DE602004006437T2

DE602004006437T2 - Legierung zum löten und deren verwendung

Info

Publication number: DE602004006437T2
Application number: DE602004006437T
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Schnell; Erol Morgan; Alexander Dr. Stankowski
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: CA2565834A1; ATE362001T1; WO2005028690A1; EP1689897A1; CA2565834C; ES2285529T3; DE602004006437D1; US20080017694A1; EP1689897B1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die Erfindung betrifft eine oxidations- und korrosionsbeständige Hartlotlegierung nach Anspruch 1, eine Verwendung der Hartlotlegierung, eine vorgesinterte Hartlotplatte, ein vorgesintertes Hartlotband, eine vorgesinterte Hartlotfolie oder eine Paste nach Anspruch 6 und ein Verfahren zum reparieren eines nickelbasierten oder eines kobaltbasierten Superlegierungsgegenstands.
STAND DER TECHNIK
Die breite Verwendung von nickel- und kobaltbasierten Superlegierungen gestattete eine erhöhte Turbineneinlaßtemperatur, die signifikant half, die Turbineneffizienz heraufzusetzen. Speziell zugeschnittene Superlegierungen wurden entwickelt, um die Materialfestigkeit und Temperaturfähigkeit maximal auszunutzen.
Superlegierungen werden in polykristalliner (EQ), gerichtet erstarrter (DS) und der einkristallinen (SX) Form gegossen. Während des Betriebs von Turbinenkomponenten unter Bedingungen hoher Temperatur können verschiedene Arten von Schäden auftreten. Beispielsweise können Risse aufgrund von Temperaturwechselbelastung, mechanischer Last und Fremdkörperaufschlag herrühren. Zudem kann es während der Herstellung zu Rissen und Einschlüssen kommen. Zudem können Umweltangriffe wie etwa Oxidation und Korrosion zu einer lokalen Erosion und Wanddickenreduktion der Komponenten führen. Weil die Kosten von aus nickelbasierten oder kobaltbasierten Superlegierungen hergestellten Turbinenkomponenten sehr hoch sind, ist es wünschenswert, diese Komponenten zu reparieren, anstatt sie auszutauschen. Insbesondere sind in einer DS- oder SX-Form gegossene nickelbasierte Superlegierungskomponenten sehr kostenintensiv.
Die folgenden Verfahren nach dem Stand der Technik zum Reparieren von Hochtemperatursuperlegierungen sind im allgemeinen bekannt: Aus EP-A1-1 258 545 ist ein Verfahren zum isothermen Hartlöten von einkristallinen Komponenten unter vollständiger Beibehaltung der einkristallinen Mikrostruktur in der hartgelöteten Verbindung bekannt. Aus US-A-5,732,467 ist ein Verfahren zum reparieren von Rissen auf der äußersten Oberfläche eines Gegenstands mit einer gerichtet orientierten Mikrostruktur und einer Superlegierungszusammensetzung bekannt. Die Reparatur erfolgt durch Beschichten der gereinigten Rißoberfläche mit einem Material, das die gleiche Materialzusammensetzung wie der Gegenstand aufweist. Dadurch wird die beschichtete Rißoberfläche über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Rißoberfläche zu reparieren, ohne die kristalline Mikrostruktur des Hauptgegenstands zu ändern, einer erhöhten Temperatur und einem isostatischen Druck ausgesetzt.
Außerdem sind eine Reihe von alternativen Hartlötverfahren zum Reparieren von Rissen und breiten Spalten in Turbinenkomponenten bekannt, die aus einer kobalt- und einer nickelbasierten Superlegierung hergestellt sind, wie etwa US-A-5,666,643 , US-A-4,381,944 oder US-A-5,437,737 . Das Hartlötmaterialprodukt ist ein Gemisch aus zwei Pulvern, dem niedrigschmelzenden Hartlötpulver und einem Hauptsuperlegierungspulver als einem zusätzlichen Füllmaterial.
Aus US 4,830,934 ist eine Hartlötlegierungspulvermischung bekannt, die aus mindestens drei verschiedenen Gruppen von Legierungspulvern besteht, die zusammen eine Mischungszusammensetzung definieren, die zu einer signifikanten Verbesserung der Festigkeit und der Oxidationsbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Hartlötlegierungspulvern oder -mischungen führt.
