DE2801016C2

DE2801016C2 - Gegenstand aus einem Superlegierungskörper mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug aus einem Pulver sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2801016C2
Application number: DE2801016A
Authority: DE
Inventors: Harold Howard Hirsch; John Ruel Schenectady N.Y. Rairden III
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1986-08-21
Also published as: FR2377458A1; GB1591593A; FR2377458B1; DE2801016A1; JPH0159348B2; JPH01119657A; IT7819244A0; US4101713A; IT1091969B; JPS53112234A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegenstand aus einem Superlegierungskörper mit einem durch Spritzen aufgebrachten Überzug aus einem Pulver.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gegenstandes.

Ein Gegenstand der vorgenannten Art ist in der US-PS 39 57 454 beschrieben. Der dort angegebene Gegenstand ist erhalten worden durch Plasmaspritzen eines Superlegierungskörpers mit einem Überzug auf MCr-Grundlage, worin M für Eisen, Kobalt oder Nickel oder deren Modifikationen in Kombination mit Aluminium \

oder dessen Legierungen steht, um dem Körper eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Duktilität in der »

Hitze zu verleihen. Das Plasmaspritzen nach der US-PS 39 57 454 der Legierungspulver auf MCr-Grundlagc erfolgt in einer inerten Atmosphäre aus Argon und Wasserstoff, um die Oxidation der erhitzten Teilchen

während des Aufspritzens zu verringern. In dieser zuletzt genannten US-PS ist auch die Beibehaltung der „

Verformung in dem Teilchen und das Vermeiden des Schmelzens der Teilchen, um auf das Substrat ein erhitztes |

Pulver, nicht aber eine Schmelze auftreffen zu lassen und so die Deformation des aufgebrachten Teilchens beim |

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Abkühlen durch Ableiten der Wärme in das Substrat beizubehalten, offenbarL Der erhaltene Verbundüberzug besteht aus einer Matrix geschmolzener und geschmiedeter Teilchen und einem interdiffundierten Füllstoff aus Aluminium oder dessen Legierungen. Die Teilchen der Matrix haben eine Größe von etwa 44 μηχ.

In der US-PS 38 64 093 ist ein Gegenstand beschrieben, der einen Oberzug aus Oxidteilchen aufweist, die gleichförmig in einer Matrix aus einer Metallegierung dispergiert sind. Dieser Oberzug kann durch Plasmaspritxen oder Flammspritzen aufgebracht werden.

Das Aufbringen von Metallpulvern durch Flammspritzen ist in der US-PS 33 22 515 beschrieben. Nach diesem Verfahren werden Oberzugspulver aus zwei Komponenten durch Flammspritzen aufgebracht, die exotherm miteinander reagieren und vorzugsweise aus einem Kern aus der einen Komponente und mindestens einer Überzugsschicht aus der anderen Komponente bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten überzogenen Gegenstand hinsichtlich der Qualität des Überzuges zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überzug durch Flammspritzen aufgebracht ist, daß das aufgebrachte Pulver mit hoher Energie gemahlen, und daß dessen Teilchen mechanisch legiert sind und eine mittlere Größe von weniger als 44 μπι haben. !5

Die Erfindung ist somit in einem Gegenstand verkörpert, der einen Superlegierungskörper umfaßt, der durch Flammspritzen mit einem Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver versehen ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sowie des Verfahrens zu seiner Herstellung finden sich in den Unteransprüchen.

Für den Körper kann jede Superlegierung verwendet werden, einschließlich solcher, die z. B. in der ASTM Publikation Nr. 9S9E beschrieben sind. Besonders brauchbar sind Superlegierungen, die Kohlenstoff enthalten und bei denen zumindest teilweise Karbide die Festigkeit bedingen, z. B. durch Karbide in Korngrenzen, wie Monokarbid, das üblicherweise mit der Kurzbezeichnung MC versehen wird, oder Chromkarbide, die üblicherweise mit M23C6 und M7C3 abgekürzt wiedergegeben werden, sowie Karbide aus hochschmelzenden Metallen, die in Plättchen- oder Faserform das Korninnere verstärken und die nach dem angewendeten Gießverfahren ausgerichtet oder nicht ausgerichtet vorliegen. Beispiele für die brauchbaren Superlegierungen sind Legierungen auf Nickelgrundlage, z. B. solche mit den folgenden Zusammensetzungen in %:

