DE2637443C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein poröses Dichtungsfüllmaterial zum Einsatz insbesondere bei Gasturbinen aus einer Vielzahl metallurgisch verbundener, temperatur- und oxidationsbeständiger, chromhaltiger Legierungspulver-Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 150 µm.

Ein solches Dichtungsfüllmaterial ist aus der DE-AS 21 63 068 bekannt, in der ein flächiger Sinterkörper mit honigwabenförmiger Verschleißfläche unterschiedlicher Zusammensetzung und Dichte beschrieben ist, der mit einem Träger verbunden ist. Die honigwabenförmige Verschleißfläche umfaßt ein erhöhtes Netzwerk, das eine Dichte von 35 bis 95% der theoretischen Dichte des Trägermaterials aufweist. Außerdem umfaßt diese Verschleißfläche honigwabenartig eingepreßte Vertiefungen, die mit einem an Ort und Stelle gesinterten Metallpulver gefüllt sind, das 20 bis 60% der theoretischen Dichte des Trägermaterials aufweist. Ein Material für das an Ort und Stelle zu sinternde Metallpulver umfaßt 80% Nickel, 20% Chrom und ggf. 1% Aluminium. Durch den Gegenstand der DE-AS 21 63 068 soll ein mechanisch stabiler, flächiger Sinterkörper der vorgenannten Art geschaffen werden, der keine Löt- oder Schweißverbindungen aufweist.

In der US-PS 33 42 563 ist ebenfalls ein poröses Dichtungsfüllmaterial beschrieben, das jedoch im wesentlichen kugelförmige hohle Aluminiumlegierungspulverteilchen aufweist, die dadurch erhalten wurden, daß man aus einem Aluminiumkern und einem Nickelüberzug bestehende Teilchen einer solchen Wärmebehandlung unterwarf, bei der der Aluminiumkern in den Nickelüberzug diffundierte und dadurch unter Legierungsbildung hohle Teilchen bildete, die miteinander verbunden sind.

In der US-PS 33 42 563 ist die Aufgabe angesprochen, ein zellulares metallisches Material mit relativ geringer Dichte zu schaffen, das fest an einem Stützteil, wie einem bienenwabenförmigen Teil haftet und bei relativ hohen Betriebstemperaturen nicht schrumpft. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es nach der genannten US-PS wichtig, daß die Ausgangsteilchen aus Aluminiumkern und Nickelüberzug eine Ausdehnung erfahren, wodurch sie in Kontakt miteinander und mit dem Stützteil kommen und sich fest damit verbinden. Ein äußerer Druck ist bei der Herstellung der hohlen Teilchen nach der US-PS 33 42 563 zu vermeiden, damit diese hohlen Teilchen nicht unter dem Druck zusammenfallen.

Es handelt sich somit bei den Aluminiumlegierungsteilchen nach der US-PS 33 42 563 um Teilchen aus einer Aluminium-Nickel-Legierung. Zur Ausfüllung der zwischen den hohlen Teilchen gebildeten Hohlräume und damit zur Verbesserung der Erosionsbeständigkeit kann zu diesen hohlen Teilchen noch ein Zusatzpulver hinzugegeben werden, das entweder aus reinem Aluminium, reinem Nickel oder aus zwei Hartloten auf der Grundlage von Nickellegierungen bestehen kann. Eines dieser Nickelhartlote kann neben Kohlenstoff, Silizium, Eisen und Mangan noch 18,6 Gew.-% Chrom enthalten. Wie in der genannten US-PS ausgeführt, bildet das Hartlot einen Überzug auf dem aus Aluminiumkern und Nickelüberzug bestehenden Verbundpulver, wobei während der weiteren Verarbeitung ein hohles Teilchen mit einem äußeren Überzug aus dem Nickelhartlot gebildet wird, so daß eine Legierung aus Chrom, Aluminium und Nickel nicht gebildet worden ist.

In der US-PS 36 76 085 ist ein Überzug aus einer Kobaltbasislegierung für Superlegierungen beschrieben. Dieser Überzug besteht aus 15 bis 40 Gew.-% Chrom, 10 bis 25 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 5 Gew.-% eines Elementes aus Yttrium und den Seltenen Erden und einem Rest aus Kobalt.

