens område
Den foreliggende oppfinnelse angår generelt super-legeringsområdet innen metallurgien og angår mer spesielt oxydasjons- og varmkorrosjonsresistente nikkelbaserte legeringer og nye industrielle og marine gassturbinsuper-legeringsvarmtrinnskomponenter belagt eller clad med disse nye legeringer og derfor med lang levealder under bruk.
Oppfinnelsens bakgrunn
Beskyttende belegg er av vital betydning for de fortsatte bruksegenskaper og levealderen for industrielle og marine gassturbiner hvis varmseksjonskomponenter utsettes for ugjestmilde omgivelser ved temperaturer mellom 704 og 982°C. Fordi blad- og skovllegeringsmaterialer som tilfreds-stiller kravene til de mekaniske egenskaper, ikke oppviser akseptabel sulfiderings/oxydasjonsmotstandsdyktighet for lengre tids anvendelser i marine og industrielle gassturbiner, er det nødvendig å anvende beskyttende belegg som er metallurgisk stabile og forlikelige med substratlegeringen og som ikke i betydelig grad forringer dens mekaniske egenskaper ved arbeidstemperaturene.
Aluminium, silicium og krom er de eneste tre legerings-elementer som danner selvhelbredende beskyttende oxydoverflate-lag på nikkel-, kobolt- og jernbaserte superlegeringer. I
den tidlige teknikkens stand er aluminidbelegg innbefattet som er mer beskyttende ved høyere temperaturer, og krom- og siliciumbelegg som gir bedre resultater ved den nedre ende av temperaturspektrumet som gassturbinvarmseksjoner utsettes for. Også belegg av MCrAlY-klassen er innbefattet i teknikkens stand, hvori M betegner jern, kobolt, nikkel eller visse kombinasjoner av disse. For enkelte bruksomgivelser har MCrAlY-belegg vist seg å være fordelaktige sammenlignet med aluminidbelegg hva gjelder korrosjonsmotstandsdyktighet og duktilitet. Alle hittil kjente belegg for superlegerings-blader/-skovler har imidlertid mangler som begrenser deres anvendbarhet. Det har vært et lenge tilstrebet mål for for-skere innen belegningsteknikken å eliminere disse mangler og å utvide det beskyttende temperaturområde.
Oppsummering av oppfinnelsen
Legeringsovertrekket for gjenstanden
i henhold til den foreliggende oppfinnelse gir langvarig sulfiderings (varmkorrosjon)-beskyttelse for nikkelbaserte superlegeringsdeler som anvendes ved temperaturer opp til 871°C, metallurgisk forlikelighet med de fleste kommersielle substratmaterialer og usedvanlig duktilitet og motstand mot sprekkdannelse under mekanisk eller termisk indusert tøyning. For de fleste marine og industrielle gassturbinblad/-skovl-anvendelser for anvendelse innen temperaturområdet av 704-871°C kan varmkorrosjonsbeskyttelse utover den forventede levealder for delen oppnås ved anvendelse av legerings-materialene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Dette representerer et gjennombrudd innen den meget omfattende teknikkens stand hva gjelder markedsføring av nye gassturbiner og polering av anvendte blader og/eller skovler.
Én av hovederkjennelsene i henhold til den foreliggende oppfinnelse er at varmkorrosjonsmotstandsdyktighet opp til 788°C kan forbedres sterkt ved å eliminere aluminium samtidig som krominnholdet økes til nivåer som generelt ikke finnes i kjente NiCrAlY-belegg. En annen hovederkjennelse i henhold til den foreliggende oppfinnelse er at korrosjons-levealderen og duktiliteten til belegg av legeringer med høyt krom-nikkelinnhold mellom 704 og 871°C kan forbedres sterkt ved tilsetning av forholdsvis små, men kritiske, mengder av silicium, hafnium og yttrium. Det har dessuten ifølge oppfinnelsen vist seg at når endel av nikkelinnholdet i disse nye legeringer erstattes med kobolt, kan varmkorrosjonsmot-standsdyktigheten ved 871°C forbedres betydelig. Denne for-bedring kan oppnås ved å innarbeide 9-11% kobolt, fortrinnsvis 10%, istedenfor nikkel i disse legeringer uten at dette går ut over duktiliteten.