IN-738: 0,17 C, 0,2 Mn, 0,3 Si, 16 Cr, 8,5 Co, 1,75 Mo, 2,6 W. 0,9 Nb, 3,4 Ti, 3,4 Al, 0,01 B, 0,10 Zr, 1.75 Ta, Rest Ni; MAR-M200:0,15 C, 9,0 Cr, 10,0 Co, 12,5 W, 1,8 Nb, 2,0Ti, 5,0 Al, 0,015 B, 0,05 Zr. Rest Ni:

NX-188:0,04 C, 18,0 Mo, 8,0 Al, Rest Ni;

Rene 80:0,17 C, 14,0Cr, 9,5 Co,4,0 Mo,4,0 W₁5,0Ti, 3,0 Al, 0,015 B, 0,03 Zr, Rest Ni;

Rene 95:0,15 C, 14,0 Cr, 8,0 Co, 3,5 Mo, 3,5 W, 3,5 Nb, 2,5 Ti,3,5 Al, 0,01 B, 0,05 Zr, Rest Ni;

TAZ-8B: 0,125 C, 6,0 Cr, 5,0 Co, 4,0 Mo, 4,0 W, 1,5 Nb, 6,0 Al, 0,004 B, 1,0 Zr, 8,0Ta, Rest Ni; TRW Vl: 0,13 C, 6,0 Cr, 7,5 Co, 2,0 Mo, 5,8 W, 0,5 Nb, 1,0 Ti, 5,4 Al, 0,02 B, 0,13 Zr, 9,0 Ta, 0,5 Re, 0,34 Hf, Rest Ni; und WAZ-20:0,15 C, 18,5 W, 6,2 Al, 1,5 Zr, Rest Ni;

Legierungen adf Eisennickelbasis, ζ. B. solche mit den folgenden Zusammensetzungen:

Incoloy 802:0,4 C, 0,8 Mn, 0,4 Si, 21,0 Cr, 32,5 Ni,46,0 Fe, 0,4 Cu;

S-590:0,43 C, 1,25 Mn, 0,40 Si, 20.5 Cr, 20,0 Ni, 20,0 Co,4,0 Mo, 4,0 W, 4,0 Nb, Rest Fe;

Duraloy »HOM-3«: 0,50 C, 0,80 Mn, 1,0 Si,25,5 Cr,45,5 Ni, 3,25 Co, 3,25 Mo, 3,25 W, Rest Eisen; und

Legierungen auf Kobaltgrundlage, z. B. solche mit den folgenden Zusammensetzungen:

FSX-414:0,25 C, 1,0 Mn, 1,0 Si, 29,5 Cr, 10,5 Ni, 7,0 W, 0,012 B, 2,0 Fe, Rest Co;

FSX-430:0,40 C, 29,5 Cr. 10,0 Ni, 7,5 W 0,027 B, 0,9 Zr, 0,5 Y, Rest Co;

MAR-M509:0,60 C₁O₁IOMn₁O₁IOSi^l₁SCr, 10,0 Ni,7,0 W,0,2Ti,0,010 B, 0,50 Zr, 1,0 Fe, 3,5Ta, Rest Co; und X-45:0,25 C, 1,0 Mn, 25,5 Cr, 10,5 Ni, 7,0 W, 0,010 B, 2,0 Fe, Rest Co.

Zum Überziehen kann jedes mit hoher Energie gemahlene Pulver eingesetzt werden. Beispielhaft für hitze-, oxidations- und korrosionsbeständige und/oder dispersionsgehärtete Überzüge sind solche auf der Grundlage von Nickelchrom, Kobaltchrom, Eisenchrom die fakultativ noch weitere Legierungselemente enthalten können, z. B. Molybdän, Wolfram, Niob und/oder Tantal, Aluminium, Titan, Zirkonium, oder Nichtmetalle, z. B. Kohlenstoff, Silicium, Bor usw. Eine derzeit zum Überziehen bevorzugte Zusammensetzung umfaßt oxidations- und korrosionsbeständige Nickelchrom- oder Kobaltchromlegierungen, die fakultativ eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten können: Aluminium, Kohlenstoff, Yttrium oder irgendeines der seltenen Erdmetalle. Die Überzugszusammensetzungen können allgemein durch die folgenden Formeln beschrieben werden:

MCr, MCrA, MCrAlY oder MCrAICY,

worin M das Grundmetall ist, z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, Cr für Chrom steht, Al für Aluminium, C für Kohlenstoff und Y für Yttrium und die anderen seltenen Erdmetalle.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schließt Überzugszusammensetzungen ein, die ein Dispersoid enthalten, z. B. eines der Oxide von Aluminium, Thorium oder Yttrium, welche den Überzug durch Dispersionshärten wirksam festigen, nachdem er durch Flammspritzen auf den Superlegierungskörper aufeebracht ist.