Eine wesentliche Funktion von Dichtungsfüllmaterialien und Materialien für Umhüllungsringe ist es, in Gasturbinen beim Aufrechterhalten der Wirksamkeit mitzuhelfen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem der Zwischenstufen-Leckverlust sowohl im Kompressor als auch im Turbinenteil der Maschine durch einen möglichst geringen Abstand zwischen rotierenden und stationären Komponenten kontrolliert wird, z. B. zwischen einer rotierenden Blattspitze und einem damit zusammenarbeitenden Ummantelungsring. In der Turbine ist das Steuern eines solchen Abstandes wegen des weiten Temperaturbereiches, in dem der Turbinenteil während eines Maschinenzyklus vom Starten bis zum Abstellen arbeitet, besonders schwierig. Der Einsatz von abreibbaren Umhüllungsringmaterialien, wie zellenartigen oder abreibbaren Einsätzen oder von Kombinationen beider, läßt eine rotierende Komponente, wie eine Blattspitze, in dem abreibbaren Material einen Pfad erzeugen, vorausgesetzt, die Abstände und die relativen Ausdehnungskoeffizienten sind richtig eingestellt. Die bekannten festen oder porösen abreibbaren Materialien erhalten ihre Abreibbarkeit oder Brüchigkeit bzw. Zerreibbarkeit durch den Einschluß einer Vielzahl von füllstoffartigen oder spanartigen Materialien, durch die Schaffung einer spröden Struktur, durch das Einstellen der Porosität oder eine Kombination der vorgenannten Möglichkeiten.

Ein Hauptproblem bei der Verwendung eines Dichtungsfüllmaterials für den Umhüllungsring bei den im Turbinenabschnitt auftretenden Temperaturen und in der oxidierenden Atmosphäre, in der sie normalerweise arbeitet, ist, daß die Oxidation des Materials für den Umhüllungsring zu einer Volumenzunahme, zum Abspalten oder Zerbrechen und zu einem noch rascheren Verlust an Umhüllungsringmaterial führen kann. Dies ergibt unerwünscht große Abstände und Gasturbulenzen. Andere Probleme betreffen den Erosions- und Abriebswiderstand eines solchen oxidierten Umhüllungsringmaterials im Vergleich zu dem des Reibteiles, wie eines rotierenden Blattes. Außerdem ergibt die oxidierte abgespaltene, abgeriebene poröse Struktur einen groben Strömungspfad für das Gas, und dies führt zu einer unerwünschten Gasturbulenz.

Es ist erkannt worden, daß die höheren Temperaturen und die aggressiveren Betriebsbedingungen in moderneren Gasturbinen einen verbesserten Ummantelungsring für hohe Temperaturen erfordern, der noch beständiger gegen Erosion und Oxidation ist und der bei den beabsichtigten Betriebstemperaturen im wesentlichen nicht brüchig bzw. zerreibbar ist. Das Material des Ummantelungsrings soll dagegen bei erhöhten Temperaturen an der Grenzfläche mit einem reibenden Element, wie einer Turbinenblattspitze, fließen oder schmieren und so eine glatte Oberfläche hoher Güte bilden, die aerodynamisch erwünscht ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein poröses Dichtungsfüllmaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine gegenüber einem nichtporösen Füllmaterial verbesserte Oxidations- und Gaserosionsbeständigkeit und geringere Fließfestigkeit bei hoher Temperatur sowie verbesserte Beständigkeit gegenüber thermischer Schockbelastung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Legierungsteilchen im wesentlichen im Größenbereich von 53 bis 105 µm liegen, die Legierungsteilchen aus 15 bis 35 Gew.-% Chrom, 8 bis 20 Gew.-% Aluminium, bis zu 5 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente, ausgewählt aus Yttrium, Hafnium und den Seltenen Erdmetallen, und einem Rest aus Eisen, Kobalt oder Nickel mit üblichen Verunreinigungen bestehen, und das poröse Dichtungsfüllmaterial durch das Einschließen von Poren eine Dichte im Bereich von 65 bis 90% der theoretischen Dichte hat.

