DE3033074C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Diffusionsbeschichtung der Innenfläche von Hohlräumen in einem metallischen Werkstück, wobei dieser Innenraum nur durch eine verengte Passage zugänglich ist.

Eine derartige Beschichtung ist beispielsweise erstrebenswert, um die Festigkeiten des Werkstücks gegen Korrosion zu erhöhen. Wie z. B. in den US-PS 41 32 816 und 41 48 275 beschrieben, benötigen Schaufeln und Flügel von Düsenmotoren mit inneren Kühlkanälen häufig die Diffusionsbeschichtung der Oberflächen dieser Kanäle, um ihre Resistenz gegen den Angriff durch die heißen Verbrennungsprodukte, denen sie ausgesetzt werden, zu erhöhen. In den genannten Patentschriften wird vorgeschlagen, die Beschichtung zu bewirken, indem man ein gasförmiges, speziell formuliertes Diffusionsbeschichtungsgemisch durch die zu beschichtenden Passagen preßt, während das Werkstück auf Diffusionsbeschichtungstemperatur erhitzt ist.

Die DE-OS 25 00 632 betrifft ein Rohrverchromungsverfahren. Hierbei wird dem eigentlichen Beschichtungsmaterial ein inertes Verdünnungsmittel zugesetzt. Diese hieraus resultierende und mit Bindemittel versehene Aufschlämmung wird in das zu beschichtende Werkstück eingefüllt und anschließend mit heißer Luft getrocknet. Nach Beendigung der thermischen Diffusionsbehandlung muß die überschüssige Masse mechanisch entfernt werden.

Die DE-OS 23 31 177 offenbart ein Diffusionsbeschichtungsverfahren, wobei der Beschichtungsmasse ebenfalls inerte Verdünnungsmittel, wie z. B. Magnesia, zugesetzt werden. Die überschüssige Masse wird hier ebenfalls nach Abschluß der Diffusionsbehandlung mechanisch oder chemisch entfernt.

Bei beiden vorgenannten Verfahren können Unregelmäßigkeiten aufgrund der durch Kapillareffekte verursachten ungleichmäßigen Beschichtungsstellen auftreten.

Ziel vorliegender Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Diffusionsbeschichtung bei verengten Zugangspassagen. Dabei sollen die verengten Passagen sehr gleichmäßig, d. h. unter Vermeidung von Kapillareffekten, beschichtet werden, ohne daß verstärkte Zirkulation durch die Passagen erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird die Diffusionsbeschichtung der Innenfläche eines Hohlraums in einem metallischen Werkstück, die nur durch eine Passage von weniger als etwa 5 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm Breite zugänglich ist, leicht bewirkt, indem man auf die Innenfläche eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht von Teilchen welche im wesentlichen aus dem gesamten, in die Fläche zu diffundierenden Metall bestehen, dann die Beschichtungsmasse derart herausdrängt, daß die gewünschte Schicht zurückbleibt, und das so behandelte Werkstück dann einer Diffusionsbeschichtungstemperatur unterwirft, während die Höhlung durch die Passage einer Diffusionsbeschichtungsatmosphäre ausgesetzt wird. Hierbei werden keine Verdünnungsmittel, wie sie bisher erforderlich waren, eingesetzt.

Die Teilchenschicht wird zweckmäßig appliziert in Form einer Schicht eine Dispersion der Teilchen in einem Bindemittel, das bei Diffusionsbeschichtungstemperaturen abgetrieben wird. Man kann eine wäßrige Dispersion von Aluminiumteilchen, wie in der US-PS 33 18 716 beschrieben, verwenden, vorzugsweise werden jedoch Dispersionsträger verwendet, in denen auch schwerere Metalle wie Chrom einigermaßen gleichmäßig dispergiert werden können. Eine 1- bis 10gew.-%ige Lösung eines Acrylharzes wie Ethylmethacrylat in Trichlorethan ergibt ein sehr geeignetes Dispersionsmedium, in dem Chrompulver, Aluminiumpulver oder Gemische dieser Pulver und andere Metalle wie Kobaltpulver mit Teilchengrößen bis zu etwa 150 µm leicht suspendiert werden können unter Bildung einer einigermaßen gleichmäßigen beweglichen Suspension, die sich während der etwa einen Minute, die benötigt wird, um die Suspension zu applizieren und als gleichmäßigen Überzug zu verteilen, nicht erheblich absetzt.