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Die derzeit bevorzugten Überzugszusammensetzungen schließen die in der folgenden Tabelle auf Gcwiehtsprozentbasis angegebenen ein:

Tabelle 1

Bestandteile Überzugs-Zusammensetzung

12 3 4 5 6*) 7*) 8*) 9 10

1.Chrom 10-50 10-30 15-25 19-21 10-30 10-30 10-30 10-30 20-50 -

^Aluminium 1-20 2-15 4-11 4-11 0-20 0-20 0-20 0-20 - 5-20

3.Tantal - 1-10 -----

4. Platin 0-10- - — - - - - — -

5. Hafnium 0-10- - - - - - - - -

6.Yttrium 0-1,5 0—1,5 0-1,5 0—1,5 0—1,5 - — — — -

7. Kohlenstoff 0-0,5 0-0,2 0-0,15 0-0,15 ------

8.Throriumdioxid — — — — — — — 0,1—5,0 — —

9. Aluminiumoxid — — — — — — 0,1—5,0 — — —

10. Yttriumoxid _____ 0,1—5,0 — — — . —

11. Eisen/Kobalt Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest oder Nickel

*) dispersionsgehärtete, oxidationsbesiändige Legierungen

Wichtig für den Einsatz der nach der vorliegenden Erfindung aufgebrachten Überzugszusammensetzung ist das Mahlen der darin enthaltenen Komponenten mit hoher Energie. Es kann jedes Verfahren und jede Vorrichtung, die geeignet ist. ein mechanisch legiertes Metallpulver herzustellen, das aus einer Mehrzahl von Bestandteilen besteht, von denen mindestens ein Bestandteil ein Metall ist, das durch Druck deformierbar ist, benutzt werden. Von besonderer Nützlichkeit sind Abriebs- oder Vibrationsmühlen.

»Mechanisches Legieren« ist das Verfahren, das zu einem Verbundmetallteilchen führt, in dem mehrere Bestandteile <xler Legierungselemente in Form von Pulvern, von denen mindestens eines ein unter Druck deformierbares Metall ist, beim Mahlen mit hoher Energie durch die Anwendung mechanischer Energie in Form einer vielmals wiederholt ausgeübten Druckkraft miteinander verbunden werden und wobei zumindest ein deformierbares Metall so kräftig bearbeitet und deformiert wird, daß dieses sich mit sich selbst und/oder den anderen Bestandteilen verbindet oder verschweißt, wobei die anderen Bestandteile Metalle und/oder Nichtmctallc sein können und durch das Verbinden bzw. Verschweißen innig miteinander verbunden und in identifizierbarer Weise durch die interne Struktur der erhaltenen Verbundmetallteilchen verbreitet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das mechanische Legieren das wiederholte Anwenden von Druckkräften in Gegenwart der reibenden Elemente ein, die kinetisch in einem hochaktivierten Zustand relativer Bewegung gehalten werden, und das Ganze setzt man für eine ausreichende Zeit fort, um die Bestandteile zu zerkleinern und miteinander zu verbinden oder zu verschweißen und durch die resultierende Metallmatrix des Pulverproduktes zu verteilen.

Vorzugsweise schließt das Mahlen mit hoher Energie ein Mahlen bei dem Energiezustand ein, der entsteht, sä wenn ausreichend mechanische Energie eine Überzugszusammensetzung unter Bedingungen zugeführt wird,

™ bei denen ein wesentlicher Anteil der Masse der reibenden Elemente kinetisch in einem hochaktivierten Zustand

relativer Bewegung gehalten wird. Für diesen Zweck kann jede mit hoher Energie arbeitende Mühle eingesetzt werden, einschließlich denen, die in den US-PS 35 91 362, 27 64 359 und in Perry's »Chemical Engineers' Handbook«, 4. Auflage, Section 8. Seiten 26 ff., Kongreßbibliothek Nr. 6113168, beschrieben sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Gegenstände sind durch folgendes bedingt:

(a) ein mit hoher Energie gemahlenes Pulver wird durch Flammspritzen auf einen Superlegierungskörper aufgebracht, wobei das Pulver in einem submikroskopischen Maßstab nicht vollständig legiert zu sein braucht, es jedoch im wesentlichen alle Legierungsbestandteile des Überzugs enthält,