Das Dichtungsfüllmaterial nach der Erfindung ergibt ein im wesentlichen nicht brüchiges Dichtungsteil für eine hohe Temperatur durch den Einsatz einer oxidationsbeständigen Legierung mit einem besonders ausgewählten Zusammensetzungsbereich in Form eines hinsichtlich der Teilchengröße besonders ausgewählten Pulvers, das metallurgisch zu einem Dichtungsteil kritischer Dichte verarbeitet ist. Eine solche Legierungszusammensetzung ist ausgewählt, um eine Duktilität zu gewährleisten, die eine geringe Festigkeit gegen Fließen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, erfordert, so daß die Legierung von einem Teil, wie einem damit zusammenarbeitenden rotierenden Turbinenblatt, gerieben werden kann und dabei bei der beabsichtigten Betriebstemperatur eher fließt oder schmiert als krümelt. Das Dichtungsfüllmaterial, das aus der Legierung gebildet wird, weist eine Porosität auf, um die beim Abreiben entstehenden Teilchen aufzunehmen und so zu verhindern, daß die Blattspitzen das Dichtungsfüllmaterial tiefer abschleifen, als wenn das Material brüchig wäre. Auf diese Weise wird an der Grenzfläche zwischen Blatt und Dichtung eine glatte, aerodynamisch annehmbare Oberfläche erzeugt. Weiter beeinflußt die Porosität die thermische Leitfähigkeit der Dichtung derart, daß bei einem Umhüllungsring, der von der Rückseite aus luftgekühlt ist, die dem Abrieb unterliegende Oberfläche zwar heißer wird als bei nichtporösem Material, aber nicht so heiß, daß die Oxidation beschleunigt wird. Auch führt die Porosität zu einer Nachgiebigkeit, welche die Reibungskräfte auf die Turbinenblattspitze beschränkt.

Im besonderen ergibt die Kombination von Nickel mit Chrom, Aluminium und vorzugsweise mindestens einem Element aus Yttrium, Hafnium und den Seltenen Erdmetallen eine oxidationsbeständigere Legierung, aus der das erfindungsgemäße Dichtungsfüllmaterial hergestellt ist. Für solche allgemeinen Kombinationen von Elementen, die auf einem oder mehreren der Übergangselemente Eisen, Kobalt und Nickel beruhen, ist eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit beschrieben worden, und zwar in Form von Legierungen für Bauzwecke, wie in der US-PS 30 27 252, als Überzugsmaterial, wie in der US-PS 35 42 530 und der US-PS 36 76 085, und in Verbindung mit einem abreibbaren Material für hohe Temperatur, wie in der US-PS 38 17 719. Jede der Anwendungen der Kombination solcher Elemente bedingt unterschiedliche Bereiche mit wahlweise zu verwendenden anderen Legierungselementen, um einen besonderen Gegenstand zu erhalten, der von dem Dichtungsfüllmaterial der vorliegenden Erfindung verschieden ist. Das Dichtungsfüllmaterial der vorliegenden Erfindung ist, obwohl es die gleiche allgemeine Gruppe von Elementen enthält, durch Porosität gekennzeichnet und dadurch, daß es bei erhöhten Temperaturen im wesentlichen nicht brüchig ist. Dies wird durch die Kombination eines besonderen Zusammensetzungsbereiches zusammen mit einer Struktur bewerkstelligt, die durch die Größe der Pulverteilchen definiert ist, aus denen man das Dichtungsfüllmaterial herstellt, sowie durch den Dichtebereich in Prozent der theoretischen Dichte. Diese Kombination ergibt ein Dichtungsfüllmaterial, das in einem Umhüllungsring in einer Gasturbine verwendet werden kann und das eine gegenüber einem nichtporösen Füllmaterial verbesserte Oxidations- und Gaserosionsbeständigkeit aufweist, zusammen mit guter Beständigkeit gegenüber thermischer Schockbelastung und geringerer Fließfestigkeit als ein nichtporöses Füllmaterial.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Dichtungsfüllmaterials bestehen die Legierungsteilchen aus 20 bis 23 Gew.-% Chrom, 9 bis 13 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 5 Gew.-% Yttrium und/oder Hafnium, und einem Rest aus Nickel mit üblichen Verunreinigungen, und das Dichtungsfüllmaterial weist eine Dichte im Bereich von etwa 65 bis 83% der theoretischen Dichte auf.