Acrylharze, die wirksame Binder ergeben, sind Methylmethacrylat und die verschiedenen polymeren Acryl- und Methacrylsäureester von Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, ferner Polyacrylsäure und Gemische oder Copolymere der Monomeren, aus denen diese gebildet werden. Weitere brauchbare Binder sind Colophonium, Polyethylen, Polystyrol, Methylcellulose und sogar Dimethylsilikonöle. Die Acrylharze werden durch die Diffusionswärme sehr sauber abgetrieben, einige Bindemittel können jedoch etwas Kohlenstoff zurücklassen, der in die Oberfläche des Werkstücks diffundiert.

Ein Absetzen kann verlangsamt werden, indem man im Suspensionsträger eine langkettige Säure wie z. B. eine aliphatische C₁₂- bis C₅₀-Säure oder ein Copolymer aus Ethylen und Acrylsäure löst, vergleiche die US-PS 42 08 357.

Bereits nur etwa 0,3 bis etwa 0,5 Gew.-% eines solchen Additivs sind sehr hilfreich. Auch niederschäumende nicht-ionische Oberflächenaktive wie Polyethoxyäther linearer Alkohole wie Cetylalkohol oder eines Alkylphenols können in Mengen von nur 0,1 bis 0,3 Gew.-% eingesetzt werden, um das Absetzen der suspendierten Teilchen zu verlangsamen.

Bei den sehr engen Passagen, die erfindungsgemäß vorliegen, verteilen sich die beweglichen Beschichtungsdispersionen nicht zu gleichmäßigen Schichten, sondern sie bilden aufgrund von Oberflächeneffekten übermäßige Dicken aus. Eine Passage von etwa 1 mm Durchmesser wird so im allgemeinen vollständig durch die bewegliche Dispersion ausgefüllt. Es ist daher erforderlich, überschüssige Dispersion auszudrängen, indem man Unterdruck an die Höhlungsöffnung anlegt, um Gas in raschem Strom abzusaugen, das die Dispersion bis auf eine zurückbleibende dünne und nahezu gleichmäßige Schicht mit sich führt. Unterdruck einer einfachen Wasserstrahlpumpe oder einer Saugpumpe für etwa ¹/₁₀ bar oder weniger ist angemessen.

Besitzt die Passage, deren Überzug zu nivellieren ist, getrennte Ausgänge an gegenüberliegenden Enden, so erfolgt die gleichmäßige Verteilung leicht, indem man einen Druckluftstrom in eine der Austrittsöffnungen leitet. Ein durch Luftdruck von 1,96 bar angetriebener Strom ist ausreichend wirksam.

Die überschüssige Dispersion kann auch durch Zentrifugalkräfte herausgedrängt werden. Beim Zentrifugieren des zu stark beschichteten Werkstücks in einer Zentrifuge bei etwa 10- bis 20facher Schwerkraftwirkung während wenigen Sekunden erfolgt gute Nivellierung, wenn die Zentrifugalkraft z. B. longitudinal einer gefüllten Passage gerichtet ist. Bei komplizierten Formen kann es notwendig sein, das Werkstück stufenweise zu zentrifugieren, wobei in jeder Stufe die Lage verändert wird.

Die Diffusionsbeschichtungsatmosphäre kann vorzugsweise einen Aktivator z. B. aus Halogeniden oder komplexer Natur aufweisen.