Grunnene til den betydelige økning av beskyttelses-levealderen er ikke helt forstått, men enkelte hypoteser kan fremsettes. Det foreligger rikelig med bevis for at hafnium tar opp svovel langt mer effektivt enn krom, titan eller mangan i et varmt korrosjonsmiljø, slik at mer av krommet holder seg tilgjengelig for beskyttende oxyddannelse. Dessuten hemmer hafnium og yttrium avskalling av det beskyttende oxydskall i lengre tid. Det er også mulig at yttriumet øker diffusjonshastigheten for silicium til metall-oxydgrenseflaten, hvorved dannelsen av et kontinuerlig siliciumdioxydunderskall fremmes som er tilbøyelig til å bremse oxydvekst.
Aluminium er ikke bare skadelig hva gjelder de ovennevnte egenskaper, men det nedsetter også den viktige duktilitetsegenskap til de nye legeringer ifølge oppfinnelsen. Forsiktighet må derfor fortrinnsvis utvises for å unngå inn-arbeidelse av aluminium i disse legeringer^ Det vil imidlertid forstås at forholdsvis små mengder aluminium, som opp til 1%, kan tolereres og at dersom mengden økes til over dette nivå, vil svekkelsen av varmkorrosjonsmotstandsdyk-tigheten og duktiliteten hurtig tilta og hurtig nå det punkt (dvs. ca. 2%) hvor de nye resultater og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse er gått tapt for alle praktiske formål.
Oppfinnelsen angår en sammensatt gjenstand som angitt i krav l's ingress og som er særpreget ved de i krav l's karakteriserende del angitte trekk.
Oppfinnelsen angår også et oxydasjons- og varmkorrosjonsmotstandsdyktig legeringsmateriale som er særpreget ved at det i det vesentlige består av 30-44% krom, 0,5-10% hafnium, 0,5-4% silicium, 0,1-1% yttrium, 0,3-3% titan, 0-11% kobolt, resten nikkel.
Det foretrukne område for legeringsmaterialet er 38-42% krom, 2,5-3,5% hafnium, 2-4% silicium, 0,1-0,3% yttrium, 0,3-0,7% titan, 9-11% kobolt, rest nikkel. I henhold til en optimal utførelsesform består NiCrHfSiTiY-legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelse i det vesentlige av ca. 40% krom, ca. 3% hafnium, ca. 3% silicium, ca. 0,2% yttrium, ca. 0,5% titan, rest. nikkel. Ifølge en annen slik utførelsesform av NiCoCrHfSiTiY-legeringen ifølge oppfinnelsen består denne i det vesentlige av ca. 40% krom,
ca. 2,5% hafnium, ca. 10% kobolt, ca. 3% silicium, ca.
2,5% titan, ca. 0,3% yttrium, rest nikkel.
