Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen, insbesondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix (erste Phase) mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, wobei die metallischen Bestandteile der ersten Phase zunächst als Salzlösung vorliegen, der Lösung die Partikel der zweiten Phase zugemischt werden, die mit den metallischen Bestandteilen der ersten Phase und deren Salzlösung nicht reagiert, ein Deglomerationsmittel zugegeben wird, die Lösung verdüst wird und nach Entfernen des Lösungsmittels eine Reduktion zu Metall erfolgt.

[0002] Metallegierungen, insbesondere Superlegierungen für hochtemperaturfeste Bauteile in komplizierter Form, wie Turbinenschaufeln oder ähnlich komplizierte Formkörper, enthalten häufig stark reaktive Elemente, wie Titan, Chrom, Aluminium und ähnliche. Bei der Umwandlung solcher Metallegierungen in Metallpulver, gemäß Anspruch 1 der EP-A-0 223 196 können bereits beim Entfernen des Lösungsmittels bzw. des Kristallwassers wegen der reaktiven Elemente Mischoxide entstehen, die nicht oder nur sehr schwer zu Metall reduziert werden können.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach EP-A-0 223 196 so zu verbessern, daß die Ziellegierungen nahezu beliebig als Metallpulver hergestellt werden können, obwohl sie stark reaktive Elemente enthalten.

[0004] Die Lösung der Erfindung ist in Anspruch 1 enthalten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer 2. Phase in eine metallische Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden.

[0005] Die Erfindung verbessert das Verfahren nach EP-A-0 223 196 und erweitert seinen Anwendungsbereich ganz wesentlich.

[0006] Weitere Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

[0007] Weiterhin können erfindungsgemäß zusätzlich zu den metallischen Partikeln nicht reaktive, insbesondere oxidische Dispersate als zweite Phase in Form von Partikeln in die Suspension eingebracht werden.

[0008] Der Effekt einer gegebenenfalls vorgesehenen Dispersionshärtung nach dem aus EP-A-0 223 196 und GB-A-917 005 bekannten Stand der Technik kann hierdurch wesentlich gesteigert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn man Kornwachstum, insbesondere beim Sintern, verhindern will und die Ausbildung enger Subkorngrenzen in dem Formkörper bei hoher Belastung, insbesondere bei Wärmedehnung (Kriechen) einhalten will.

[0009] Durch die Wärmebehandlung im Temperaturzeitprogramm vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers kann das Metall der Partikel, auch wenn sie oberflächlich oxidiert sind, in die Matrix gleichmäßig eindiffundiert werden. Die in EP-A-0 223 196 angegebenen Beispiele gelten auch hier.

[0010] Somit können Legierungen zu Metallpulver verarbeitet werden, die auch die genannten reaktiven Elemente enthalten. Als Ausgangsstoffe der Lösung zur Bildung einer Suspension verwendet man Metallsalze oder Gemische von Salzen von aus ihren Salzen reduzierbarer Metalle. Damit wird eine Suspension feiner Pulverteilchen der stark reaktiven Elemente oder geeigneter Vorlegierungen aus diesen Elementen durch Aufschlämmen, gegebenenfalls mit Deglomerationsmittel erzeugt. Beim Verdüsen, Trocknen und Reduzieren dieser Mischung wird dann höchstens eine dünne Oberflächenschicht dieser Metallpulver oxidiert. Der verbleibende metallische Rest kann durch Diffusionsbehandlung vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers in gewünschtem Maße gleichmäßig in der metallischen Matrix verteilt werden. Verwendet man eine Mischung von Salzlösungen aus reaktiven Metallen, können Pulver und Sinter-Formkörper hieraus erzeugt werden, welche zusätzlich eine gleichmäßige Verteilung feinster oxidischer Partikel enthalten. Die Partikelgröße und -verteilung hängt dann von den Sinterbedingungen des Formkörpers ab. Damit erhält man optimal zusammengesetzte Superlegierungen, mit unterschiedlichen Dispersat-Populationen zur Verstärkung der Matrix. Anstelle der kolloidalen Suspension kann beispielsweise auch eine nichtkolloidale Partikelverteilung in der Lösung als Suspension eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metallegierungen, insbesondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metallische Matrix (erste Phase) mit Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden, wobei die metallischen Bestandteile der ersten Phase zunächst als Salzlösung vorliegen, der Lösung die Partikel der zweiten Phase zugemischt werden, die mit den metallischen Bestandteilen der ersten Phase und deren Salzlösung nicht reagiert, ein Deglomerationsmittel zugegeben wird, die Lösung verdüst wird und nach Entfernen des Lösungsmittels eine Reduktion zu Metall erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff der Lösung zur Bildung einer Suspension zu Metallen reduzierbare Metallsalze oder Gemische von Salzen eingesetzt werden und der Lösung Metallpulverteilchen als zweite Phase zugemischt werden, aus Metallen oder ihren Legierungen, deren Salze nicht ohne weiteres einem Reduktionsverfahren unterzogen werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Pulverteilchen, nicht reaktive, insbesondere oxidische Dispersate in die Lösung eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung auch Salze von reaktiven Metallen beigefügt werden, die bei der Trocknung und Reduktionsbehandlung Metalloxide bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung Salze von Metallen, wie Titan, Chrom, Aluminium und ähnlich reaktive Elemente zugesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver einschließlich etwa oberflächlich oxidierten Metallpulverteilchen durch eine Diffusionswärmebehandlung vor oder nach dem Kompaktieren des Pulvers gleichmäßig in der metallischen Matrix verteilt wird.