(b) das Flammspritzen des Pulvers führt zur Abgabe der exothermen Reaktionswärme, da sich die intermetallischen Legierungen während des Flammspritzens bilden,
(c) durch das Flammspritzen des Pulvers wird über die exotherme Wärme zumindest ein Teil der Arbeit

freigesetzt, die während des Zerreibens der Pulver mechanisch durch Druckkräfte eingebracht wird, und
(d) das Flammspritzen des Pulvers sorgt für ein im wesentlichen homogenes Dispergieren eines Dispersoids in dem Überzug, wenn das Überzugspulver Elemente enthält, die unter den Bedingungen des Mahlens bei hoher Energie Dispersionen bilden.
60

In Übereinstimmung mit der Art und dem Aufbau der zum Flammspritzen benutzten Vorrichtung kann jeder Größenbereich für die den Überzug bildenden Pulver eingesetzt werden. Die Beziehung zwischen Vorrichtung zum Flammspritzen und Teilchengrößenverteilung für das Überzugspulver kann leicht durch Routineversuche vom Fachmann bestimmt werden.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform, bei der oxidations- und/oder korrosionsbeständige Überzuge auf Superlegierungskörper aufgebracht werden, wie solche mit den oben angegebenen Formeln MCr, MCrAl, MCrAlY oder MCrAlCY, werden oxidations- und korrosionsbeständige Gegenstände aus Superlegierung mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug erhalten, die optimale Eigenschaften haben, wenn die

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Teilchen des Überzugspulvers eine maximale Größe von weniger als 44 μιη haben und vorzugsweise innerhalb eines durchschnittlichen Teilchengrößenbereiches von weniger als 30 μίτι liegen und insbesondere innerhalb eines durchschnittlichen Teilchengrößenbereiches von etwa 20 bis 30 μιη.

Sind in dem Überzug dispersionshärtende Dispersoidteilchen mit Größen im Submikronbereich enthalten, dann enthält das Überzugspulver vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 5 Volumenprozent der Dispersoidteilchen, z. B. AI2O3, ThO2, Y2O3 usw., wobei diese Dispersoidteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,03 μιη und einen Teilchengrößenbereich von 0,005 bis 0,1 μιη haben und die Dispersoidteilchen außerdem gleichmäßig in dem Überzugspulver verteilt sind. Solche Superlegierungen mit Überzügen aus bei hoher Energie gemahlenen Pulvern, die dispersionsgehärtet sind, sind bevorzugt, da davon ausgegangen wird, daß insbesondere bei Verwendung von Überzügen aus Legierungen der allgemeinen Formel MCrAlY die Einführung einer Dispersoidphase in den Überzug, wie Y2O3, deutlich zum Aufrechterhalten der mechanischen Integrität des Überzugs durch die gesamte Dicke des Überzugs hindurch beiträgt, insbesondere bei hohen Temperaturen, wie sie üblicherweise beim Einsatz von Gasturbinen auftreten, d. h. Temperaturen im Bereich von etwa 800 bis etwa 1200 bis 1300⁰C und sogar noch höher. Weiter wird davon ausgegangen, daß die Einbeziehung des Dispersoids in den oxidations- und korrosionsbeständigen Überzug das Ansteigen des Widerstands gegenüber der Übertragung von Belastung durch die Matrix des Überzugs unterstützt und dadurch zur Gebrauchsdauer oder Festigkeit des Überzugs bei erhöhten Temperaturen beiträgt. Es wird angenommen, daß der Einsatz von bei hoher Energie gemahlener Pulver, in denen dispersionhärtende Oxide gleichmäßig in Submikronform verteilt sind, für auf Superlegierungskörper durch Flammspritzen aufzubringende Pulver ein neues Konzept darstellt, da die Zerstäubung von Legierungen, welche die gleichen Elemente enthalten, durch Anwendung von Pulverzerstäubungstechniken, wie sie bisher üblicherweise angewandt wurden, nicht zur Bildung der Dispersoidteilchen in Submikronform führt, die gleichmäßig innerhalb der Überzugspulver verteilt sind, noch gleichmäßig durch den durch Flammspritzen auf Superlegierungskörper aufgebrachten Überzug verteilt sind.