Kortfattet beskrivelse av tegningene
På tegningene viser
Fig. 1 et fotografi av en typisk industriell gassturbin-skovl på hvilken beleggene eller claddingene i henhold til den foreliggende oppfinnelse er blitt påført, Fig. 2 et mikrofotografi (forstørrelse 400 diametre) av et prøvestykke av nikkelbasert superlegering belagt med NiCrHfSiTiY-legering ifølge den "foreliggende oppfinnelse som var blitt utsatt for 732°C i 2008 timer i en gassturbin-brennerrigg, Fig. 3 et mikrofotografi lignende det som er vist på Fig.2 (forstørrelse 200 diametre) av et prøvestykke av superlegeringssubstratet ifølge Fig. 2 med et belegg i henhold til teknikkens stand, idet prøvestykket er blitt prøvet under betingelsene ifølge Fig. 2, bortsett fra at varig-heten av prøvningen bare var 188 timer, Fig. 4 et annet mikrofotografi lignende det som er vist på Fig. 2 (forstørrelse 400 diametre) av et prøvestykke av superlegeringssubstratet ifølge Fig. 2 med ytterligere et annet belegg i henhold til teknikkens stand, idet prøvningen ble utført under betingelsene i henhold til Fig. 2, bortsett fra at prøvningsvarigheten bare var 340 timer. Fig. 5 et mikrofotografi (200X) av en del av et industrielt gassturbinskovlbæreplan med den samme substratsammensetning som ifølge Fig. 2, vist som belagt ved lavtrykksplasma-sprøyting med en legering ifølge den foreliggende oppfinnelse , Fig. 6 et mikrofotografi (200X) av et støpt bulkprøvestykke av NiCoCrHfSiTiY-legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelse i ikke-oxydert tilstand og prøvet under betingelsene i henhold til Fig. 2, bortsett fra at brennings-temperaturen var 871°C og at prøvningsvarigheten var
1000 timer,
Fig. 7 et diagram på hvilket samlet korrosjon i enheter a 0,0254mmpr. side er blitt avsatt mot tiden i timer, idet resultatene ved 732°C for prøvestykker i henhold til oppfinnelsen og for to valgte materialer i henhold til teknikkens stand er angitt ved hjelp av punkter avsatt på diagrammet som identifisert, og
Fig. 8 et annet diagram lignende det som er vist på
Fig. 7, hvor NiCrHfSiTiY-legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelse og NiCoCrHfSiTiY (betegnet som Oppfinnelseslegering -B) er blitt avsatt som punkter for prøvnings-dataer oppnådd ved 871°C, sammen med dataene for de to legeringer ifølge Fig. 7 i henhold til teknikkens stand.
Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer
For å oppnå tilfredsstillende belegning må legerings-smelte- og omvandling-til-pulver-metoder utføres med be-grensede oxygen- og nitrogenkonse.ntrasjoner til maksimalt henholdsvis 500 og 300 ppm (deler pr. million) i slutt-pulverproduktet. Når legeringene ifølge oppfinnelsen blir påført som overlagsbelegg, er de foretrukne avsetnings-metoder lavtrykks (dvs. vakuum)-plasmasprøyting, fysikalsk elektronstråledampavsetning (PVD) eller argonskjermet plasmasprøyting. Alle tre prosesser gir tilfredsstillende tykkelse og regulert sammensetning for marine og industrielle gassturbinanvendelser.
Når legeringen ifølge oppfinnelsen anvendes som bære-plancladdinger, foretrekkes det å valse legeringen til en tynn plate og å binde denne i denne form til det støpte superlegeringssubstrat ved hjelp av isostatisk varmpressing.
Efter avsetning av belegget blir de belagte gjenstander best varmebehandlet under beskyttende atmosfære (vakuum eller argon) av én eller flere av de følgende grunner:
(1) for å øke beleggets densitet
(2) for å forbedre vedhengningen til substratet
(3) for å gjenopprette optimale egenskaper for
substratet.
Varmebehandlingstiden og -temperaturen vil variere med forskjellige superlegeringssubstrater.
Varmkorros jonsresul tåtene som er representert ved hjelp av mikrof oto-graf iene Fig. 2, 3, 4 og 6 og diagrammene ifølge Fig. 7
og 8, ble oppnådd ved brennerriggprøvninger ved 732°C og 871°C utført for IN-738 pinnesubstrater belagt med et foretrukket legeringsmateriale ifølge den foreliggende oppfinnelse, for bulklegeringsskiveprøvestykker av to foretrukne legeringsmaterialer ifølge den foreliggende oppfinnelse og for IN-738 pinnesubstrater hvorav enkelte var belagt med platina-aluminium og enkelte med en CoCrAlY-legering. De sistnevnte to belegg i henhold til teknikkens stand ble valgt for sammenligningsformål på grunn av at de er utstrakt anvendt og generelt anerkjent som de beste som er kommersielt tilgjengelige for korrosjonsbeskyttelse av industrielle turbinskovler. De foretrukne legeringsmaterialer ifølge den" foreliggende oppfinnelse som ble anvendt for korrosjonsriggprøvningen, besto i det vesentlige av 40% krom, 3% hafnium, 3% silicium, 0,2% yttrium, 0,5% titan, resten nikkel, og NiCoCrHfSiTiY-legeringen betegnet ovenfor som Oppfinnelseslegering - B.