Spezifisch bevorzugte Legierungsteilchen des Dichtungsfüllmaterials bestehen aus 21 bis 23 Gew.-% Chrom, 9 bis 11 Gew.-% Aluminium, 0,8 bis 1,2 Gew.-% Yttrium und/oder Hafnium, und einem Rest im wesentlichen aus Nickel mit üblichen Verunreinigungen, und die Dichte des Dichtungsfüllmaterials beträgt 70 bis 83% der theoretischen Dichte.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung ist hierzu folgendes dargestellt:

Fig. 1a und 1b: graphische Vergleiche der Ergebnisse der dynamischen Oxidation bei etwa 1205 bzw. 1315°C;

Fig. 2a und 2b: Schliffbilder mit 50facher Vergrößerung, die ein Dichtungsfüllmaterial nach der US-PS 33 42 563 (Bradalloy) und ein Ni-22Cr-10Al-1Y-Material nach der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 3: graphischer Vergleich von Volumenverlust und Dichte;

Fig. 4: Schliffbild in 100facher Vergrößerung eines Dichtungsfüllmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem es einem Oberflächenabrieb unterlegen hat, und

Fig. 5: thermische Leitfähigkeit als Funktion der Temperatur für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, verglichen mit einem bekannten Material.

Während der Auswertung der vorliegenden Erfindung wurde eine Vielzahl von Proben hergestellt. Die in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Legierungspulver-Zusammensetzungen sind typische Beispiele dafür.

Tabelle 1

Gewichtsprozent

Zur Auswertung der Dichtungsfüllmaterialien wurden solche Materialien zubereitet durch Auswählen vorlegierter Pulver oder Teilchen im Teilchengrößenbereich von etwa 53 bis 105 µm, Anordnen des Legierungspulvers in einer Form für einen Umhüllungsring mit einem Rückenteil und Seitenteilen, um das Pulver darin festzuhalten, und Ausüben von ausreichend Druck und Wärme in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, um die Legierungsteilchen miteinander so zu verbinden oder zu sintern, daß die metallographische Unterscheidbarkeit der Teilchen beibehalten wird.

Bei dieser Versuchsreihe wurde bei einer Temperatur von etwa 980 bis etwa 1200°C, je nach der gewünschten Dichte, ein Druck im Bereich von etwa 7 bis etwa 175 bar angewandt. Obwohl in der vorliegenden Erfindung erkannt worden ist, daß eine Dichte im Bereich von etwa 65 bis 90% und insbesondere von 65 bis 83% der theoretischen Dichte besonders vorteilhaft ist, wurden auch Dichten von etwa 60 bis etwa 90% der theoretischen Dichte ausgewertet. Die Auswahl der Größe der verwendeten Legierungsteilchen gestattet das Aufrechterhalten einer unerwünschten Porosität zur Steuerung der thermischen Leitfähigkeit und zur Aufnahme der abgeriebenen Teilchen. Verbunden mit der Duktilität des Legierungspulvers weist das Dichtungsfüllmaterial eine Nachgiebigkeit auf, die eine glatte Oberfläche durch ein Reiben entstehen läßt, wie dies in einer Gasturbine von einem gegenüberliegenden Turbinenblatt auftreten kann. Sind die Legierungsteilchen zu groß, dann ist auch die Porosität zu groß. Außerdem ist dann die für das Zusammenpressen des Dichtungsfüllmaterials erforderliche Belastung außerordentlich hoch. Sind dagegen die Legierungsteilchen zu klein, dann ist das erhaltene Dichtungsfüllmaterial zu dicht, um die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, und es wird außerdem leichter oxidieren.

Freistehende Preßlinge der Legierungszusammensetzungen der Beispiele 1 und 2 der Tabelle, die nominell ("nominell" bedeutet, daß die angegebenen Mengen bei der Herstellung eingesetzt wurden) in Gewichtsprozent aus vorlegierten Fe-25Cr-10Al-1Y- und Ni-20Cr-8Al- 1Y-Pulvern bestanden, wurden heiß gepreßt und in zyklischen, dynamischen und Oxidationstests (0,05 Mach) bei etwa 1205°C und etwa 1315°C ausgewertet. Für diese Zusammensetzungen wurden parabolische Geschwindigkeitskurven für die Gewichtszunahme gegen die Zeit erhalten. Ein Vergleich zu dem oben erwähnten Bradalloy-Material (mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung von Ni-12Al) ist in den Fig. 1a und 1b gezeigt. Schliffbilder der Gefüge der untersuchten Probekörper zeigen, daß das Bradalloy-Material in 100 Stunden bei etwa 1205°C und in 30 Stunden bei etwa 1315°C im wesentlichen vollkommen in das Oxid umgewandelt worden war, während die aus den vorgenannten FeCrAlY- und NiCrAlY-Legierungen bestehenden Strukturen gesinterte Metallteilchen, eingeschlossen von einer dünnen schützenden Oxidschicht, waren.