Die erfindungsgemäß beschichtbaren Werkstücke können aus hochtemperaturfester Legierung bestehen. Beispielsweise können als Werkstücke Schaufeln eines Düsenmotors eingesetzt werden. Als diffundierende Metalle können Aluminium oder Chrom oder Gemische beider, vorzugsweise solche, die mehr als die doppelte Gewichtsmenge Aluminium zu Chrom enthalten, eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele sowie der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Diffusionsbeschichtungsanlage zur Ausführung der Erfindung und

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch eine modifizierte Anordnung gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

In eine kurze Muffelkammer 10 gemäß Fig. 1 wird eine 12,5 mm dicke Schicht 12 eines aluminisierenden Diffusionspulvergemischs gegossen, dann wird ein perforiertes Spül-Rohr 14 auf das Gemisch gelegt, worauf eine weitere, 50 mm dicke Schicht 16 des Gemischs zur Bedeckung des perforierten Rohrs eingefüllt wird.

Die Muffelkammer und das Rohr bestehen aus "Inconel 600", das Gemisch besitzt folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Aluminiumpulver, etwa 40 µm Teilchengröße|15%
Tonerdepulver, etwa 200 bis 300 µm Teilchengröße	85%
NH₄Cl-Pulver	¾%, bezogen auf Al+Al₂O₃

Das Rohr 14 verläuft in Längsrichtung der Kammer hin und her, wobei die Abstände zwischen den einzelnen Rohrlängen etwa 38 mm betragen, die Perforierungen sind 1,6 mm groß. Es ist verbunden mit einer unperforierten Zuleitung 18, die aus der Muffelkammer hinausführt zu einer Argonquelle. Die Wandöffnung, durch die die Leitung 18 geführt ist, kann verschlossen werden durch Schweißung oder mit verdichtetem Pulver oder Fasern, damit ein Überdruck in Inneren der Muffel entstehen kann. Geeignet sind sehr feine Tonerde oder Keramikfasern.

An kräftigen Nickeldrähten 22, die am oberen Rand der Seitenwände der Kammer befestigt sind, sind mehrere Blöcke 20 aufgehängt aus Nickellegierung mit 7% Aluminium, 14,5% Molybdän und 7% Wolfram, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht. Jeder Block ist etwa 25 mm hoch und besitzt eine zylindrische Bohrung im Zentrum, die etwa 584 µm Durchmesser hat und durch die Gesamthöhe des Blocks verläuft.

Ferner befindet sich in der Muffel ein Thermoelement 30 in einer Kleinkammer 32, die an eine Innenwand angeschweißt ist und sich durch ein Loch in der Wand nach außen erstreckt.

Ehe die Blöcke 20 in die Muffel gebracht werden, werden zunächst die Passagen 24 mit einer Dispersion aus 30 g Aluminiumpulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße in 40 ml einer 5gew.-%igen Lösung von Polyethylacrylat-Harz in Trichlorethan gefüllt. Dann wird sofort eine Saugvorrichtung an einem Ende der Öffnung 24 angebracht, um überschüssige Dispersion abzusaugen. Die so behandelten Blöcke werden wenige Minuten stehengelassen, damit sich die zurückgebliebene Überzugsmasse verfestigt.

Die Außenseite der Blöcke wird dann bestrichen mit einer Schicht von 10 mg/cm² einer Abdeckaufschlämmung aus Ni₃Al-Pulver gemäß US-PS 38 01 357, dann wird der Überzug trocknen gelassen.

Nach der Behandlung wird die Muffelkammer 10 mit einem Deckel 36 abgedeckt, der ebenfalls mit Asbestfasern halbdicht abgedichtet werden kann. Die geschlossene Kammer wird in eine Außenmuffel gestellt, die dann unter einen Ofen gemäß US-PS 38 01 357 gelangt, auf 1038°C erhitzt und 9 Std. bei dieser Temperatur gehalten wird, während Argon mit solcher Geschwindigkeit dem perforierten Rohr zugeführt wird, daß man etwa 1 Std. benötigt, um ein Argonvolumen entsprechend dem Kammervolumen einzuführen.