De foretrukne NiCrHfSiTiY-belegg ifølge oppfinnelsen og CoCrAlY-belegget ble påført på IN-738 legeringsprøve-stykker ved anvendelse av den vakuumplasmasprøytemetode som er utstrakt anvendt for kommersiell fremstilling av MCrAlY-belagte gassturbinkomponenter. Platina-aluminium-belegget ble oppnådd ved hjelp av standard elektroplettering og pakkebelegningsmetoden anvendt for kommersielt å belegge slike nikkelbaserte gjenstander. Beleggtykkelsen på prøve-stykkene varierte fra 0,1 mm for platina-aluminium- og CoCrAlY-materialene til 0,18 mm for legeringen ifølge oppfinnelsen.
Bulkprøvestykkene av NiCrHfSiTiY-legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelse, som angitt ovenfor, ble maskinert fra små støpestykker og bedømt i ikke-oxydert tilstand såvel som i en forhåndsoxydert tilstand oppnådd ved eksponering i 24 timer i luft ved 1038°C. Bulkprøve-stykket av legering-B ble også maskinert fra et lite støpe-stykke og bedømt i ikke-oxydert tilstand.
En standard brennerrigg ble anvendt for alle her rapporterte forsøk, og i hvert tilfelle var riggtrykk- og -temperaturbetingelser de samme og var én atmosfære mano-metertrykk og 732 °C i én forsøksserie og 871°C i den annen. Brenslet var likeledes det samme i hvert tilfelle og var dieselolje nr. 2 dopet med tertiært butyldisulfid (for å oppnå 1% svovel) og med ca. 500 ppm syntetisk sjøsalt. Tilstrekkelig med S02 ble tilsatt til forbrenningsluften til at svovelkonsentrasjoner ble oppnådd som kunne sammen-lignes med dem som foreligger ved normal drift av marine og industrielle gassturbiner.
Dataene oppnådd ved hvert av disse forsøk er identifisert og adskilt fra dataene for samtlige andre forsøk i serien, ved hjelp av nøkkelen i det øvre høyre hjørne på diagrammene vist på Fig. 7 og 8.
Som vist var prøvestykkene som er representative for den foreliggende oppfinnelse, spesielt de belagte legemer, klart sterkt overlegne hva gjaldt deres oppførsel sammenlignet med belegg i henhold.til teknikkens stand ved 732°C. Det forekom således fullstendig inntrengning av CoCrAlY-materialet i løpet av 170 timer og ca. 80% inntrengning av platinaaluminidbelegget i løpet av 250 timer. Inntrengning av belegget ifølge oppfinnelsen i en så sterk grad som 50% av beleggtykkelsen (dvs. 0,076 mm) forekom imidletid bare i ett enkelt tilfelle efter 5000 timer, og for en rekke andre belagte pinnetilfeller var beleggene fremdeles in-takte efter 2000 timer og endog efter 3000 timer. Inn-trengningen av bulklegeringsprøvestykkene i både ikke-oxydert og forhåndsoxydert tilstand var også betraktelig mindre enn i tilfellet med CoCrAlY- og platina-aluminium-beleggene efter tiden på over 1000 timer.
Ved 871°C ble NiCrHfSiTiY-legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelse utsatt for en inntrengning inntil dybder av fra 0,1 til 0,3 mm i tilfellet med støpte bulk-prøvestykker og til ca. 0,32 mm for belagte pinneprøve-stykker efter 1000 timer. Det støpte bulkprøvestykke av legering - B ble imidlertid inntrengt bare inntil en dybde av 0,038 mm efter 1000 timer ved 871°C. Ved sammenligning med CoCrAlY-korrosjonsdataspredningsbåndet og dataene for de med platina-aluminium belagte pinner ifølge Fig. 8 fremgår den gunstige virkning av aluminium ved forhøyede temperaturer. Det er imidlertid også klart at en slik gunstig virkning kan oppnås uten aluminium ved å erstatte en mindre del av nikkelinnholdet i legeringen ifølge oppfinnelsen med kobolt.