Die Gewichtszunahmen wurden durch eine Volumenausdehnung aufgrund der Umwandlung des Materials vom Metall ins Oxid offenbar. Die Volumenzunahme beim Bradalloy-Material war groß, verglichen mit der der Preßlinge aus FeCrAlY und NiCrAlY. In tatsächlichen Umhüllungsringsegmenten in Gasturbinen, die von der Rückseite luftgekühlt werden, sind jedoch die Oxidation und die Volumenausdehnung auf die Oberflächenbereiche beschränkt, die im heißeren Gaspfad liegen. Metallographische Studien zeigten, daß in der Dicke des schützenden Oxids in NiCrAlY-Teilchen bei einem in der Gasturbine eingesetzten Umhüllungsring von dem luftgekühlten rückwärtigen Teil zur dem Gaspfad zugewandten Oberfläche eine Veränderung auftritt. Nahe der Gaspfad-Oberfläche betrug die Oxiddicke etwa 7,6 × 10^-4 cm und nahe dem rückwärtigen Teil etwa 1,27 × 10^-4 cm. Die Verzerrung war gering. Ein Umhüllungsring mit Bradalloy-Material zeigte in der gleichen Testturbine abgespaltene Bereiche und eine exzessive Volumenzunahme oberhalb der Hohlraum-Seitenwände. In den Fig. 2a und 2b sind das Bradalloy-Material (Fig. 2a) und ein Dichtungsfüllmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung (Fig. 2b) aus NiCrAlY-Legierung des Beispiels 4, die nominell in Gewichtsprozent aus Ni-22Cr-10Al-1Y bestand, verglichen.

Aus diesem Vergleich wird deutlich, daß eine Rolle der kontrollierten Porosität in solchen Dichtungsfüllmaterialien die ist, einen geeigneten Temperaturabfall zwischen der dem Gaspfad zugewandten Oberfläche und dem luftgekühlten rückwärtigen Teil einzustellen. Ein geeigneter Zustand ist der, der eine zu hohe Temperatur an der Oberfläche des Gaspfades vermeidet, die die Oberflächenoxidation beschleunigen könnte und die eine zu hohe Temperatur an dem Superlegierungs-Stützsegment verursachen könnte, da sonst zuviel Kühlluft erforderlich wäre, um ein Kriechen des Stützsegmentes zu verhindern. Zuviel Kühlluft verringert die Leistungsfähigkeit der Turbine.

NiCrAlY-Legierungspulver-Teilchen im wesentlichen in einem Größenbereich von etwa 53 bis etwa 105 µm aus der Legierung des Beispiels 4 der Tabelle, die nominell aus 22 Cr, 10 Al, 1 Y und als Rest Nickel bestanden, wurden heiß in aus einer Nickelsuperlegierung bestehende Stützsegmente für einen Umhüllungsring gepreßt, wobei die Superlegierung aus der im Handel erhältlichen Form bestand, die als Ren´-77-Legierung bezeichnet wird. Die Segmente wurden dann zu der geeigneten Größe geschnitten und in einem bei Mach 0,8 zyklisch arbeitenden Gasbrenner mit einem Aufprallwinkel von 30° getestet. Die Tests wurden bei etwa 1150°C und etwa 1205°C ausgeführt, und zu Vergleichszwecken ebenfalls mit Probekörpern aus Bradalloy-Material. Die Probekörper wurden einmal pro Stunde plötzlich auf etwa 93°C abgekühlt und dann plötzlich zur Testtemperatur erhitzt. Die Probekörper aus dem erfindungsgemäßen NiCrAlY-Material zeigten eine vernachlässigbare Gaserosion, während die Probekörper aus Bradalloy-Material oberflächlich oxidiert und erodiert waren, wie metallographisch festgestellt wurde.