Dann wird der Ofen abgeschaltet, von der äußeren Muffel weggehoben und die Muffeln werden abkühlen gelassen. Die Muffelkammer 10 wird nach ausreichender Abkühlung geöffnet, die Blöcke 20 werden entnommen und die Abdeckschicht wird entfernt. Sie zeigen ein sehr gleichmäßig allitiertes Gehäuse von etwa 51 µm Dicke über die gesamte Innenfläche der Passage 24. Diese benötigt keine Reinigung außer dem Hindurchblasen von Luft, um Asche zu beseitigen, und dem Ausspülen von restlichem Halogenid mit Wasser.

Man erzielt gleiche Ergebnisse, wenn man die Blöcke 1,6 oder 51 mm vom oberen Ende der Schicht 16 entfernt hält, oder wenn man sie so in der Muffelkammer 10 anordnet, daß die Passasgen horizontal verlaufen. Bei dieser Anordnung können die Blöcke einfach auf die Schicht 16 gelegt werden, so daß man keine spezielle Aufhängung benötigt.

Es ist nicht notwendig, die den Aktivator enthaltende Atmosphäre gemäß der Vorschrift der US-PS 41 48 275 durch die enge Passage 24 zu treiben, noch muß man komplizierte Aktivatoren mit spezieller Eindringung der in der US-PS 41 32 816 verwendeten Art einsetzen. Jedoch sind solche komplexen Aktivatoren oder Aktivatoren aus Fluoriden im allgemeinen auch im erfindungsgemäßen Verfahren wirksam.

In diesem Beispiel wird eine Reihe von Düsenmotorschaufeln mit inneren Kühlkanälen bearbeitet. Die Kanalwände werden stark chromallitiert, während die Flügelkörperoberflächen schwach chromallitiert werden und die Wurzeln wenig oder keinen Außenüberzug erhalten. Ein solcher Flügel 120 wird in Fig. 2 schematisch wiedergegeben. Er besitzt eine Anzahl Passasgen 124, die sich über die gesamte Länge des Flügelkörpers 120 von der Spitze 123 bis zur gegenüberliegenden Fläche des Befestigungsflansches 125 erstrecken. An den äußersten Enden haben die Passagen einen Querschnitt von etwa 25 bis 51 µm, die Innenbereiche besitzen einen etwas größeren Querschnitt.

Die Flügel aus B-1900-Legierung werden gereinigt durch mildes Strahlen mit feinem Aluminiumgrieß, gefolgt von einer Entfettung. Dann wird in die Kühlpassagen mit Hilfe einer medizinischen Tropfvorrichtung eine Suspension von 40 g Aluminiumpulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße und 5 g Chrompulver von 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße in 50 ml einer 7gew.-%igen Lösung von Methylmethacrylatharz und einer 0,5gew.-%igen Lösung von Stearinsäure in Trichlorethan eingefüllt. Dann wird sofort das Vakuum einer Wassertrahlpumpe an jedes Ende jeder Passage für wenige Sekunden angelegt, dann werden die Flügel stehengelassen, damit die restliche Suspension in den Hohlräumen trocknen kann. Überschüssige Suspension an der Außenfläche der Flügel wird mit Hilfe eines Tuchs beseitigt, das mit wenig Trichlorethan befeuchtet ist, und eine Gruppe so vorbereiteter Flügel wird in die vorgängig bereitgestellte Muffelkammer 110 eingeführt. Diese Kammer entspricht der Kammer 10, besteht jedoch aus nicht-rostendem Stahl Nr. 304; ferner sind Träger 135 an den Stirnwänden angeschweißt, die Stäbe 137 tragen, welche die Kammerlänge überspannen. Die Flügel werden zwischen diese Vorrichtungen gesetzt so, daß sich die Flügelkörper 121 nach unten erstrecken und die Flansche 125 von den Stäben getragen werden. Die Stäbe können aus unlegiertem Stahl bestehen, der vorgängig stark aluminiert wurde, und können z. B. einen allitierten Mantel von mindestens etwa 25 µm aufweisen mit einem maximalen Aluminiumgehalt von mindestens etwa 35% im Mantel.