De ovenstående prøvningsresultater er ytterligere vist på de vedføyede mikrofotografier. En sammenligning mellom Fig. 2 og Fig. 3 avslører således den dramatiske for-skjell mellom et belegg ifølge den foreliggende oppfinnelse og et CoCrAlY-belegg hva gjelder korrosjonsmotstandsdyktighet ved 732°C under de ovenfor beskrevne prøvningsbe-tingelser. På lignende måte er det forholdsvis kraftige angrep som fant sted under de samme betingelser på et platina-aluminiumpakningsbelegg vist på Fig. 4. Som en forhånds- og efterreferanse er Fig. 5 et mikrofotografi av et med NiCrHfSiTiY belagt bæreplan, og i hvert av disse fire tilfeller er legeringsbelegget betegnet med C og substratet med S. Gassturbinskovlbæreplanet ifølge Fig. 1 dekket med beskyttende legering er identifisert ved hjelp av henvisningsbokstaven A.
Den fremragende korrosjonsmotstandsdyktighet til legering-B ifølge den foreliggende oppfinnelse fremgår likeledes klart av Fig. 6 som bare viser overflateangrep på et "bulkstøpt prøvestykke under standard brennerbriggprøvnings-betingelser ved 871°C i 1000 timer.
Strekkforsøk som ble utført med prøvestykker frem-stilt ved vakuumplasmasprøyting av frittstående former med Co-29Cr-6Al-lY-belegningsmaterialene og med et foretrukket materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse (bestående i det vesentlige av 40% krom, 3% hafnium, 3% silicium, 0,2% yttrium, 0,5% titan, rest nikkel) viser den betydelige for-skjell i duktilitet ved alle temperaturer mellom disse to belegningslegeringer, hvilket fremgår klart av de forsøks-data som er angitt i Tabell I.
Den gode duktilitet til NiCrHfSiTiY-belegget ifølge den foreliggende oppfinnelse vil redusere utmattingsleve-alderen for en substratlegering langt mindre enn overtrekks-belegg i henhold til teknikkens stand og av sammenlignbar art såvel som pakningsbelegg.
I beskrivelsen og i kravene er alle prosenter eller andeler basert på vekt.
Claims (13)
1. Oxydasjons- og varmkorrosjonsmotstandsdyktig sammensatt gjenstand omfattende en gassturbinvarmseksjonskomponent av nikkelbasert superlegering og et beskyttende legeringsovertrekk bundet til varmseksjonskomponenten, karakterisert ved at det beskyttende legeringsovertrekk i det vesentlige består av 30-44% krom, 0,5-10% hafnium, 0,5-4 % silicium, 0,1-1% yttrium, 0,3-3% titan, 0-11% kobolt, rest nikkel.
2. Gjenstand ifølge krav 1,
karakterisert ved at legeringsovertrekket foreligger i form av et belegg.
3. Gjenstand ifølge krav 1,
karakterisert ved at overtrekket foreligger i form av et sprøyteavsatt belegg.
4. Gjenstand ifølge krav 1,
karakterisert ved at overtrekket foreligger i form av en cladding bundet til gassturbinvarm-seks jonskomponent sub stråtet.
5. Gjenstand ifølge krav 4,
karakterisert ved at claddingen er blitt bundet til substratlegemet ved hjelp av isostatisk varmpressing.
6. Gjenstand ifølge krav 1-5, karakterisert ved at legeringsovertrekket i det vesentlige består av 38-42% krom, 2,5-3,5% hafnium,
2-4% silicium, 0,1-0,3% yttrium, 0,3-1% titan, rest nikkel.
7. Gjenstand ifølge krav 1- 5, karakterisert ved at overtrekket i det vesentlige består av ca. 40% krom, ca. 3% hafnium, ca. 3% silicium, ca. 0,2% yttrium, ca. 0,5% titan, ca. 10% kobolt, rest nikkel.
8. Gjenstand ifølge krav 1- 5, karakterisert ved at legeringsovertrekket i det vesentlige består av ca. 40% krom, ca. 2,5% hafnium, ca. 10% kobolt, ca. 3% silicium, ca. 2,5% titan, ca. 0,3% yttrium, rest nikkel.