Standardmäßige und kommerziell erhältliche Hartlöt- Pulver, Hartlötlegierungsgemische und -mischungen, die für die Rißhartlötung verwendet werden, umfassen eine chemische Zusammensetzung, die hauptsächlich auf eine hohe Zugfestigkeit abzielt. Zudem ist der ausreichende Fluß der Hartlötlegierung während des Hartlötens von besonderem Interesse, so daß das gesamte Benetzen und Füllen der Risse garantiert ist. Das Niveau der schmelzpunktsenkenden Elemente (wie etwa B oder Si) muß zwischen einem Mindestniveau für einen ausreichenden Hartlotfluß auf einer Seite gegenüber einer annehmbaren isothermen Hartlötzeit auf der anderen Seite abgewogen werden. Der Zusatz von schweren und hochtemperaturbeständigen Elementen wie etwa Cr, W und Ta, die die Festigkeit des hartgelöteten Bereichs garantieren, führen bekannterweise zu einer zögerlicher fließenden Hartlotlegierung.
In den meisten Fällen erfahren die hartlotreparierten Gasturbinenblattkomponenten einen Wiederbeschichtungsprozeß. Dies bedeutet, daß die hartlotreparierten Risse oder die hinsichtlich Wanddicke hartlotreparierten Flügelprofile durch die oxidations- und korrosionsbeständige Beschichtung von dem heißen Gasstrom geschützt sind. Deshalb ist die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit der hartgelöteten Bereiche selbst von weniger Interesse, da die hartlotreparierten Bereiche durch eine Überlagsbeschichtung geschützt sind. Dennoch ist es in einigen Fällen von Interesse, verbrauchte Blattkomponenten an einer Stelle wiederherzustellen, wo ein Wiederbeschichtungsprozeß nicht erwünscht ist oder wo ein lokaler Wiederbeschichtungsprozeß nicht anwendbar ist. In solchen Fällen ist eine hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit des hartgelöteten Bereichs wie etwa eine hartgelötete Verbindung oder hartgelötete Bänder und vorgesinterte Hartlotplatten erforderlich.
Standardmäßige Hartlotmaterialien werden derart legiert, daß der resultierende Hartlotbereich bei erhöhten Temperaturen unter innerer Oxidation leidet. Solch eine innere Oxidation führt zu einem unerwünschten Materialverlust im Verlauf der Zeit. Zu innerer Oxidation kommt es aufgrund der Tatsache, daß das reine Hartlotmaterial oder die Hartlotmischung/das Hartlotgemisch, das oder die verwendet wird, keinen dichten und stabilen Oxidbelag an der äußeren Oberfläche bilden.
Der Gehalt an den schweren und hochtemperaturbeständigen Elementen in der Hartlotlegierung wie etwa Cr, Ta, W muß ausgewogen sein, um bei erhöhten Temperaturen einen dichten Oxidbelag zu garantieren. Insbesondere das Verhältnis aus Aluminium-zu-Chromgehalt weist bekannterweise einen signifikanten Einfluß auf die Oxidbelagausbildung des Materials und somit auf die Oxidationsbeständigkeit auf. Die Berücksichtigung eines ausgewogenen Al/Cr-Gehalts für optimale Oxidationsbeständigkeit gilt für die Verwendung der reinen Hartlotlegierung für das Rißhartlöten sowie für die Verwendung in Mischungen aus einem Zweikomponentenhartlotpulvergemisch. Für gemischte Bänder und/oder gemischte vorgesinterte Hartlotplattenmaterialien muß die aus der Mischung aus beiden Pulvern resultierende chemische Nennzusammensetzung ausgewogen sein. Insbesondere muß die Ausbildung von an Chrom reichen Boriden in den durch Hartlot reparierten Bändern und Platten, was zu einer lokalen Cr-Verarmung in der Matrix um diese Cr-reichen Teilchen führt, bei dem Zuschnitt eines oxidationsbeständigen Hartlotbands oder einer oxidationsbeständigen Hartlotplatte berücksichtigt werden.
