CH413542A - Verfahren zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Metallen und nach diesem Verfahren hergestellter Schutzüberzug - Google Patents

Description

      Verfahren        zur    Herstellung von Schutzüberzügen auf Metallen und nach     diesem        Verfahren     hergestellter Schutzüberzug    Die Erfindung     betrifft    ein Verfahren zur Herstel  lung eines     korrosions-    und hitzebeständigen     überzu-          ges    auf Metallen, insbesondere auf     austenitischen     warmfesten Stählen und auf warmfesten Nickel- oder       Kobaltlegierungen,    und einen nach diesem Verfahren  hergestellten Schutzüberzug.  



  Es ist bekannt, unedle Metalle wie Eisen oder       niedriglegierten    Stahl mittels einer Chromschicht vor  Korrosionsangriff zu schützen. Um die Schutzwir  kung zu erhöhen, werden oft zwischen das Chrom  und das zu schützende Metall weitere Schichten meist  edler Metalle wie Kupfer oder Nickel, oder beide zu  sammen aufgebracht. Solche Schutzschichten haben  sich bei Angriff durch wässrige Korrosionsmittel bei  Temperaturen bis zu einigen hundert Grad gut be  währt. Bei Temperaturen über 600  C, besonders bei       öfterem    Temperaturwechsel, wird dadurch keine  Verbesserung erreicht, weil die Schichten abblättern.  



  Aus diesem Grunde ist schon vorgeschlagen wor  den, Eisen oder     gewöhnlichen    Stahl durch eine gal  vanisch aufgebrachte Chromschicht zu schützen, die  durch Glühen bei Temperaturen von 1050-1150  C  mit dem     darunterliegenden    Stahl fest verschweisst  wird. Auf diese Art lässt sich ein Abblättern der  Chromschicht auch bei nachträglicher Erwärmung  auf 600-850  C sowie bei Temperaturwechsel mit  Sicherheit vermeiden.  



  Es hat sich gezeigt, dass nicht nur Eisen und die       niedriglegierten        ferritischen        Stähle,        sondern    auch die  rostfreien hochlegierten     austenitischen    Stähle, sowie  die sogenannten Superlegierungen auf Nickel- oder       Kobaltbasis,    wie sie beispielsweise für Gasturbinen  schaufeln verwendet werden, bei Temperaturen über  600  C korrosionsanfällig sein können,     insbesondere     in Gegenwart von     Vanadiumpentoxyd    oder Alkali-         sulfaten.    Es wäre naheliegend, diese Stähle bzw.

    Superlegierungen ebenfalls durch Aufbringen einer  Chromschicht und     nachträgliche        Diffusionsglühung     zu schützen. Die in dieser     Richtung    unternommenen,  sehr zahlreichen Versuche     sind    jedoch bis jetzt fehl  geschlagen, da     immer    wieder festgestellt werden muss  te, das die Chromschicht entweder schon     beim    Ab  kalten nach der     Diffusionsglühung    oder aber beim       Wiedererwärmen    auf     Betriebstemperatur        abblättert.     



  Man hat deshalb     rostfreie        austenitische    Stähle  und Legierungen auf Nickel- oder     Kobaltbasis,    wel  che bei hohen Temperaturen korrosiven Medien aus  gesetzt sind, dadurch zu schützen gesucht, dass man  deren Oberflächen z. B. durch Diffusion aus der  Gasphase an Chrom, Silizium oder Aluminium anrei  cherte. Derart hergestellte Schichten enthalten aber       höchstens        60%        des        schützenden        Zusatzmetalles.        Sie     bilden einen gewissen Schutz gegen Korrosion, errei  chen aber nicht die Schutzwirkung von reinem  Chrom.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren zur Herstel  lung eines     korrosions-    und hitzebeständigen     überzu-          ges    auf Metallen, insbesondere auf     austenitischen     warmfesten Stählen und auf warmfesten Nickel- oder       Kobaltlegierungen,    vermeidet die angeführten Nach  teile der bekannten Verfahren. Es besteht darin, dass  auf das zu schützende Metall zuerst eine metallische  Eisen enthaltende Zwischenschicht und auf diese die  schützende Chromschicht aufgebracht wird, worauf  das Ganze bei einer Temperatur zwischen 1050 und  1250  C in neutraler Umgebung einer     Diffusions-          glühung    unterzogen wird.  



  Es ist auch bekannt, den Grundwerkstoff vor dem  Aufbringen des Chroms und vor der     Diffusionsglü-          hung    mit einer dünnen Nickelschicht zu überziehen      und dadurch die     Haftfestigkeit    der Chromschicht zu  erhöhen. In     Gegenwart    von stark schwefelhaltigen  Gasen bei Temperaturen oberhalb von 650  C be  währen sich diese     Nickel-Zwischenschichten    jedoch  nicht.

   Da die galvanisch aufgebrachte Chromschicht  stets     ein    Netzwerk von feinen Rissen aufweist und  diese Risse beim     Erwärmen    des zu schützenden  Metalls wegen des     kleinen    Ausdehnungskoeffizienten  von Chrom noch erweitert werden, haben schwefel  reiche Gase oder     Verbrennungsrückstände    (Ölaschen)  Zutritt zu der Nickelschicht. Bekanntlich     bildet        Nik-          kel    mit Schwefel     tiefschmelzende    Verbindungen.