Außer der Ausstattung mit den allitierten Stäben ist die Kammer 110 ausgestattet mit den Schichten 112 und 116 mit gleicher Zusammensetzung wie die Schichten 12 und 16. Nach dem Einsetzen der Flügel wird die Kammer in eine Außenmuffel gestellt und auf 1066°C erhitzt, während durch das perforierte Rohr 114 ein langsamer Wasserstoffstrom in solcher Menge zugeführt wird, daß man etwa ½ Std. benötigt, um die dem Kammervolumen entsprechende Wasserstoffmenge einzuleiten. Vor Beginn der Erhitzung wird der Wasserstoffstrom vorübergehend beschleunigt, um vorhergegangene Atmosphäre in der Kammer wirksamer durch Wasserstoff zu ersetzen.

Die Temperatur von 1066°C wird 8½ Std. aufrechterhalten, dann wird die Kammer abgekühlt. Nach hinreichender Abkühlung wird die Wasserstoffatmosphäre durch Argon ersetzt und die Kammer wird geöffnet. Die Innenflächen der Passagen in den Flügeln zeigen einen extrem gleichmäßigen allitierten Mantel von etwa 51 bis 58,5 µm Dicke. Die Flügelkörperoberflächen besitzen einen allitierten Mantel, der etwa halb so dick ist, die Flügelwurzel 126 zeigt einen nur 10 µm dicken Überzug.

Am Flansch 125 ist die untere Fläche etwa in gleichem Ausmaß wie die Körperoberfläche allitiert, die obere Fläche ist etwa in gleichem Ausmaß wie die Wurzel allitiert. Die allitierte untere Fläche zeigt keinen Rückgang des Aluminiumgehalts dort, wo sie auf den Stäben 137 ruhte. Im Gegensatz scheint es, daß die stark allitierten Staboberflächen beitragen zur Allitierung der oberen Teile des Flügelkörpers und des Flansches, und damit den größeren Abstand dieser Flächen vom Pulver 116 ausgleichen.

Die unterschiedlichen Abstände der einzelnen Passagenteile vom Pulver 116 scheinen keinen signifikanten Einfluß zu haben insofern, als das in die Passagenflächen zu diffundierende Metall sich schon an diesen Flächen befindet. Die Diffusion erfolgt relativ rasch, wenn eine Diffusionsatmosphäre diese Flächen nach einer Passage von 10 bis 15 cm oder mehr erreicht. Eine solche Atmosphäre muß nur aus einem verdampften Diffusionsaktivator wie einem Halogen oder einer Halogenverbindung bestehen, jedoch wird die Wirkung einer derartigen Atmosphäre verbessert, wenn sie auch ein Halogenid des zu diffundierenden Metalls enthält. Eine solche verbesserte Atmosphäre ist die übliche Atmosphäre, die während der Diffusionsbeschichtung entsteht, und die Pulver 12, 16, 112 und 116 sind herkömmliche Pulver zur Diffusionsbeschichtung.

Das Chrom, das zusammen mit dem Aluminium in der Dispersion vorliegt, die auf die Innenräume appliziert wird, diffundiert in die Passagenflächen zusammen mit dem Aluminium und verbessert die Korrosionsbeständigkeit dieser Flächen. Der Chromanteil kann erhöht werden und das Aluminium kann vollständig weggelassen werden, so daß man anstelle einer allitierten oder chromallitierten Oberfläche eine chromierte Fläche erhält. Die Chrom- und Aluminiumteilchen können gegebenenfalls vorlegiert sein, oder man kann Gemische der beiden Metalle verwenden.