9. Oxydasjons- og varmkorrosjonsmotstandsdyktig legeringsmateriale,
karakterisert ved at det i det vesentlige består av 30-44% krom, 0,5-10% hafnium, 0,5-4% silicium, 0,1-1% yttrium, 0,3-3% titan., 0-11% kobolt, rest nikkel.
10. Legering ifølge krav 9,
karakterisert ved at den i det vesentlige består av 38-42% krom, 2,5-3,5% hafnium, 2-4% silicium, 0,1-0,3% yttrium, 0,3-1% titan, rest nikkel.
11 • Legering ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at den i det vesentlige består av 40% krom, 3% hafnium, 3% silicium, 0,2% yttrium, 0,5% titan, rest nikkel.
12. Legering ifølge krav 9, karakterisert ved at den inneholder 9-11% kobolt.
13. Legering ifølge krav 12, karakterisert ved at den inneholder 10% kobolt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/026,932 US4774149A (en) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | Oxidation-and hot corrosion-resistant nickel-base alloy coatings and claddings for industrial and marine gas turbine hot section components and resulting composite articles |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO881158D0 NO881158D0 (no) | 1988-03-16 |
NO881158L NO881158L (no) | 1988-09-19 |
NO170811B true NO170811B (no) | 1992-08-31 |
NO170811C NO170811C (no) | 1992-12-09 |
Family
ID=21834631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO881158A NO170811C (no) | 1987-03-17 | 1988-03-16 | Oxydasjons- og varmemotstandsdyktig sammensatt gjenstand og legeringsmateriale |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4774149A (no) |
EP (1) | EP0284793B1 (no) |
JP (1) | JPH0613749B2 (no) |
DE (1) | DE3873798T2 (no) |
GB (1) | GB2202235B (no) |
IN (1) | IN169043B (no) |
NO (1) | NO170811C (no) |
SG (1) | SG35891G (no) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0819505B2 (ja) * | 1989-01-09 | 1996-02-28 | 大同特殊鋼株式会社 | 通電下における溶融ガラス中での耐侵食性に優れたガラス溶融炉用電極材料 |
US5039477A (en) * | 1989-06-02 | 1991-08-13 | Sugitani Kinzoku Kogyo Kabushiki Kaisha | Powdered metal spray coating material |
US5057196A (en) * | 1990-12-17 | 1991-10-15 | General Motors Corporation | Method of forming platinum-silicon-enriched diffused aluminide coating on a superalloy substrate |
GB9116332D0 (en) | 1991-07-29 | 1991-09-11 | Diffusion Alloys Ltd | Refurbishing of corroded superalloy or heat resistant steel parts and parts so refurbished |
DK173136B1 (da) | 1996-05-15 | 2000-02-07 | Man B & W Diesel As | Bevægeligt vægelement i form af en udstødsventilspindel eller et stempel i en forbrændingsmotor. |
US20040031140A1 (en) * | 1996-12-23 | 2004-02-19 | Arnold James E. | Methods for salvaging a cast article |
US6427904B1 (en) * | 1999-01-29 | 2002-08-06 | Clad Metals Llc | Bonding of dissimilar metals |
EP1365044A1 (de) * | 2002-05-24 | 2003-11-26 | Siemens Aktiengesellschaft | MCrAl-Schicht |
US7157151B2 (en) | 2002-09-11 | 2007-01-02 | Rolls-Royce Corporation | Corrosion-resistant layered coatings |
US6786635B2 (en) * | 2002-11-06 | 2004-09-07 | General Electric Company | Turbine blade (bucket) health monitoring and prognosis using neural network based diagnostic techniques in conjunction with pyrometer signals |
US20050058851A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Smith Gaylord D. | Composite tube for ethylene pyrolysis furnace and methods of manufacture and joining same |
US20060057418A1 (en) * | 2004-09-16 | 2006-03-16 | Aeromet Technologies, Inc. | Alluminide coatings containing silicon and yttrium for superalloys and method of forming such coatings |
EP1802784B1 (en) * | 2004-09-16 | 2012-02-15 | MT Coatings, LLC | Gas turbine engine components with aluminide coatings and method of forming such aluminide coatings on gas turbine engine components |