Für eine quantitativere Auswertung der Erosionsbeständigkeit von Dichtungsfüllmaterialien der vorliegenden Erfindung wurden ähnlich heißgepreßte Probekörper in einem Erosionstest in Abhängigkeit von der Dichte ausgewertet. Dieser Test war zu Erosionsverlusten von Bradalloy-Material in Gasturbinen in Beziehung gebracht worden. Er zeigte auch die Wirkungen der Erosion durch angesaugte Teilchen oder die Abriebteilchen. Bei dem Test wurden 750 g Al₂O₃-Teilchen mit einer Größe von 50 µm mit einem Druckabfall von etwa 4,2 bar durch eine ringförmige Düse mit einem Durchmesser von etwa 5 mm geleitet. Der Abstand von Düse zu Probekörper wurde bei etwa 15 cm gehalten. Die Variation des Erosionsvolumenverlustes, verglichen mit der Dichte für heißgepreßte Probekörper und für heißgepreßte und oxidierte Probekörper, ist in der graphischen Darstellung der Fig. 3 zusammengefaßt, bei der das FeCrAlY-Material des Beispiels 1 und das NiCrAlY-Material des Beispiels 4 der Tabelle verwendet wurden. Es ergibt sich daraus, daß der beste Erosionswiderstand im Bereich von etwa 65% oder mehr der theoretischen Dichte für das aus der NiCrAlY-Legierung hergestellte Dichtungsfüllmaterial und für etwa 73% oder mehr der theoretischen Dichte für das aus der FeCrAlY-Legierung hergestellte Material liegt. Einzelne Punkte, aus denen die graphische Darstellung der Fig. 3 besteht, zeigen, daß Erwärmen die Erosionsbeständigkeit der aus beiden vorgenannten erfindungsgemäßen Materialien hergestellten Teile verbessert.

Superlegierungssegmente für Umhüllungsringe aus der obengenannten Ren´-77-Legierung wurden mit der FeCrAlY-Legierung des Beispiels 1 und der NiCrAlY-Legierung des Beispiels 4 durch Heißpressen bis zu einer durchschnittlichen Dichte von etwa 75% der theoretischen Dichte gefüllt. Die Proben wurden dann 16 Stunden einer Temperatur von etwa 982°C ausgesetzt und danach in einer die volle Größe aufweisenden Umhüllungsring-Stützstruktur montiert, auf den richtigen Durchmesser bearbeitet und die Abstände relativ zu einem Turbinenrotor voller Größe eingestellt. Die Rotorblätter aus einer im Handel erhältlichen Nickelsuperlegierung, die unter der Bezeichnung Ren´-80-Legierung bekannt ist, wurden zu einer Spitzengeschwindigkeit von etwa 432 m/s angetrieben, und dann erzeugte man ein Reiben durch hydraulische Betätigung der gesamten Umhüllungsringabstützung in radialer Richtung. In der Testreihe wurde das Eindringen für Tiefen von 0,127 bis 0,380 mm auf Eindring-Geschwindigkeiten von 0,025 mm/s und 0,51 mm/s eingestellt. In diesen Tests trat der gesamte Abrieb auf den Umhüllungsringen auf, während die Turbinenblätter keinen Abrieb erlitten. Die geriebene Oberfläche des Umhüllungsringes war verschmiert, d. h. sie war plastisch geflossen. Die Poren nahe der geriebenen Oberfläche nahmen das deformierte Metall auf und ließen so die Oberfläche glatt und aerodynamisch vorteilhaft, wie in der Aufnahme der Fig. 4 in 100facher Vergrößerung gezeigt.

Ähnliche Umhüllungsringsegmente, gefüllt mit dem NiCrAlY-Material des Beispiels 4, wurden in einer handelsüblichen Gasturbine für Flugzeuge angeordnet, die für 500 schwere Testzyklen betrieben wurde, die man als beschleunigte Turbinenverschlechterung relativ zum normalen Luftlinienbetrieb bezeichnet. Der bei diesem Test gebildete leichte Abrieb verschmierte die Oberfläche der Umhüllungsringe durch plastisches Verformen. Das Abriebsmaterial wurde in den Poren nahe der Oberfläche aufgefangen, und die Nachgiebigkeit des erfindungsgemäßen Materials gestattete ein Zusammenpressen oder Verdichten der Oberflächenregionen zur Anpassung an die rotierenden Turbinenblätter. Die spektrographische Analyse zeigte, daß kein Material der Turbinenblätter auf den Umhüllungsring übertragen worden war. Bei einer solchen Übertragung bildet sich normalerweise in anderen Materialien für Umhüllungsringe eine dicke Kruste oder Klumpen durch die fortgesetzte Metallübertragung von den Blättern, wenn sie über die Kruste laufen. Das Härten beim Betrieb und die Oxidation erzeugen aus der Kruste wirksam ein "Überzugswerkzeug", das dann sich in die Blattspitzen einarbeitet. In der Testturbine mit Umhüllungsringen mit Dichtungsfüllmaterial aus NiCrAlY-Legierung gab es weder Krusten noch eine Metallübertragung von den Blattspitzen.