Bei der Diffusionsbeschichtung von Superlegierungen auf Nickelbasis mit Aluminium ist vorzugsweise der Aluminiumgehalt der Aluminium/Chromdispersionen mehr als doppelt so groß wie der Chromgehalt.

Die Metallteilchen in den Metalldispersionen sollten nicht mehr als etwa 76 und vorzugsweise nicht mehr als 51 µm groß sein, damit die Kanalwände, in die sie diffundiert werden, sehr glatt bleiben.

Die Wärmezufuhr sollte mindestens so lange aufrechterhalten werden, bis sämtliche Teilchen des Dispersionsmetalls in die Hohlraumflächen diffundiert sind. Dadurch bleiben die Flächen rein und sind ohne weitere Behandlung dienstbereit. Besteht das zu beschichtende Werkstück aus einer Superlegierung auf Nickelbasis und ist das einzudiffundierende Metall Aluminium, Chrom oder ein Gemisch der beiden, so benötigt man mindesatens etwa 2 Std. pro 2,5 µm dispergiertem Metall bei einer Diffusion bei 982°C, wobei die Zeiten etwas kürzer sein können, wenn nur Aluminium als diffundierendes Metall vorliegt. Zusätzlich oder anstelle von Aluminium und/oder Chrom können Silicium, Kobalt, Eisen und andere Metalle zur Herstellung von Diffusionsbeschichtungen verwendet werden. Einige Metallkombinationen beschichten jedoch bekanntlich sehr schlecht oder gar nicht.

Werkstücke aus Superlegierung auf Kobaltbasis benötigen etwa die doppelte Diffusionszeit, verglichen mit Superlegierungen auf Nickelbasis, hingegen brauchen Eisenlegierungen wie "RA 330" und "Incoloy 800" weniger Zeit als die Superlegierungen auf Nickelbasis. Ein Flügel aus Superlegierung "MAR M 509" auf Kobaltbasis mit Kühlkanälen zeigt nach Behandlung gemäß Beispiel 2, jedoch unter 20stündiger Erhitzung auf 1093°C, ausgezeichnete Ergebnisse.

Beispiel 3

Düsenmotorflügel für die erste heiße Stufe aus Nickellegierung IN 100 mit Kühlkanälen von etwa 762 µm Durchmesser werden nach der Vorschrift von Beispiel 2 behandelt, jedoch mit folgenden Abweichungen:

• (a) Das Pulver am Boden der Muffel ist ein chromhaltiges Pulvergemich aus 20% ultrafeinem Chrompulver (Teilchengröße weniger als 20 µm), 80% Tonerde von weniger als 0,044 mm (44 µm) Teilchengröße und 1% Ammoniumbromid, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Chrom und Tonerde.
• (b) Die Beschichtungsmasse ist eine Dispersion von 15 g des ultrafeinen Chroms in 20 ml der Bindemittellösung gemäß Beispiel 1.
• (c) Die Flügel werden horizontal etwa 2,5 cm über dem Pulver auf dem Muffelboden gehalten.
• (d) Der Deckel der inneren Muffelkammer ist lose aufgelegt, ohne daß eine Abdichtung versucht wurde.
• (e) Die Stäbe 137 bestehen aus chromiertem Inconel 600.
• (f) Die Diffusionsbeschichtung erfolgte bei 1093°C während 15 Std., der Wasserstoffzustrom in die innere Muffelkammer wird abgebrochen, sobald diese Temperatur erreicht ist und ein Argonstrom wird eingeleitet, sobald die Temperatur beim Abkühlen 149°C erreicht hat.
• (g) In der äußeren Muffel wird ein langsamer Wasserstoffstrom während der Erhitzung aufrechterhalten, jedoch abgebrochen, sobald Argon in die innere Muffel gelangt.