Eine nickelbasierte Reparaturlegierung ist in US 5,783,318 beschrieben, die 0,03 bis 2,5 Gew.-% Hf, 0,003 bis 0,32 Gew.-% B, 0,007 bis 0,35 Gew.-% Zr und 0,02 bis 0,16 Gew.-% Y umfaßt. Die Kontrolle des Yttriums ist besonders wichtig. In US 5,783,318 wird offenbart, daß weniger als 0,02% Y keinen ausreichenden Grad an Oxidationsbestänigkeit verleihen und mehr als 0,16 Gew.-% Y die Oxidationsbeständigkeit nicht verbessern, sondern unerwünschte Charakteristiken einführen, wie die Ausfällung von Yttrid Phasen und Änderungen bei Schmelzeigenschaften.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Entwicklung einer oxidations- und korrosionsbeständigen Hartlotlegierung für die Hartlotreparatur von in der Gasturbinenindustrie verwendeten polykristallinen oder gerichtet erstarrten oder einkristallinen nickelbasierenden oder kobaltbasierenden Superlegierungsgegenständen. Die Aufgabe besteht weiterhin in der Erzeugung der oxidations- und korrosionsbeständigen Hartlotlegierung in Form einer reinen Paste oder Folie oder gemischten Pasten, gemischten Hartlotbändern (ungebranntes Material) und vorgesinterten Hartlotplatten, die aus einer veränderlichen Mischung der neuen oxidations- und korrosionsbeständigen reinen Hartlotlegierung und einem Superlegierungshauptfüllstoff mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit bestehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht außerdem in dem Finden eines Verfahrens zum Reparieren einer Gasturbinenkomponente mit Hilfe des Hartlötens mit der erfindungsgemäßen Hartlotlegierungspaste, -folie, den erfindungsgemäßen Hartlotbändern oder den vorgesinterten Hartlotplatten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine nicklebasierte Hartlotlegierung, die aus (in Gew.-%) 10-15% Cr, 4,5-6% Al, 0,17-0,3% Y, 8-12% Co, 0-4% W, 2,5-5% Ta, 2,0-3,5% B besteht, wobei Cr+Al > 15%, Cr/Al ≤ 3 und Al+Ta > 7,5%, Rest Nickel und unvermeidliche Verunreinigungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Hartlotlegierung entweder in reiner Form als Paste oder Folie oder als eine Gemischpaste, als ein Hartlotband oder als eine vorgesinterte Hartlotplatte verwendet werden. Die vorgesinterte Hartlotplatte oder das vorgesinterte Hartlotband oder die Mischungspaste umfaßt ein Gemisch aus Füllmaterial bestehend aus einer Nickel- oder Kobaltsuperlegierung und der Hartlotlegierung mit mindestens 30 Gew.-% Hartlotlegierung.
Die Hartlotlegierung, die Hartlotbänder und die vorgesinterten Hartlotplatten könne bei einem Hartlotreparaturverfahren verwendet werden, zum Beispiel für eine Rißreparatur oder einen Wanddickenaufbau einer nicht im Dienst stehenden Gasturbinenkomponente, die der Reparatur bedarf.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird von den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:
1 ein Beispiel für ein Gasturbinenblatt,
2 den Oxidationsangriff eines standardmäßigen Materials aus vorgesinterten Hartlotplatten bei 950°C nach 1000 h und
3, 4 den Oxidationsangriff des modifizierten Materials aus vorgesinterten Hartlotplatten bei 950°C nach 1600 h.
