VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER KORROSIONS- UND OXIDATIONSBESTÄNDIGEN SCHLICKERSCHICHT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen Schlickerschicht.

[0002] Beim Betrieb von Bauteilen bei hohen Temperaturen sind deren freien Oberflächen stark korrodierenden und oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Beim Einsatz in Gasturbinen können derartige Bauteile z.B. aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaldbasis bestehen. Zum Schutz vor Korrosion, Oxidation oder Erosion werden die Bauteile mit Schichten versehen, die aus Metallpulvern hergestellt werden.

[0003] Die US 3,741,791 offenbart das Schlickerbeschichten von Superlegierungssubstraten, bevorzugt aus Ni- oder Co-Basislegierungen, wobei zur Verbesserung der Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit ein Schlicker aus Si-Pulver und FeCrAlY-Pulver hergestellt, auf die Substratoberfläche aufgetragen, getrocknet, und abschließend bei einer Temperatur von etwa 1200 °C wärmebehandelt wird.

[0004] Aus der FR 2 115 147 A ist ein Beschichtungsverfahren für Substrate aus Ni-oder Co-Superlegierungen, bei dem zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit in einer dispergierten Mischung vorliegende Metallpulver, deren Teilchengröße bevorzugt kleiner 38 µm ist, mit einem Binder versehen, auf die Substrate aufgetragen und anschließend wärmebehandelt werden. Als Metallpulver werden Co-Al, Ni-Al und/oder Fe-Al plus Cr-Al-Legierungen, die mit Y vorlegiert sein können, genannt. Metallpulver aus Fe, Ni oder Co können optional zugemischt werden.

[0005] Die WO 94 07004 A offenbart das Beschichten von Substraten aus Superiegierungen, insbesondere Ni-Basislegierungen, mit einem Schlicker, wobei das Schlickermaterial zur Verbesserung der Heißgaskorrosionsbeständigkeit Al und Si oder Cr und Al in einer dispergierten Mischung umfaßt, auf das Substrat aufgebracht, getrocknet und bei 850 °C bis 1120 °C in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum wärmebehandelt wird.

[0006] Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Korrosions- und Oxidationsschutzschicht wird zunächst ein Metallpulver durch Plasmaspritzen od. dgl. auf ein Bauteil aufgebracht. Anschließend wird die Schicht einer Alitierung ausgesetzt und abschließend aufgeglüht.

[0007] Nachteilig bei diesem Verfahren sind die vielen, verhältnismäßig aufwendigen und insbesondere im Hinblick auf das erforderliche Plasmaspritzen teuren Verfahrensschritte.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Schlickerschicht der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, das möglichst einfach und kostengünstig durchzuführen ist.

[0009] Die Lösung ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale bzw. Schritte gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet.

[0010] Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch das Zumischen von Zugabepulver zum Ausgangspulver ein ähnlicher Effekt wie z.B. beim klassischen Alitieren plasmagespritzter Schichten auftritt, das verhältnismäßig teure Plasmaspritzen und der Alitierprozeß jedoch entfällt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl zur Herstellung von Schutzschichten auf Neu- als auch auf Reparaturteilen einsetzen.

[0011] Es hat sich gezeigt, daß durch Diffusionsvorgänge zwischen dem Ausgangs- und Zugabepulver bzw. -werkstoff die Korrosions-, Oxidations- und Erosionsbeständigkeit der Schlickerschicht deutlich verbessert wird.

[0012] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Al oder Cr enthaltende Ausgangspulver aus MCrAlY und/oder NiCrAl, so daß sich mit derartigen Metallpulvern Schichten mit guten Korrosionsschutzeigenschaften herstellen lassen.

[0013] Beim Einsatz von MCrAlY als Ausgangspulver umfaßt M wenigstens ein Element aus Ni oder Co.

[0014] Sowohl das Ausgangs- als auch das Zugabepulver weist eine Korngrößenverteilung von 5 bis 120 µm.

[0015] Der Schlickerwerkstoff wird bevorzugt mit einem Pinsel, einer Spritzpistole, durch Tauchen oder ein anderes geeignetes Verfahren auf das Bauteil aufgetragen, wodurch sich im Vergleich zum Plasmaspritzen deutliche Kostenvorteile erzielen lassen.

[0016] Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Schlickerschicht etwa 2 Stunden lang wärmebehandelt, wobei dieses bevorzugt in einer Schutzgasatmosphäre, z.B. in Argon, oder im Vakuum durchgeführt werden kann.

[0017] Bevorzugt macht das Zugabepulver bis zu 35 Gew.-% des Gesamtgewischts aus Ausgangspulver und Zugabepulver aus.

[0018] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.