Sowohl die Außenflächen der Flügel wie die Flächen der Kühlkanäle sind sehr wirksam und gleichmäßig chromatiert. Das Pulver auf dem Boden der Muffel muß nicht die gleichen Metallbestandteile enthalten wie das in die Passagen eingeführte Pulver. Verwendet man Chrom als einziges Metall im in die Passagen eingeführten Pulver und Aluminium als einziges Metall in dem auf dem Muffelboden befindlichen Pulver, so werden die Passagen chromatiert, während die Außenseite des Werkstücks allitiert wird. Wenig Aluminium kann in chromierten Mantel der Passagen auftreten, insbesondere bei längerer Diffusionsbehandlung. Aluminium und Chrom können auch umgekehrt vorgesehen werden.

Werden in dem auf dem Boden der Muffel befindlichen Pulver alle Metallteilchen weggelassen, so scheint sich die Bildung der Diffuionsschicht auf den Hohlraumflächen zu verlangsamen, jedoch wird weiterhin eine gute Allitierung, Chromierung oder Chromallitierung erzielt.

Wichtig ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird unter Zuleitung eines Spül-Gases, das durch das perforierte Rohr 14 oder 114 strömt. Wenig Spülen hilft bereits, um Dämpfe zu entfernen, die bei der Zersetzung des Bindemittels entstehen, das man zum Festhalten der Metallschicht verwendet; sobald jedoch die Muffelkammer beim Aufheizen etwa 316°C erreicht hat, kann das Spülen unterbrochen werden. Ist die Muffelkammer von einer weiteren Muffel mit eng kontrollierter Atmosphäre umgeben, z. B. wenn ein Wasserstoff- oder Argonstrom oder ein Strom eines anderen Inertgases nur durch die äußere Muffelkammer geführt wird, so muß das Spülen der inneren Muffelkammer nicht wieder aufgenommen werden, ausgenommen dann, wenn die Atmosphäre der äußeren Muffel aus Wasserstoff oder einem anderen brennbaren Gas besteht. In diesem Fall ist es zweckmäßig, ein Inertgas durch innere und äußere Muffel zu führen, um brennbare Gase vor dem Öffnen der Muffeln zu beseitigen.

Während der Verweilzeit bei Diffuionsbeschichtungstemperatur sollte das Spülen der inneren Muffel nicht so rasch vor sich gehen, daß zu viel Aktivator aus dieser Atmosphäre ausgespült wird. Das im Pulver auf dem Muffelboden befindliche Aktivator wird gesamthaft in Dampf überführt, sobald das Pulver auf etwa 371°C erhitzt ist, und nach dieser Verdampfung sollte das Spülen nicht schneller zugeführt werden, als zum Ausgleich des Volumens im inneren Muffelraum erforderlich, beim Zustrom während einer Zeit entsprechend etwa ½₀ der Diffusionsbeschichtungszeit. Die Spülwirkung ist nicht vollständig, besonders bei einem leichten Gas wie Wasserstoff, so daß bei einer derartigen Maximalströmung immer noch gewisse Aktivatormengen am Ende der Erhitzungszeit vorhanden sind. Als Aktivator kann jedes Halogen oder jede Halogenverbindung, die bei der Diffusionsbeschichtungstemperatur verdampft wird, verwendet werden. Erfolgt die Diffusion bei relativ niedrigen Temperaturen wie z. B. 870°C oder weniger, so stellt Aluminiumchlorid einen sehr empfehlenswerten Aktivator dar, insbesondere wenn Aluminium in ein Werkstück einzudiffundieren ist. Andere Aktivatoren sind in der US-PS 37 64 371 aufgeführt.

Das Lösungsmittel Trichlorethan der Beispiele 1 und 2 kann durch andere Lösungsmittel wie Methylethylketon, Chloroform, Toluol, Isopropylalkohol oder dergleichen ersetzt werden. Trichlorethan ist jedoch ein besonders sicheres Material, da es nicht brennbar ist und die Gesundheitsrisiken niedrig sind. Bei wasserlöslichen Bindern kann auch Wasser als Lösungsmittel verwendet werden, jedoch ist es im allgemeinen nicht zweckmäßig, feinteilige Metallteilchen längere Zeit mit Wasser in Berührung zu halten.