Die Zeichnung zeigt nur für die Erfindung wichtige Teile.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Hartlotlegierungszusammensetzung, die zu einer verbesserten Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit der hartgelöteten Bereiche führt, die Verwendung der erfindungsgemäßen Hartlotlegierung in reiner Form als Paste oder Folie oder als Mischungshartlotpaste oder als ein Hartlotband oder als eine vorgesinterte Hartlotplatte und ein Verfahren zum Reparieren von Rissen oder Spalten oder für eine Restaurierung der Wanddicke und Geometrie beispielsweise in oder von einem einkristallinen Gegenstand, hergestellt aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, mit Hilfe des Hartlötens unter Verwendung entweder der erfindungsgemäßen Hartlotlegierung in reiner Form als Paste oder Folie oder als eine Mischpaste, als ein Hartlotband oder als eine vorgesinterte Hartlotplatte. Nickelbasierte Superlegierungen sind im Stand der Technik bekannt, zum Beispiel aus dem Dokument US-A-5,888,451 , US-A-5,759,301 oder aus US-A-4,643,782 , das als "CMSX-4' bekannt ist. Der einkristalline Gegenstand könnte möglicherweise Teil einer Gasturbine wie etwa ein Blatt und Schaufel oder Teil der Brennerkammer der Gasturbine sein. 1 zeigt als ein Beispiel einen derartigen Gegenstand 1 wie Blätter oder Schaufeln, umfassend ein Blatt 2, gegen das während des Betriebs des Gasturbinenmotors heiße Verbrennungsgase gerichtet werden, einen in 1 nicht sichtbaren Hohlraum und Kühllöcher 4, die sich auf der äußeren Oberfläche 5 der Komponente 1 wie auf der Plattform 3 der Komponente befinden. Durch die Kühllöcher 4 wird während des Betriebs des Motors Kühlluft kanalisiert, um die äußere Oberfläche 5 zu kühlen. Die äußere Oberfläche 5 unterliegt einem schweren Angriff durch Oxidation, Korrosion und Erosion aufgrund des Schnitts mit heißem Verbrennungsgasen. Im Prinzip kann der Gegenstand 1 von gleichachsiger, herkömmlich gegossener oder gerichtet erstarrter (DS) oder einkristalliner (SX) Struktur sein. Wenngleich der Vorteil der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein Turbinenblatt oder eine Turbinenschaufel wie in 1 gezeigt beschrieben wird, läßt sich die Erfindung allgemein auf jede Komponente anwenden, die mit Hilfe von Hochtemperaturhartlöten repariert werden muß. Während des Betriebs ist der Gegenstand der heißen Umgebung der Gasturbine unterworfen, die zu dem abträglichen Effekt von Rissen, Spalten oder Wanddickenerosion in der Oberfläche des Gegenstands führt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in dem Finden einer oxidations- und korrosionsbeständigen vorgesinterten Hartlotplatte oder eines derartigen Hartlotbands beispielsweise für die Restaurierung der Wanddicke von derartigen, nicht im Dienst stehenden Heißgasweggegenständen 1 einer landbasierten Gasturbine. Die vorgesinterten Hartlotplatten werden aus den Hartlotbändern durch Sintern hergestellt, die aus einem variablen Gemisch aus Hartlotlegierung, Füllpulver und Bindemittel bestehen, durch Ausführen entsprechender thermischer Vorsinterzyklen. Die vorgesinterten Hartlotplatten (PSP) sind frei von Bindemitteln und sollen einen sehr niedrigen Porositätsgrad aufweisen. Vorgesinterte Hartlotplatten und verwandte Produkte sind eine gesinterte Mischung aus Hartlotlegierungs- und Superlegierungspulvern, die in verschiedenen Zusammensetzungen, Größen und Gestalten erhältlich sind.
Vor dem Anwenden des Hartlotverfahrens wie unten beschrieben muß durch einen Prozeß wie etwa Säurebeizen, Strahlen mit körnigem Strahlmittel oder mechanisches Schleifen oder einer Kombination davon eine Schutzbeschichtung wie etwa eine Schicht aus MCrAlY (6) oder eine thermische Barrierenbeschichtung (TBC – in 1 nicht sichtbar) von dem Gegenstand 1 entfernt werden. Dabei reinigt das Verfahren auch die Oberfläche des Hauptmaterials von unerwünschten Oxidschichten. Außerdem kann die Oberfläche des Risses oder des Spalts von Oxiden durch einen dynamischen Fluoride-Ion-Cleaning-(FIC)-Prozeß gereinigt werden, der im Stand der Technik weit verbreitet ist. Der FIC-Prozeß entfernt Oxidschichten, die aus den stabilen Al₂O₃-, Cr₂O₃- usw. Oxiden besteht, und entfernt Al und Cr aus der Oberfläche, wodurch der Hartlotfluß und die Reparatur der gerissenen Komponenten verbessert werden. Der Prozeß unterwirft die oxidierten (und sulfidierten) Komponenten einer stark fluorisierenden und reduzieren den gasförmigen Atmosphäre aus Wasserstoff und Wasserstofffluorid bei hohen Temperaturen, die von 900°C bis 1000°C variieren können. Solche FIC-Prozesse sind beispielsweise aus EP-B1-34041 , US-4,188,237 , US-5,728,227 oder aus US-5,071,486 bekannt. Nach der erfolgreichen Beendigung der Hartlotreparatur mit Hartlotpaste oder -folie und/oder Hartlotband oder vorgesinterten Hartlotplatten gemäß der Erfindung und nach der Geometrie Rekonturierung wird die Komponente wiederbeschichtet.