[0019] Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Ausgangspulver aus MCrAlY und das Zugabepulver aus Al. Bei dem MCrAlY steht das M für eine Mischung aus Ni und Co. Zur Herstellung des Schlickerwerkstoffs werden 75 Gew.-% MCrAlY und 25 Gew.-% Al bezogen auf das Gesamtgewicht aus Ausgangs- und Zugabepulver gemischt. Zugemischt wird ferner ein anorganisches Bindemittel bzw. eine Bindemittel-Lösung, wie z.B. eine 30 %-ige Chromphosphat-Lösung.

[0020] Zur Herstellung der Schlickerschicht wird der so gemischte Schlickerwerkstoff auf ein Bauteil, das gegen Korrosion und Oxidation geschützt werden soll, wie z.B. eine Turbinenschaufel einer Gasturbine, mit einem Pinsel aufgetragen. Das Bauteil kann z.B. aus einer Superlegierung auf Nickel- und Kobaltbasis bestehen. Aufgrund des anorganischen Bindemittels erfolgt eine Aushärtung bei 350° C.

[0021] Abschließend wird die Schlickerschicht bei einer Temperatur von 1060° C wärmebehandelt, um ein Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil zu erreichen. Die Wärmebehandlung erfolgt 2 Stunden lang in einer Argonatmosphäre. Je nach Anwendungsfall könnte die Wärmebehandlung alternativ auch in Vakuum oder einer Normalatmosphäre erfolgen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer korrosions- und oxidationsbeständigen Schlickerschicht, gekennzeichnet durch die Schritte
Herstellen eines Schlickerwerkstoffs durch Mischen von einer Bindemittel-Lösung mit einem Ausgangspulver aus MCrAlY, wobei M wenigstens ein Element aus Ni oder Co umfasst, und/oder NiCrAl und einem Zugabepulver umfassend wenigstens ein Element aus Al, Pt, Pd oder Si, wobei die Pulver jeweils eine Korngrößenverteilung von 5 bis 120 µm aufweisen,
Auftragen des Schlickerwerkstoffs auf ein Bauteil aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis,
Aushärten der Schlickerschicht bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 450°C und
Wärmebehandeln zum Eindiffundieren der Schlickerschicht in das Bauteil bei Temperaturen von 750°C bis 1250°C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen des Schlickerwerkstoffs mit einem Pinsel, einer Spritzpistole oder durch Tauchen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über zwei Stunden durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel organisch oder anorganisch ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugabepulver bis zu 35 Gew.-% des Gesamtgewichts aus Ausgangs- und Zugabepulver ausmacht.

Claims

1. Method of producing a slurry coating capable of withstanding corrosion and oxidation, characterised by the following steps
making up a slurry by mixing a binder solution with an initial powder comprising MCrAIY, M representing at least one element selected from Ni or Co, and/or NiCrAl and a powdered additive containing at least one element selected from Al, Pt, Pd or Si, the respective powders having a grain size distribution of from 5 to 120 µm,
applying the slurry to a component made from a superalloy with a nickel or cobalt base,
curing the slurry coating at temperatures ranging from room temperature to 450°C and
operating a heat treatment to diffuse the slurry coating into the component at temperatures of from 750°C to 1250°C.

2. Method as claimed in claim 1, characterised in that the slurry is applied with a brush, a spray gun or by dipping.

3. Method as claimed in claim 1 or 2, characterised in that the heat treatment takes place in a vacuum or in an inert gas atmosphere.

4. Method as claimed in one or more of the preceding claims, characterised in that the heat treatment is operated for more than two hours.

5. Method as claimed in one or more of the preceding claims, characterised in that the binding agent is organic or inorganic.

6. Method as claimed in one or more of the preceding claims, characterised in that the powdered additive represents up to 35% by weight of the total weight of the initial powder and powdered additive.

Revendications

1. Procédé pour produire une couche de barbotine résistant à la corrosion et à l'oxydation, caractérisé par les pas
produire un matériau pour barbotine en mélangeant une solution de liant avec une poudre de départ constituée de MCrAlY, M comportant au moins un élément sélectionné parmi Ni ou Co, et/ou de NiCrAl et avec une poudre d'addition comportant au moins un élément sélectionné parmi Al, Pt, Pd ou Si, les poudres présentant chacune une répartition granulométrique de 5 à 120 µm,
appliquer le matériau pour barbotine sur un composant constitué d'un superalliage à base de nickel ou de cobalt,
faire durcir le matériau pour barbotine à des températures allant de la température ambiante à 450° C et
traiter thermiquement pour faire pénétrer par diffusion la couche de barbotine dans le composant à des températures allant de 750° C à 1250° C.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'application du matériau pour barbotine se fait avec un pinceau, un pistolet de pulvérisation ou par immersion.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le traitement thermique s'exécute dans le vide ou dans une atmosphère de gaz inerte.

4. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le traitement thermique s'effectue pendant deux heures.

5. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le liant est organique ou inorganique.

6. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la poudre d'addition constitue jusqu'à 35 % du poids total de la poudre de départ et de la poudre d'addition.