DE3540255A1 - Verfahren zur herstellung einer dispersionsgehaerteten metall-legierung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer dispersionsgehaerteten metall-legierungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her
stellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen, ins
besondere für hochtemperaturfeste Bauteile komplizierter
Form, wobei Partikel einer zweiten Phase in eine metalli
sche Matrix mit Hilfe einer kolloidalen Suspension ein
gebaut werden.
Es ist bekannt, daß durch eine gleichmäßige und feine Ver
teilung von harten, insbesondere oxidischen Teilchen
in metallischen Legierungen deren Widerstand gegen
Verformungen insbesondere bei Nutzung von Bauteilen
unter höheren Betriebstemperaturen, erheblich ge
steigert werden kann. Ein Übersichtsaufsatz ist zum
Stand der Technik in "Materials Engineering" 1982,
Februar-Heft, Seite 34-39 erschienen.
Das wesentliche Problem bei der Herstellung solcher
Legierungen liegt in der Erzeugung einer geeigneten
Verteilung der harten Partikel in der metallischen
Matrix. Die Abstände zwischen den Partikeln müssen
hinreichend klein und gleichmäßig sein und der Volumen
anteil der harten Partikel muß begrenzt werden.
Man geht daher zum Einbringen der harten Partikel in
die Metallmatrix auch wie folgt vor:
Durch mechanisches Legieren, d. h. Einmahlen der
Oxidpartikel in eine Legierung, ständiges Verschweißen
und Zerbrechen von Metall- und Oxidkörnern in einer
Hochenergiemühle, Kugelmühle, Attritor o. ä. wird ein
Pulver hergestellt, das die Oxidpartikel in der ge
wünschten Feinheit und Verteilung enthalten soll. Das
Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und gestattet keine
ausreichende Homogenität und Reproduzierbarkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her
stellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen anzu
geben, das in einfacher Weise zu homogeneren Pulvern und
der gewünschten Partikelverteilung in der Matrix und
somit zu hochtemperaturfesten Bauteilen führt.
Die Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 beschrieben.
Weitere Merkmale der Erfindung können der Beschreibung
und Darstellung eines Ausführungsbeispiels entnommen
werden.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß
ein metallisches Pulver mit Oxideinlagerungen erzielt
wird, das reproduzierbare Eigenschaften, insbesondere
hinsichtlich Homogenität der Partikelverteilung und
damit der Dispersionshärtung aufweist. Das so erhaltene
Metallpulver kann nach bekannten pulvermetallurgischen
Verfahren zu kompakten Formkörpern verarbeitet werden.
Eine Lösung chemischer Verbindungen von Metallen wie
z. B. Nickel-Basis-Legierungen, insbesondere eine Le
gierung, die Nickel-Chrom im Verhältnis 80 : 20 ent
hält, und Zusätze, wie Aluminium, Titan, Kobalt, wird
in HCl gelöst und eine Lösung mit 75 Vol.% Y2O3 oder
ThO2 von einer Korngröße kleiner 0,1 µm gemischt.
Damit in der chemischen Lösung keine Agglomeration
der Oxidpartikel auftritt, werden diese durch Absorption
gleichnamig geladener Moleküle, also elektrisch aufge
ladener Partikel gleicher Polarität, getrennt und in
der Lösung in Schwebe gehalten. Dazu erfolgt eine Zu
gabe von Deglomerationsmitteln, wie z. B. tri-Natrium
orthophoshat oder Aluminiumnitrat.
Der so entstandene Schlicker wird dann im Rieselturm
verdüst und entweder direkt in den Reaktionsraum über
führt oder erst getrocknet und in einem weiteren
Reaktionsgefäß in Metallpulver mit Oxideinlagerungen um
gewandelt.
Das so erhaltene Metallpulver kann danach mit bekannten
pulvermetallurgischen Verfahren zu kompakten Körpern
gewünschter Form verarbeitet werden, z. B. durch Spritz
gießen, Spritzpressen, Strangpressen, Extrudieren,
Sintern, Kaltisostatpressen, Heißisostatpressen. Die
Wahl des Verdichtungsverfahrens richtet sich dabei vor
allem nach dem Einsatzzweck des Endprodukts, insbesondere
eines hochtemperaturfesten Bauteils, z. B. ist ent
scheidend die Form und Größe des Endprodukts und welche
mechanischen oder sonstigen Festigkeiten gewünscht sind,
aber auch welche Dichte und Oberflächengüte erforderlich
ist.
Abwandlungen der beschriebenen und dargestellten Ver
fahrensschritte können selbstverständlich vorgenommen
werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu ver
lassen, wenn man gleiche Pulver- oder Bauteileigenschaf
ten erzielt und das Verfahren der Partikel-Abstoßung
in kolloidaler Lösung hierbei angewandt wird.
Die Erfindung ist auch nicht auf die im Beispiel ange
gebene Metall-Legierung beschränkt, sondern selbstver
ständlich sind auch andere Werkstoffe, insbesondere
andere Nickelbasis-Legierungen oder Superlegierungen
geeignet, die Metallmatrix zu bilden. Auch andere Zu
sätze,als oben erwähnt, können angewandt werden. Chemi
sche Lösungsmittel für die metallischen Werkstoffe,
die Verdüsungsvorrichtungen und -Parameter, sowie die
Rückumwandlung (Reduktion) in Metalle, die dann in
Pulverform vorliegen, sind an sich bekannt.
Die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Legierung
ist vor allem im Motoren- und Turbinenbau vorgesehen,
z. B. für Fluggasturbinenschaufeln.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter
Metall-Legierungen, insbesondere für hochtemperatur
feste Bauteile komplizierter Form, wobei Partikel
einer zweiten Phase in eine metallische Matrix mit
Hilfe einer kolloidalen Suspension eingebaut werden,
dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination
- a) die metallischen Bestandteile zunächst als Salz lösung vorliegen,
- b) der Lösung die Partikel der zweiten, mit den metallischen Bestandteilen und deren Salzlösung nicht reaktiven Phase zugemischt werden,
- c) ein Deglomerationsmittel zugegeben wird,
- d) die Lösung verdüst wird und
- e) nach Entfernen des Lösungs-Mittels eine Reduktion zu Metall erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausgangsstoffe Metallsalze oder Gemische von
Salzen der Metalle einer Ni-Legierung verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Partikel der zweiten Phase
Y2O3 oder ThO2 verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel in einer Größe von etwa 0,01 µm bis
etwa 0,1 µm und in einer Menge bis zu 75 Vol.% bezogen
auf den Grundwerkstoff verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Deglomerationsmittel
Aluminiumphosphat oder tri-Natriumphosphat verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als metallische Salzlösung eine Ni-Cr-Legierung 80/20
in HCl gelöst, verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Lösung eine Ni-Basis-Legierung, die Cr, Co, Al,
Ti enthält, verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das in
einem Rieselturm verdüst oder versprüht und in den
Reaktionsraum zur Reduktion in Metallpulver überführt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lösung ein Kolloid ist, das
in einem Rieselturm verdüst oder versprüht, dann
getrocknet und danach in einem Reaktionsgefäß zu
Metallpulver reduziert wird.
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