Um gerissene Turbinenteile mit Hartlot zu reparieren, wird der Riß mit Pasten gefüllt, die aus der Hartlotlegierung und einem variablen Superlegierungsfüllgehalt hergestellt sind. Alternativ wird eine reine Hartlotpaste verwendet. Der Riß oder Spalt weist eine maximale Breite von 1000 μm auf. Die Hartlotpaste wird in den oder über dem Riß oder dem Spalt appliziert, bevor eine Hochtemperaturvakuumwärmebehandlung angewendet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine gemischte vorgesinterte Hartlotplatte oder ein gemischtes Hartlotband oder eine Folie auf dem zu reparierenden Teil zu applizieren. Die Tabelle 1 zeigt drei Beispiele für die chemische Zusammensetzung von mehreren, für Versuchsuntersuchungen verwendeten Hartlotlegierungen. Chemische Zusammensetzung der Hartlotlegierung (Gew.-%)

Hartlotlegierung Ni Co Cr Al Ta B Y

1 Rest 10 15 5,5 3,0 2,5 0,17

2 Rest 10 15 5 3,5 2,5 0,3

3 Rest 10 10 5,5 3,0 2,5 0,17

Tab. 1
Zur Verbesserung der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von standardmäßigen erhältlichen vorgesinterten Hartlotplatten wurde die chemische Zusammensetzung der gegenwärtig verwendeten und kommerziell erhältlichen reinen Hartlotlegierung modifiziert. Der Aluminiumgehalt der Hartlotlegierung wurde auf einem Bereich von zwischen 4,5 bis 6 Gew.-% heraufgesetzt, um einen Gesamtaluminiumgehalt in der Matrixphase der hartgelöteten vorgesinterten Platte von etwa 5 Gew.-% zu garantieren. Für eine ausreichende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit muß die γ-Matrix mindestens 12 Gew.-% Cr enthalten. Die an Cr reichen Boride (mit einem Anteil von 10-13 Vol.-%), die in der vorgesinterten Hartlotplatte, dem vorgesinterten Hartlotband oder dem gemischten Pastenmaterial ausgebildet sind, wirken als zusätzliches Cr-Reservoir für das Material.
Der Cr-Gesamtgehalt in dem Material der vorgesinterten Hartlotplatte, des Bands, der Folie oder der Paste sollte nicht unter 10 Gew.-% liegen. Das Vorliegen von 10-15 Gew.-% Chrom in der Hartlotlegierung verringert den mindestens erforderlichen Aluminiumgehalt, der für die Ausbildung einer dichten und stabilen Al-Oxidlage erforderlich ist. Das Al/Cr-Verhältnis in einer nickelbasierten Legierung bestimmt den Oxidationsmechanismus. Zum Ausbilden einer stabilen Oxidschicht bei niedrigeren Temperaturen ist ein Al-Gehalt von mindestens 4,5 Gew.-% erforderlich. Die Summe aus dem Cr- und dem Al-Gehalt muß über 15 Gew.-% liegen, und das Verhältnis Cr/Al darf nicht über 3 liegen.
Auch Yttrium wurde in Mengen von 0,17 bis 0,3 Gew.-% der reinen Hartlotlegierung zugesetzt, um die Haftung der Oberflächenoxidlage auf der Hartlotpaste, dem Hartlotband, der Hartlotfolie oder dem Hartlotplattenmaterial zu verbessern. Die Yttriumoxide sitzen hauptsächlich an den Korngrenzen in der äußeren Al- und Cr-Oxidlage, da die Löslichkeit von Yttrium innerhalb Cr-Al-Oxiden sehr niedrig ist. Das Yttriumoxid verlangsamt die Diffusion entlang der Korngrenzen, was zu einem Wachstum des Oxids nach innen führt. Durch eine Oxidation nach innen wird die Ausbildung von Hohlräumen an der Grenzfläche Basismaterial/Oxidlage vermieden, da keine Elemente von dem Basismaterial in das Oxid diffundieren. Die Belastungen während des Oxidslagenwachstums sind deshalb reduziert, und die Oxidlage ist für Spallation weniger anfällig. Es war ein unerwarteter Effekt, daß der relativ hohe Gehalt an Y (0,17-0,30 Gew.-%) auf die Oxidationseigenschaften einen positiven Einfluß hat.