US9133718B2 (en) * | 2004-12-13 | 2015-09-15 | Mt Coatings, Llc | Turbine engine components with non-aluminide silicon-containing and chromium-containing protective coatings and methods of forming such non-aluminide protective coatings |
EP1834009B1 (en) * | 2004-12-13 | 2016-07-20 | MT Coatings, LLC | Metal components with silicon-containing protective coatings and methods of forming such protective coatings |
TWM298033U (en) * | 2006-03-29 | 2006-09-21 | Syntec Machinery Co Ltd | Locknut with wear-resisting coating layer |
US9138963B2 (en) | 2009-12-14 | 2015-09-22 | United Technologies Corporation | Low sulfur nickel base substrate alloy and overlay coating system |
US8708659B2 (en) | 2010-09-24 | 2014-04-29 | United Technologies Corporation | Turbine engine component having protective coating |
EP2781691A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-24 | Alstom Technology Ltd | Method for reconditioning a hot gas path part of a gas turbine |
CN113798736B (zh) * | 2020-06-12 | 2023-09-12 | 江苏立新合金实业总公司 | 一种镍铬钛合金焊丝的制备方法 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1070099A (en) * | 1965-06-25 | 1967-05-24 | Int Nickel Ltd | Welding high-temperature alloys |
US4174964A (en) * | 1969-10-28 | 1979-11-20 | The International Nickel Company, Inc. | Nickel-base alloys of improved high temperature tensile ductility |
US3787202A (en) * | 1970-11-18 | 1974-01-22 | Cyclops Corp | High temperature chromium-nickel alloy |
US4039330A (en) * | 1971-04-07 | 1977-08-02 | The International Nickel Company, Inc. | Nickel-chromium-cobalt alloys |
US3907552A (en) * | 1971-10-12 | 1975-09-23 | Teledyne Inc | Nickel base alloys of improved properties |
CH597364A5 (no) * | 1974-04-11 | 1978-03-31 | Bbc Sulzer Turbomaschinen | |
US4022587A (en) * | 1974-04-24 | 1977-05-10 | Cabot Corporation | Protective nickel base alloy coatings |
US3904382A (en) * | 1974-06-17 | 1975-09-09 | Gen Electric | Corrosion-resistant coating for superalloys |
US3993454A (en) * | 1975-06-23 | 1976-11-23 | United Technologies Corporation | Alumina forming coatings containing hafnium for high temperature applications |
FR2333870A1 (fr) * | 1975-12-02 | 1977-07-01 | Pompey Acieries | Alliage refractaire a base de nickel et de chrome possedant une resistance elevee a l'oxydation, a la carburation et au fluage a tres haute temperature |
US4034142A (en) * | 1975-12-31 | 1977-07-05 | United Technologies Corporation | Superalloy base having a coating containing silicon for corrosion/oxidation protection |
CA1082949A (en) * | 1976-06-03 | 1980-08-05 | William F. Schilling | High-temperature austenitic alloys and articles utilizing the same |
US4118224A (en) * | 1976-12-06 | 1978-10-03 | Wilbur B. Driver Company | Nickel-chromium heating element alloy having improved operating life |
US4152488A (en) * | 1977-05-03 | 1979-05-01 | United Technologies Corporation | Gas turbine blade tip alloy and composite |
US4130420A (en) * | 1977-12-05 | 1978-12-19 | Miles Firnhaber | Nickel-chromium alloys |
US4137074A (en) * | 1978-04-17 | 1979-01-30 | Miles Firnhaber | Nickel-chromium alloys |
US4339509A (en) * | 1979-05-29 | 1982-07-13 | Howmet Turbine Components Corporation | Superalloy coating composition with oxidation and/or sulfidation resistance |
US4313760A (en) * | 1979-05-29 | 1982-02-02 | Howmet Turbine Components Corporation | Superalloy coating composition |
US4447503A (en) * | 1980-05-01 | 1984-05-08 | Howmet Turbine Components Corporation | Superalloy coating composition with high temperature oxidation resistance |