Die Stäbe 137 gemäß Fig. 2 haben vorzugsweise eine stark chromierte Oberfläche, wenn der Hohlraum des Werkstücks chromiert werden soll. Ebenso sind bei der Diffusionsbeschichtung von Werkstücken mit Zink, Kobalt oder anderen Metallen diese Stäbe oder andere, das Werkstück berührende Flächen vorzugsweise entsprechend vorbeschichtet.

Die Pulver 12 und 16 müssen sich nicht auf dem Kammerboden befinden, sondern sie können auch in Körben unterhalb oder sogar oberhalb der Werkstücke gehalten werden. Die durch diese Pulver erzeugten Dämpfe besitzen eine Reichweite von bis zu 30 cm, und wenn die Innenmuffel während der Verweilzeit bei Diffusionstemperatur nicht gespült wird, so entstehen sogar noch weiter vom nächstgelegenen Pulver gute Diffusionsbeschichtungen. Ein leicht verdampfendes Metallhalogenid wie Aluminiumchlorid kann auch als Dampf, den das Spül-Gas mitführt, in die innere Muffel eingeführt werden, wobei dann nur in den feinen Passagen Pulver vorhanden ist.

Einige Substrate wie z. B. altershärtende nicht-rostende Stähle nehmen keine gleichmäßigen Diffusionsschichten an, insbesondere wenn die Diffusion bei niedrigen Temperaturen ausgeführt wird. Bei Temperaturen von 650°C oder weniger erhalten solche Beschichtungen eine recht rauhe Oberfläche. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung wird verbessert durch Vorplattieren mit Nickel oder Kobalt in einer Dicke von nicht mehr als etwa 2,5 µm.

Die Zusammensetzung von Stahl AM 355 und anderer typischer altershärtender Stähle, die erfindungsgemäß verwendet werden können, wird in ASTM Publikation Nr. DC 9d, Oktober 1967 wiedergegeben.

Claims (9)

1. Verfahren zur Diffusionsbeschichtung der Innenfläche von Hohlräumen in einem metallischen Werkstück, die nur durch eine Passage von weniger als 5 mm Breite zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht von Teilchen, die im wesentlichen aus dem gesamten, in die Oberfläche zu diffundierenden Metall bestehen, auf die Innenfläche appliziert, indem man zunächst eine Schicht einer beweglichen Dispersion der Metallteilchen in einer Lösung eines organischen Binders in einem flüssigen Lösungsmittel appliziert und dann Beschichtungsmasse derart herausdrängt, daß die gewünschte Schicht zurückbleibt, und auf das so behandelte Werkstück eine Diffusionsbeschichtungstemperatur einwirken läßt, während die Höhlung durch die Passage einer Diffuionsbeschichtungsatmosphäre ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weniger als 2 mm breite Passage eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Binder ein Acrylharz verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diffuionsbeschichtungsatmosphäre, die durch einen Aktivator in Kontakt mit dem Diffusionsmetall bei Diffusionsbeschichtungstemperatur entsteht, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück aus einer hochtemperaturfesten Legierung eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als diffundierendes Metall Aluminium oder Chrom oder Gemische der beiden, die mehr als die doppelte Gewichtsmenge Aluminium zu Chrom, bezogen auf das Gewicht, enthalten, verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück eine Schaufel eines Düsenmotors, deren Höhlung aus einem Kühlgang im Inneren der Schaufel besteht, eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herausdrängen erfolgt, indem man einen Gasstrom gegen die bewegliche Beschichtungsmasse richtet derart, daß verdickte Teile der Beschichtung durch die Passage hinausbefördert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herausdrängen erfolgt, indem man an der Passage Unterdruck anlegt, um die verdickten Teile des Überzugs abzusaugen.