Das Anwenden des mit hoher Energie Mahlens auf die Zubereitung von mit Flammspritzen aufzubringenden Überzugszusammensetzungen liefert ein Verfahren, das vom Stand der Technik nicht erkannt worden ist und das ein wirtschaftliches wirksames Mittel zum Herstellen überzogener Superlegierungskörper ist, wobei die Überzüge aus einer im wesentlichen unbegrenzten Zahl von Legierungskombinationen und Legierungsbestandleilen in jeglicher Teilchengröße, Verteilung und Zusammensetzung bestehen können, wodurch man sich an jegliche Anforderung anpassen kann.

Beispiele von Verfahren und Vorrichtungen, die zum Flammspritzen im Rahmen der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind z. B. im »Flame Spray Handbook«, Bände II und III, von H. S. Ingham und A. P. Shepard, veröffentlicht von der Metco Inc., Westbury, Long Island, New York (1965); »Applied Mineralogy« &.

(Technische Mineralogie), »Are Plasma Technology in Materials Science« von D. A. Gerdeman und N. L. Hecht, gj

Springer-Verlag, 8. International Thermal Spraying Conference, Miami Beach, Florida, 27. September bis 1. Ok- ~

tober 1976, und den US-PS 34 365 248 und 30 10 009 beschrieben. Die Erfindung kann bei jeder zum Flammspritzen brauchbaren Temperatur ausgeführt werden. Üblicherweise wird eine thermische Spritzkanone mit einer Sauerstoffacetylenflamme bei Temperaturen bis zu etwa 2760°C und eine Plasmaspritzkanone bei Temperaturen von etwa 6660 bis zu etwa 11 090⁰C betrieben. Das Plasmaspritzverfahren ist besonders brauchbar zum Aufbringen dichter Überzüge, weil dabei Teilchengeschwindigkeiten von etwa 150 bis etwa 915 m/Sek., und vorzugsweise Teilchengeschwindigkeiten von etwa 610 bis etwa 915 m/Sek., erzielt werden können. Die Zubereitung der Körperoberfläche kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter den Bedingungen jeglicher Art von Atmosphäre erfolgen, z. B. oxidierenden, inerten oder reduzierenden Bedingungen, atmosphärischem, unteratmosphärischem oder überatmosphärischem Druck usw. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren unter einem Vakuum von etwa einem Zehntel bar oder weniger ausgeführt.

Nach dem Aufbringen des Überzuges auf den Superlegierungskörper durch Flammspritzen kann das überzogene Substrat mit einem Decküberzug durch Aluminieren versehen werden, wobei man die dafür bekannten Verfahren benutzen kann, einschließlich des Diffusionsüberziehens, das üblicherweise als Alitieren bezeichnet wird, wobei Aluminium in Überzug diffundiert und, wenn es erwünscht ist, auch in den Körper. Gleichzeitig diffundieren im allgemeinen einige Elemente des Körpers in den Überzug. Für das Alitieren kann man das als Packungszementieren, physikalisches Bedampfen, chemisches Bedampfen bekannte und andere Verfahren benutzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. I ein Schliffbild in 600facher Vergrößerung eines durch Reibungsmahlen erhaltenen Pulverteilchens aus Kobalt—32Chrom—^Aluminium. Bei diesem Pulverteilchen handelt es sich um eine durch Kaltbearbeiten mechanisch legierte Überzugszusammensetzung vor dem Aufbringen durch Flammspritzen auf einen Superlegierungskörper aus einer handelsüblichen Nickellegierung, die die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist: 0,17 C, 0,20 Mn, 0,30 Si, 16,0 Cr, 8,5 Co, 1,75 Mo, 2,6 W, 0,9 Nb, 3,4 Ti, 3,4 Al, 0.01 B, 0,10 Zr, 0,50 Fe, 1,75Ta₁ReStNi;

Fig. Ha ein Schliffbild in 250facher Vergrößerung eines Gegenstandes aus dem vorgenannten Superlegie- \

rungskörper, der in einer inerten Argonatmosphäre mit einem Pulver bei einer Geschwindigkeit von etwa |

610 m/Sek.. durch Flammspritzen mit einem Co—32Cr-3A1-Überzug versehen wurde, wobei man das durch |

Reibungsmahlen erhaltene Pulver der Fi g. I mit einem Teilchengrößenbereich von 5 bis 44 μιη benutzte. Die Figur zeigt den Überzug vor dem Testen der Hitzekorrosionsbeständigkeit;