Claims

1. Method of preparing dispersion-hardened metal alloys, in particular for high-temperature-resistant components of complex shape, particles of a second phase being incorporated in a metallic matrix (first phase) by means of a colloidal suspension, the metal components of the first phase initially being present as a salt solution, the particles of the second phase, which does not react with the metal components of the first phase and its salt solution, being added to the solution, a deagglomeration agent being added, the solution being atomised and reduced to metal after removal of the solvent, characterised in that metal salts, which can be reduced to metal, or mixtures of salts are used as the initial substance of the solution for forming a suspension, and metal powder particles are mixed as the second phase with the solution, the metal powder particles consisting of metals or their alloys of which the salts cannot readily be subjected to a reduction process.

2. Method according to Claim 1, characterised in that non-reactive, in particular oxidic, dispersing agents are introduced into the solution in addition to the powder particles.

3. Method according to Claim 1 or Claim 2, characterised in that salts of reactive metals, which, when dried and treated reductively form metal oxides, are also added to the solution.

4. Method according to Claim 3, characterised in that salts of metals such as titanium, chromium, aluminium and similar reactive elements are added to the solution.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the metal powder, including for example superficially oxidised metal powder particles, is distributed uniformly in the metal matrix by means of a diffusion heat treatment before or after the powder has been compacted.

Revendications

1. Procédé de préparation d'alliages métalliques renforcés par dispersion notamment pour des pièces constitutives résistantes à haute température de forme compliquée, dans lequel on introduit des particules d'une deuxième phase dans une matrice métallique (première phase) à l'aide d'une suspension colloïdale, les composants métalliques de la première phase étant d'abord présents sous forme de solution saline, on mélange à la solution les particules de la deuxième phase, qui ne réagit pas avec les composants métalliques de la première phase et leur solution saline, on ajoute un agent de désagglomération, on pulvérise la solution et après élimination du solvant on réalise la réduction en métal, caractérisé en ce qu'on utilise comme matériau de départ de la solution pour former une suspension des sels ou mélanges de sels réductibles en les métaux et on mélange à la solution des particules de poudre de métal en tant que deuxième phase, de métaux ou de leurs alliages dont on peut soumettre sans problème les sels à un processus de reduction.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en plus des particules de poudre on ajoute à la solution des dispersants non réactifs, notamment par voie d'oxydation.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute aussi à la solution des sels de métaux réactifs qui lors du séchage et du traitement réducteur forment des oxydes métalliques.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajoute à la solution des sels de métaux comme le titane, le chrome, l'aluminium et autres éléments réactifs analogues.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on dispense dans la matrice métallique de façon régulière la poudre métallique, y compris des particules métalliques un peu oxydées superficiellement par un traitement thermique de diffusion avant ou après le compactage de la poudre.