US4419416A (en) * | 1981-08-05 | 1983-12-06 | United Technologies Corporation | Overlay coatings for superalloys |
US4677034A (en) * | 1982-06-11 | 1987-06-30 | General Electric Company | Coated superalloy gas turbine components |
JPS62218785A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | 株式会社東芝 | 炉壁構造体 |
-
1987
- 1987-03-17 US US07/026,932 patent/US4774149A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-02-01 IN IN83/CAL/88A patent/IN169043B/en unknown
- 1988-02-25 GB GB8804453A patent/GB2202235B/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-01 EP EP88103050A patent/EP0284793B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-01 DE DE8888103050T patent/DE3873798T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-16 NO NO881158A patent/NO170811C/no unknown
- 1988-03-17 JP JP63062088A patent/JPH0613749B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-10 SG SG358/91A patent/SG35891G/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SG35891G (en) | 1991-06-21 |
DE3873798D1 (de) | 1992-09-24 |
GB2202235B (en) | 1991-01-30 |
EP0284793B1 (en) | 1992-08-19 |
IN169043B (no) | 1991-08-24 |
NO881158L (no) | 1988-09-19 |
NO170811C (no) | 1992-12-09 |
EP0284793A3 (en) | 1989-10-11 |
DE3873798T2 (de) | 1993-03-04 |
JPH0613749B2 (ja) | 1994-02-23 |
US4774149A (en) | 1988-09-27 |
EP0284793A2 (en) | 1988-10-05 |
NO881158D0 (no) | 1988-03-16 |
GB2202235A (en) | 1988-09-21 |
GB8804453D0 (en) | 1988-03-23 |
JPS64257A (en) | 1989-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO170811B (no) | Oxydasjons- og varmemotstandsdyktig sammensatt gjenstand og legeringsmateriale | |
Lindblad | A review of the behavior of aluminide-coated superalloys | |
CA1045421A (en) | High temperature nicocraly coatings | |
US4339509A (en) | Superalloy coating composition with oxidation and/or sulfidation resistance | |
US4429019A (en) | Heat-resistant machine component | |
US4714624A (en) | High temperature oxidation/corrosion resistant coatings | |
NO147019B (no) | Metallaminat og anvendelse av dette som gassturbinmotorkomponent | |
EP1403397B1 (en) | Cobalt-based alloy for the coating of components subject to erosion by liquid | |
US5712050A (en) | Superalloy component with dispersion-containing protective coating | |
US4054723A (en) | Composite articles | |
Tobar et al. | Laser cladding of MCrAlY coatings on stainless steel | |
US5281484A (en) | High stress capability, intermetallic phase titanium aluminide coated components | |
SE453306B (sv) | Foremal av varmhallfast legering forsett med en kiselberikad varmkorrosionsbestendig beleggning samt sett att tillverka foremalet | |
JPH01257A (ja) | 耐酸化性かつ耐高温腐食性ニッケル基合金被覆材並びにそれを用いた複合製品 | |
Kaur et al. | A survey of the literature on the use of high velocity oxy‐fuel spray technology for high temperature corrosion and erosion‐corrosion resistant coatings | |
NO783486L (no) | Oksydasjonsbestandig og slitesterk belagt gjenstand | |
US4485148A (en) | Chromium boron surfaced nickel-iron base alloys | |
Shankar et al. | Vacuum plasma sprayed metallic coatings | |
RU2340704C2 (ru) | Способ обработки поверхности металлического изделия | |
US3622402A (en) | Erosion-corrosion resistant coating | |
Hu et al. | Thermal shock behaviour and failure mechanism of two-kind Cr coatings on non-planar structure | |
RU2165475C2 (ru) | Способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии | |
CA2301092A1 (en) | Ni-based single crystal alloy having coating film for preventing recrystallization fracture | |
JPH0967661A (ja) | 耐高温用溶射被覆部材及びその製造方法 | |
Das et al. | The cyclic oxidation performance of aluminide and Pt-aluminide coatings on cast Ni-based superalloy CM-247 |