Fig. Hb ein Schliffbild in 250facher Vergrößerung des Überzuges der Fig. Ha nach einem mit Hilfe einer Brenneranlage ausgeführten Hitzekorrosionstest für 1651 Stunden bei einer Temperatur von etwa 925°C, mit dem die hochkorrosiven Bedingungen in Marinegasturbinen simuliert wurden;

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F i g. HIa ein Schliffbiid in 250facher Vergrößerung eines Gegenstandes aus dem obigen Superlcgierungskörper, der in einer inerten Argonatmosphäre durch Flammspritzen mit einer Teilchengeschwindigkeit von etwa 150 m/Sek., mit einem Überzug aus Kobalt—29Chrom—6Aluminium—1 Yttrium versehen wurde, wobei die Überzugszusammensetzung durch Abriebsmahlen erhalten wurde und

Fig. HIb ein Schliffbild in 250facher Vergrößerung des Überzuges der Fig. HIa, nachdem man ihn für 1000 Stunden dem Hitzekorrosionstests unter Verwendung der Brenneranordnung bei einer Temperatur von etwa 925⁰C ausgesetzt hatte.

Beispiel I

Aus den folgenden pulverförmigen Ausgangsmaterialien wurden Legierungspulver hergestellt, die 65 Gew.-% Kobalt, 32 Gew.-% Chrom und 3 Gew.-% Aluminium enthielten und die Morphologie der F i g. I hatten:

CoAl 77,2 g (Teilchengröße < 74 .um) Cr 264,4 g (Teilchengröße < 74 μηι)

Kobalt 484,7- g (mittlere Teilchengröße < 1,4 μΐη).

Die vorstehend aufgeführten Pulver, die mit Ausnahme der natürlich auf der Oberfläche des Pulvers vorhandenen Oxidschicht nicht oxidiert waren, wurden vermischt und mit einer handelsüblichen Abriebsmühle mit ungefähr 150 Umdrehungen pro Minute 20 Stunden in einer Argonatmosphäre vermählen. Die aus Nickel bestehenden Abriebskugeln waren nach dem Mahlen stark mit Pulver überzogen. Das durch Abriebsmahlen entstandene Pulver wurde unter Verwendung einer erhobenen perforierten Bodenplatte durch zwei weitere Stunden von Abriebsmahlen von den Kugeln entfernt.

Das Pulver wurde gesiebt und ergab einen großen Anteil von 64,2% von Teilchen mit einer Größe von < 44 μίτι. Der geringere Teil von Pulver mit einer Teilchengröße von > 44 μίτι wurde durch einfaches Kugelmahlen, d. h. nicht durch Abriebsmahlen, zu Teilchen von <44 μίτι zerkleinert. Das durch Abriebsmahlen erhaltene Pulver mit einer Teilchengröße von <44 μηι wurde unter Verwendung von zwei verschiedenen Flammspritzvorrichtungen zum Überziehen von nageiförmigen Probekörpern aus 0,17% C, 14,0% Cr, 9,5% Co, 4,0% Mo, 4,0% W, 5,0% Ti, 3,0% Al, 0,015% B, 0,03% Zr und der Rest Ni (I) und der im Zusammenhang mit der in F i g. I genannten Superlegierung II benutzt:

1. einem handelsüblichen, mit hoher Intensität in Luftatmosphäre betriebenen Bogengerät und

2. einem handelsüblichen wirbelstabilisierten Bogengerät von 80 kW, das in einer Argonatmosphäre betrieben wird.

Die mit beiden Geräten erhaltenen Flammspritzüberzüge waren sehr dicht, wie sich durch metallographische Untersuchung ergab. Die in Luftatmosphäre aufgebrachten Überzüge enthielten einen großen Anteil von Oxiden, während die in Argonatmosphäre aufgebrachten Überzüge nahezu oxidfrei waren.

In der folgenden Tabelle II sind unter der Überschrift »Brenneranlagen-Testergebnisse« die Kontroll- und Testbedingungen zusammengefaßt, die beim Flammspritzen und den Hitzekorrosionstests von Co-32 Cr-3Al-Überzügen auf den beiden vorgenannten Superlegierungskörpern I und II gemessen wurden.