Bor hat einen starken Einfluß auf das Absenken des Schmelzpunkts von Hartlotlegierungen. Bor senkt den Schmelzpunkt signifikant unter 1200°C.
Im allgemeinen können Elemente wie etwa Bor, Silizium, Hafnium, Zirkonium als MPDs (Melting Point Depressant – Schmelzpunktsenkungsmittel) verwendet werden, doch ist Bor der bevorzugte Kandidat zur Verwendung als das Schmelzpunktsenkungsmittel, sehr wenig Bor (etwa 2,5 Gew.-% Bor) wird benötigt, um den Schmelzpunkt von Superlegierungen signifikant zu senken.
Chrom führt zusammen mit Aluminium in der Hartlotlegierung zu einer guten Oxidationsbeständigkeit des mit Hartlot reparierten Bereichs. Chrom als ein starkes Feststofflösungshärtungselement erhöht die Festigkeit der Hartlotlegierung.
Die Stabilität der γ/γ'-Mikrostruktur hängt stark von dem Aluminium- und Tantalgehalt ab. Ta stabilisiert das γ' bei erhöhten Temperaturen. Ein zunehmender Ta-Gehalt verschiebt die γ'-Solvuslinie zu höheren Temperaturen. Es ist möglich, die Mikrostruktur der hartgelöteten Verbindung nach dem Hartlötungszyklus auszulegen, was bedeutet, ohne irgendwelches MPD-Bor, und zwar unter Berücksichtigung der Summe des Al- und Ta-Gehalts. Somit sollte die Summe aus Al und Ta mindestens 7,5 Gew.-% betragen.
Aus den oben erwähnten Hartlotlegierungen nach Tabelle 1 wurden zwei Chargen einer vorgesinterten Hartlotplatte hergestellt, wobei standardmäßige Superlegierungen in Pulverform als das Füllmaterial verwendet wurden. Die vorgesinterten Hartlotplatten werden aus den Hartlotbändern hergestellt, die aus einer Mischung aus mindestens 30 Gew.-% Hartlotlegierung und restlichen % Füllpulver bestehen, und zwar durch Ausführen entsprechender thermischer Vorsinterzyklen. Die vorgesinterten Platten sind frei von Bindemittel und werden einen sehr niedrigen Porositätsgrad aufweisen.
Entsprechende modifizierte vorgesinterte Hartlotplatten wurden langfristig 950°C für 1000 h und 1600 h ausgesetzt. 2 zeigt als eine Referenz die Mikrostruktur nach langfristiger Exposition einer standardmäßigen Hartlotplatte. 3 und 4 zeigen im Gegensatz den Oxidationsangriff auf die verschiedenen modifizierten Hartlotplattenmaterialien.
Nicht jedes neu modifizierte PSP-Material zeigt im Vergleich zu den gegenwärtig kommerziell erhältlichen irgendeinen meßbaren inneren Oxidationsangriff. Es wird angenommen, daß der erhöhte Aluminiumgehalt in Kombination mit dem ausgeglichenen Cr/Al-Verhältnis in der Matrix des vorgesinterten Hartlotplattenmaterials eine stabile und dichte Oxidlage garantiert. Nach 1600 h bei 950°C zeigten genaue metallographische Untersuchungen, daß die Charge mit der neuen erfindungsgemäßen Hartlotlegierung Nr. 1 (siehe Tabelle 1) nach Messung den geringsten Oxidationsangriff zeigte.