   Die  entstehenden flüssigen Korrosionsprodukte hemmen  einen weiteren     Angriff    der korrosiven Medien nicht,  so dass es zu einer     Unterfressung    der Chromschicht  und damit zur Aufhebung der Schutzwirkung kommt.  



  Als Zwischenschicht zwischen dem zu schützen  den Metall und der Chromschicht hat sich besonders       unlegiertes    Eisen bewährt, welches möglichst frei von  Silizium und     Kohlenstoff    sein soll.  



  Greifen korrosive Medien die     Eisen-Zwischen-          schicht    an den     unvermeidlichen    Rissstellen der  Chromschicht an, so entstehen feste, dichte Korro  sionsprodukte, welche die Risse verschliessen und ein  weiteres Eindringen des korrosiven Mediums verhin  dern. Solche     Zwischenschichten    aus Eisen sind     ver-          hältnismässig    einfach und billig herzustellen, sie sind  praktisch     schwefelunempfindlich    und die Chrom  schicht zeigt keine Neigung zum Abblättern.  



  Nach langer Erwärmung im Temperaturgebiet  von 650 bis 850  C bildet Chrom mit Eisen eine in  termetallische Verbindung, eine sogenannte     Sigma-          phase,    wodurch die Verbindung Chromschicht   Eisenschicht etwas     versprödet.    Sie ist bei Raumtem  peratur deutlich     feststellbar,    wirkt sich aber im Be  trieb nur wenig aus, da bei erhöhter Temperatur auch  diese     intermetallische    Phase noch eine     genügende     Zähigkeit aufweist. In manchen Fällen jedoch, so  z.

   B. bei sehr oft und sehr rasch angefahrenen  Gasturbinen, wobei hohe Temperaturdifferenzen und  damit     Wärmespannungen    zwischen Schaufeloberflä  che und Kern auftreten, kann es wünschenswert sein,  die Zähigkeit der Zwischenschicht zu erhöhen.  



  Die Bildung der spröden     Sigmaphase    lässt sich  vermeiden, wenn der Eisenschicht mindestens 250/0  Nickel     zulegiert    werden. Es wird dabei bewusst eine  höhere     Schwefelempfindlichkeit    der Zwischenschicht  in Kauf genommen, die umso mehr ansteigt, je höher  der Nickelgehalt ist.

   Zwischenschichten aus einer       Eisen-Nickel-Legierung    weisen auch günstige Haftei  genschaften auf, sind etwas teurer als Eisenschichten,       doch        hört        bei        mehr        als        25%        Nickelgehalt        die        Ver-          sprödung        praktisch    auf. Sie können dann mit Vorteil  angewendet werden, wenn der Schwefelgehalt der  angreifenden Medien nicht zu hoch ist.

      Sowohl die Zwischenschichten als auch die  Chromschicht lassen sich auf einfache Weise galva  nisch, durch     Flammspritzen    oder durch Tauchen in  eine     Aufschlämmung    der entsprechenden Metallpul  ver herstellen. Üblicherweise haben die Zwischen  schichten eine Dicke von 0,01-0,1 mm und die  Chromschicht eine Dicke von 0,01-0,5 mm. Sind sie  zu dünn, dann ist die Wirkung in Frage gestellt, wäh  rend eine zu dicke Chromschicht zu starker     Rissbil-          dung    neigt.  



  Die Zwischenschichten, welche an sich viel weni  ger     zunderbeständig    sind als das zu schützende       Metall    und die     darübemliegende    Chromschicht, wer  den durch die     Diffusionsglühung    sehr fest mit dem       Grundmaterial    und mit der Chromschicht verbunden.  



  Zur Verhütung der     Verzunderung    erfolgt die     Dif-          fusionsglühung    in einer neutralen Umgebung, bei  spielsweise in neutralem Gas oder im Hochvakuum.  



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren - Auf  bringen einer Zwischenschicht, darüber einer  Chromschicht und     Diffusionsglühung    - wird im Ge  gensatz zu einer direkt auf das hochlegierte Metall  aufgetragenen und diffusionsgeglühten Chromschicht  erreicht, dass das Chrom fest haftet und selbst bei  oftmaligem Temperaturwechsel keine Neigung zum  Abblättern auftritt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung eines korrosions- und hitzebeständigen Überzuges auf Metallen, insbeson dere auf austenitisehen warmfesten Stählen und auf warmfesten Nickel- oder Kobaltlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass auf das zu schützende Metall zuerst eine metallische Eisen enthaltende Zwischen schicht und auf diese die schützende Chromschicht aufgebracht wird, worauf das Ganze bei einer Tem peratur zwischen 1050 und 1250 C in neutraler Umgebung einer Diffusionsglühung unterzogen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die metallische Zwischenschicht aus unlegiertem Eisen besteht. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die metallische Zwischenschicht aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit mindestens 25% Nickel besteht. PATENTANSPRUCH II Korrosions- und hitzebeständiger Überzug auf Metallen, insbesondere auf austenitischen warmfesten Stählen und auf warmfesten Nickel- oder Kobaltle- gierungen, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I.