Tabelle II 45 Brenneranlagen-Testergebnisse

Ver-	Überzugs-	Körper aus	Spritz-	Spritz-	Über	Brenner	Test	Wirkungen der
suchs-	zusammen-	der Super	geschwin-	atmos.	zugs-	tempe	dauer	Hilzekorrosion*)·
Nr.	setzting	legierung	digkeit	(bar)	dicke	ratur	(h)
			(m/sec)

Co-32Cr-3Al abricbsgemahlen

Co-32Cr-3Al II abriebsgemahlen

Co-32Cr-3Al II

153 Bogen- Luft plasma

306 Bogen- Argon plasma

612 Bogen- Argon plasma

0,188 mm 925°C 1651

4. Kon troll- II

probe, nicht überzogen

0,225 mm 925° C 1651

0,2 mm 925°C 1651

925⁰C 2507

Es verblieben 0,125 mm Überzug. Anzeichen einer leichten

Durchdringung in den Körper
es verblieben 0,2 mm Überzug. Anzeigen eines intergranularcn Angriffes
es verblieben 0,2 mm Überzug, sehr viel geringerer intergranul. Angriff als in Versuch Nr. 2 der Stift mit einem 0 von 4,25 mm war nahezu völlig korrodiert

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(Fortsetzung)
Brcnneranlagen-Testergebnisse

Vei-	Überzugs-	Körper aus	Spritz	Spritz-	Ober	Brenner	Test	Wirkungen der
suchs-	zusammen-	derSuper-	geschwin	atmos.	zugs	tempe	dauer	Hitzekorrosion*)
Nr.	setzung	legierung	digkeit	(bar)	dicke	ratur	(h)
			(m/sec)

Il

925°C 153

Eindringung bis zu
einer Tiefe von
0,075-0,125 mm.

Kontrollprobe, nicht
überzogen

*) Die Wirkungen der Hitzekorrosion wurden bestimmt, indem man den durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug einem Dieselbrennstoff aussetzte, der 1 Gewichtsprozent Schwefel und 467 ppm Seesalz bei der o. gen. Brennertemperatur enthielt und wobei die Probekörper 3—5mal pro Woche durch Abkühlen auf Zimmertemperatur einem thermischen Zyklus unterworfen wurden.

Beispiel II

Aus den folgenden pulverförmigen Materialien wurden Legierungspulver hergestellt, die 64 Gew.-% Kobalt, 29 Gew.-% Chrom,6 Gew.-% Aluminium und 1 Gew.-% Yttrium enthielten:

CoAI 399,7 g (Teilchengröße < 74 μΐη)

Cr 243,6 g (Teilchengröße < 74 μίτι)

Co 160,5 g (Teilchengröße < 74 μπη)

CrY 36,2 g (Teilchengröße < 74 μίτι).

Die Pulver wurden vermischt und, wie in Beispiel 1 beschrieben, abriebsgemahlen. Das dabei erhaltene Pulver wurde gesiebt, und man erhielt zu 53% Teilchen mit einer Größe von <37 μηι. Das restliche Pulver mit Teilchen von > 37 μίτι wurde durch einfaches Kugelmahlen zu Teilchen von < 37 μΐη zerkleinert. Das durch Abriebsmahlcn erhaltene Pulver wurde durch Flammspritzen mittels des oben zuerst genannten Bogengerätes 1.. in einer Argon/Wasserstoff-Gasatmosphäre auf einen Stift aus der im Zusammenhang mit Fi g. I genannten Superlegierung aufgebracht.

In der folgenden Tabelle III sind unter Überschrift »Brenneranlagen-Testergebnisse« die Kontroll- und Testbedingungen zusammengefaßt, die beim Flammspritzen und Hitzekorrosionstest bei einem Gegenstand aus einem Superlegierungskörper mit der im Zusammenhang mit Fig. I genannten Zusammensetzung und einem Co-29Cr—6Al — 1 Y-Überzug angewandt wurden.

Tabelle IIf
Brenneranlagen-Testergebnisse

Vcr-	Überzugs-	Körper aus	Spritz- Spritz-	Ober	Brenner	Test	Wirkungen der
suchs-	zusammen-	Superle-	geschwin- atmos.	zugs	tempera	dauer	Hitzekorrosion*)
Nr.	setzung	gierung	digkeit [Bar]	dicke	tur	(h)
			(m/sec)

Co-29Cr-6Al-lY II

153 Argon/2

0,175- 925°C 1000 im wesentlichen
0,2 mm unbeeinflußt —

Oberzugsoberfläche weniger als
0,0025 mm
korrodiert

2. Kontrollprobe, II — — — 925⁰C 2507 Stift mit einem 0 nicht überzogen von 4,25 mm

nahezu

vollständig

korrodiert

3. Kontrollprobe, II — — — 925°C 153 Eindringung bis zu nicht überzogen einer Tiefe von

etwa 0,075 bis
0,125 mm.