Die ausgezeichneten Oxidationseigenschaften stehen auch zu der homogenen Mikrostruktur der neuen vorgesinterten Hartlotplatten in Beziehung, die eine γ/γ'-Matrix und zwei Arten von Boriden und Carbiden umfaßt, ein Cr-reiches Borid und eine Cr-, Mo-, W-reiche Borid-/Carbidphase. Der Gehalt an Cr, Al und Y in der γ/γ'-Matrix ist ausreichend hoch, und das Verhältnis zwischen dem Gehalt an Cr und Al ist ausgeglichen, um an der durch Hartlot reparierten Oberfläche eine stabile und dichte Oxidschicht auszubilden. Die physikalischen Eigenschaften des PSB-Materials wie etwa das E-Modul und der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE – coefficient of thermal expansion) gegenüber den Temperaturen bestimmen hauptsächlich die Restbeanspruchungen an der Grenzfläche PSP/Hauptmetall. Die physikalischen Eigenschaften sollen deshalb gut dem Hauptmaterial entsprechen. Das E-Modul und der CTE sind hinsichtlich der neu modifizierten vorgesinterten Hartlotplatten gemessen worden. Mehrere Platten wurden aufeinander hartgelötet, und danach wurden Testproben für Zugtests und CTE-Messungen entnommen. Das Ergebnis der Tests zeigte, daß das E-Modul und der CTE als Funktion der Temperatur in der gleichen Größenordnung liegt wie die meisten der gewöhnlichen und üblicherweise verwendeten Superlegierungen auf Nickelbasis.
Wenngleich die vorliegende Erfindung durch ein Beispiel beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß der Fachmann andere Formen einsetzen könnte. Dementsprechend soll der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.

1: Gegenstand
2: Blatt
3: Plattform
4: Kühllöcher
5: Äußere Oberfläche von Gegenstand 1
6: Schicht aus MCrAlY

Claims

Hartlotlegierung, die aus (in Gew.-%) 10-15% Cr, 4,5-6% Al, 0,17-0,3% Y, 8-12% Co, 0-4% W, 2,5-5% Ta, 2,0-3,5% B besteht, wobei Cr+Al > 15%, Cr/Al ≤ 3 und Al+Ta > 7,5%, Rest Nickel und unvermeidliche Verunreinigungen.
Verwenden der Hartlotlegierung nach Anspruch 1 zum Hartlöten auf einen Gegenstand aus polykristalliner Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis.
Verwenden der Hartlotlegierung nach Anspruch 1 zum Hartlöten auf einen Gegenstand aus gerichtet erstarrter Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis.
Verwenden der Hartlotlegierung nach Anspruch 1 zum Hartlöten auf einen Gegenstand aus einkristalliner Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis.
Verwendung der Hartlotlegierung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, wobei der Gegenstand aus Superlegierung eine Gasturbinenkomponente ist.
Verwenden der Hartlotlegierung nach Anspruch 1 in der reinen Form als Paste oder Folie oder als eine Mischung in einer Mischungshartlotpaste, als ein Hartlotband oder als eine vorgesinterte Hartlotplatte.
Vorgesinterte Hartlotplatte, vorgesintertes Hartlotband oder vorgesinterte Mischungshartlotpaste, umfassend ein Gemisch aus Füllmaterial, bestehend aus einer Nickel- oder Kobaltsuperlegierung und der Hartlotlegierung nach Anspruch 1.
Vorgesinterte Hartlotplatte, vorgesintertes Hartlotband oder vorgesinterte Mischungshartlotpaste nach Anspruch 7, wobei das Gemisch mindestens 30 Gew.-% Hartlotlegierung umfaßt.
Vorgesinterte Hartlotplatte, vorgesintertes Hartlotband oder vorgesinterte Mischungshartlotpaste nach Anspruch 7 oder 8, wobei die entsprechend vorgesinterte Hartlotplatte kein Bindemittel enthält.
Verfahren zum Reparieren eines Gegenstands (1) aus einer Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis, umfassend den Schritt des Hochtemperaturvakuumhartlötens des Gegenstands (1) mit der reinen Hartlotlegierung nach Anspruch 1 als Paste oder Folie.
Verfahren zum Reparieren eines Gegenstands (1) aus einer Superlegierung auf Nickelbasis oder Kobaltbasis, umfassend den Schritt des Hartlötens des Gegenstands (1) mit einer vorgesinterten Hartlötplatte, einem vorgesinterten Hartlotband oder einer Mischhartlotpaste nach Anspruch 7.