Das Merkmal der Nachgiebigkeit bei den Dichtungsfüllmaterialien der vorliegenden Erfindung, wodurch eine Anpassung an die rotierenden Blätter mit einem "weichen" Abrieb erfolgt, ergibt sich aus einem geringen Elastizitätsmodul, verglichen mit vollkommen dichten Materialien. Der Elastizitätsmodul für das poröse Dichtungsfüllmaterial aus NiCrAlY-Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich von etwa 14 bis etwa 24,5 Kn/mm² und damit eine Größenordnung unter dem vollständig dichter Legierungen.

Die gesteuerte thermische Leitfähigkeit des Dichtungsfüllmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird dazu benutzt, die Temperaturen der Gaspfadoberfläche mit den Temperaturen der Abstützung des Umhüllungsringes durch eine ausgewählte Porenstruktur auszugleichen, die einen beträchtlichen Temperaturabfall aufrechterhält. Die graphische Darstellung der Fig. 5 zeigt die gemessene thermische Leitfähigkeit als Funktion der Temperatur für ein 75% dichtes gesintertes Dichtungsfüllmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung aus der Zusammensetzung des Beispiels 4 der Tabelle, nachdem einige Oxidation in Luft stattgefunden hat und verglichen mit einem Teil aus dem Bradalloy-Material. Das Teil aus der NiCrAlY-Legierung hat, verglichen mit dem Bradalloy-Material, die Fähigkeit, durch die höhere Leitfähigkeit die Oberfläche am Gaspfad bei höheren Temperaturen kühler zu halten, und dies begrenzt die Oxidationsgeschwindigkeit an dieser Oberfläche und hält seine Beständigkeit gegenüber Gaserosion aufrecht.

Claims (5)

1. Poröses Dichtungsfüllmaterial zum Einsatz insbesondere bei Gasturbinen, aus einer Vielzahl metallurgisch verbundener, temperatur- und oxidationsbeständiger, chromhaltiger Legierungspulver-Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 150 µm, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsteilchen im wesentlichen im Größenbereich von 53 bis 105 µm liegen, die Legierungsteilchen aus 15 bis 35 Gew.-% Chrom, 8 bis 20 Gew.-% Aluminium, bis zu 5 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente, ausgewählt aus Yttrium, Hafnium und den Seltenen Erdmetallen, und einem Rest aus Eisen, Kobalt oder Nickel mit üblichen Verunreinigungen bestehen, und das poröse Dichtungsfüllmaterial durch das Einschließen von Poren eine Dichte im Bereich von 65 bis 90% der theoretischen Dichte hat.

2. Dichtungsfüllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsteilchen aus 20 bis 23 Gew.-% Chrom, 9 bis 13 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 5 Gew.-% Yttrium und/oder Hafnium und einem Rest im wesentlichen aus Nickel bestehen und das Dichtungsfüllmaterial eine Dichte im Bereich von etwa 65 bis 83% der theoretischen Dichte hat.

3. Dichtungsfüllmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsteilchen aus 21 bis 23 Gew.-% Chrom, 9 bis 11 Gew.-% Aluminium, 0,8 bis 1,2 Gew.-% Yttrium und/oder Hafnium und einem Rest im wesentlichen aus Nickel bestehen und das Dichtungsfüllmaterial eine Dichte im Bereich von etwa 70 bis 83% der theoretischen Dichte hat.

4. Dichtungsfüllmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsteilchen nominell aus 22 Gew.-% Chrom, 10 Gew.-% Aluminium, 1 Gew.-% Yttrium und einem Rest im wesentlichen aus Nickel bestehen.

5. Dichtungsfüllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsteilchen nominell aus 25 Gew.-% Chrom, 10 Gew.-% Aluminium, 1 Gew.-% Yttrium und einem Rest im wesentlichen aus Eisen bestehen und das Dichtungsfüllmaterial eine Dichte im Bereich von etwa 75 bis 90% der theoretischen Dichte hat.