*) Die Wirkungen der Hitzekorrosion wurden wie in Beispiel 1 bestimmt, indem man den durch Flammspritzen aufgebrachten Überzug einem Dieselbrennstoff aussetzte, der 1 Gew.-% Schwefel und 467 ppm Seesalz bei der Brennertemperatur enthielt und man dicTestkörper 3- bis 5mal pro Woclie durch Abkühlen auf Zimmertemperatur einem thermischen Zyklus unterwarf.

28 Ol

Nach dem Abriebsmahlverfahren der Beispiele 1 und Il wurden auch noch die folgenden Legierungspulver hergestellt:

Co-32Cr-3Al Co-29Cr-6Al Co-29Cr-6Al-0,lC

Ni-20Cr-5Al-0.1Y-0,lC Ni- 20Cr- 10Al-O₁IY-O₁JC 10 Ni-35Cr-IAl

Diese Pulver hatten allgemein die Morphologie der in F i_g. I gezeigten Legierung, und sie konnten analog den in den Beispielen I und II beschriebenen Legierungszusammensetzungen durch Flammspritzen auf Superlegierungskörper aufgebracht werden und ergaben oxidations- und korrosionsbeständige Überzüge.

15

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

S -

Claims

28 Ol 016 Patentansprüche:

1. Gegenstand aus einem Superlegierungskörper mit einem durch Spritzen aufgebrachten Oberzug aus einem Pulver, dadurch gekennzeichnet,

daß der Überzug durch Flammspritzen aufgebracht ist,

daß das aufgebrachte Pulver mit hoher Energie gemahlen, und daß dessen Teilchen mechanisch legiert sind und eine mittlere Größe von weniger als 44 μΐη haben.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Superlegierung eine auf Nickel- oder Kobaltgrundlage ist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Dispersoid-Teilchen enthält.

4. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver in der Hitze schmelzbare Legierungsbestandteile enthält.

5. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver im wesentlichen aus Chrom und mindestens einem Element aus Eisen, Kobalt oder Nickel besteht.

6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Aluminium enthält.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver ein dispersionshärtendes Dispersoid im Submikronbereich enthält.

8. Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersoid in einer Menge von 0,5 bis 5 Volumenprozent vorhanden ist.

9. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Pulverbestandteil einen Schmelzpunkt von mehr als 425° C hat.

10. Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersoid AI2O3, TI1O2 oder Y2O3 ist.

11. Gegenstand nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem einen Aluminium-Decküber-

zug aufweist. j

12. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugspulver Co—32Cr-3Al enthält und die Superlegierung 16% Cr, 8,5% Co, 3,4% Ti, 3,4% AI, 2,6% W, 1,75% Mo, 0,3% Si, 0.2% Mn, 0,9% Nb, 0,5% Fe, 0,175% Ta, 0,17% C, 0,01 % B, 0,10% Zr, Rest Ni enthält.

13. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Co-29Cr—6A1—IY enthält und die Superlegierung 16% Cr, 8,5% Co, 3,4% Ti, 3,4% AI, 2,6% W, 1,75% Mo, 0,3% Si₁0,2% Mn, 0,9% Nb, 0,5% Fe,0,175% Ta, 0,17% C, 0,01 % B, 0,10% Zr, Rest Ni enthält.

14. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine mittlere Größe von weniger als 30 μιη haben.

15. Gegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine mittlere Größe von 20 bis 30 μηι haben.

16. Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß man den Superlegierungskörper mit einem ersten Überzug aus einem mit hoher Energie gemahlenen Pulver durch Flammspritzen versieht, wobei die Teilchen des Pulvers mechanisch legiert sind und eine mittlere Größe von weniger als 44 μιη haben.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man den überzogenen Superlegierungskörper noch mit einem Decküberzug durch Alitieren versieht.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man Pulver, das im wesentlichen aus Chrom

und mindestens einem Element aus Eisen, Kobalt oder Nickel besteht, verwendet. |

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man Pulver, das Aluminium enthält, vcrwendet.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man Pulver, das ein dispersionsverstärkendes Dispersoid im Submikronbereich enthält, verwendet.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Dispersoid, das in einer Menge von 0,5 bis 5 Volumenprozent vorhanden ist, einsetzt.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen, die eine mittlere Größe von weniger als 30 μητ haben, verwendet.

23. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen, die eine mittlere Größe von 20 bis 30 μηι haben, verwendet.