DE69533933T2 - Oxidationsbeständiger Bauteil auf Basis eines Titanlegierung-Substrats - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf die Anwendung einer Beschichtung auf ein Titanlegierungssubstrat zur Verbesserung seiner Oxidationsresistenz und dadurch seiner Hochtemperatur-Eigenschaften, ohne Benachteiligung der mechanischen Eigenschaften des Titansubstrats.
• Titanlegierungen besitzen eine ideale Kombination aus Festigkeit und geringer Dichte für viele Luft- und Raumfahrtanwendungen, einschließlich Gasturbinenmaschinen, und insbesondere Gasturbinenmaschinen-Laufschaufeln, -Leitschaufeln und verwandte Einrichtungen. Titan ist jedoch ein hoch reaktives Metall und unterliegt einem anhaltenden Verbrennen unter Bedingungen, welche in Gasturbinenmaschinen-Verdichtern angetroffen werden, wo die Umgebungsluft auf Drücke in der Größenordnung von 2,76 MPa (400 psi) bei Temperaturen von über 454°C (850°F) verdichtet wird. Außerdem leiden die meisten Titanlegierungen an verschlechterten mechanischen Eigenschaften bei solch erhöhten Temperaturen.
• Jüngere Forschung auf dem Gebiet der Titanlegierungen führte zur Entwicklung einer Familie von Legierungen, welche brauchbare mechanische Eigenschaften bei bis zu mindestens 649°C (1200°F) aufweisen. Diese Legierungen werden gelehrt im US-Patent 5 176 762 von Berczik.
• Berczik definiert eine Familie von beta-Titanlegierungen mit außerordentlichen Hochtemperatur-Festigkeitseigenschaften, kombiniert mit einer im wesentlichen fehlenden Verbrennbarkeit, wobei diese Legierungen mindestens (gewichtsmäßig) 10% Chrom, 20% Vanadium und mindestens 40% Titan aufweisen und ausreichend Chrom aufweisen, um nicht brennend (nonburning) zu sein. Eine typische Legierung diesen Typs ist Titan-35% Vanadium-15% Chrom. Oxidation wird der limitierende Faktor für Legierungen dieser Art bei Temperaturen von oberhalb ca. 538°C (1000°F).
• Existierende Technologien zum Verbessern der Oxidationsresistenz verschiedener Legierungen zur Verwendung bei erhöhten Temperaturen, z. B. Nickelbasierte Superlegierungen, umfassen das Sich-Verlassen auf lokales Erhöhen des Aluminiumgehalts der Legierung an der Oberfläche durch Aluminisierung. Aluminisieren von Titanlegierungen führt jedoch in den meisten Fällen zu schwerwiegenden Einbußen der mechanischen Eigenschaften und macht sie so unbrauchbar als Strukturmaterialien für Konstruktionsanwendungen.
• Im US-Patent 2 856 333 lehrt Topelian das Elektroplattieren von Aluminium, Titan oder anderen Metallen, welche leicht oxidierbar sind, mit Chrom, Nickel, Kupfer oder Messing. Eine starke Bindung des Substrats mit der Elektroplattierung wird erreicht durch Konditionieren des Substrats mit einer Hydrogenchlorid-Gasbehandlung zur Entfernung des normalerweise auf dem Metall vorhandenen Oxidfilms.
• Im US-Patent 2 992 135 lehrt Finlay, die Anwendungen von Beschichtungen von Aluminium, Zinn, Kupfer, Blei und anderen Metallen auf eine Titanbasis um deren Brauchbarkeit bei erhöhten Temperaturen auf eine Weise zu verbessern, dass sich die Beschichtungen mit dem Oberflächenmetall verbinden oder dass sie legieren, wodurch eine permanent verbundene, schützende und nicht abnutzende Beschichtung gebildet wird. Kupfer wird beispielsweise aufgebracht durch Eintauchen in Kupferchlorid, während Aluminium, Zinn oder Blei aufgebracht wird aus einem Bad einer Metallschmelze.
• Im US-Patent 3 765 954 lehrt Tokuda die Herstellung von Oberflächengehärteten Titanlegierungen durch Beschichten eines Substitutionsmetalls, z. B. Kupfer und Erwärmen des beschichteten Metalls in einer Stickstoffatmosphäre, um das Substitutionsmetall zu nitrieren. Eine gehärtete Schicht wird gebildet, welche reicher an stabiler Betaphase ist als das Basismetall.
• Im US-Patent 4 433 005 lehren Manty et al. die Herstellung von ermüdungsresistenten Titanlegierungen, bei welchen Ionenimplantation von Edelmetall oder Titan verwendet wird, um die Hochtemperatur-Ermüdungsfestigkeit von Titanlegierungen zu erhöhen. Dieses Dokument lehrt auch, dass die thermische Oxidation von Titan bei oberhalb 593°C (1100°F) inhibiert werden kann durch Ionenimplantation von Calcium, Europium, Cer, Yttrium, Zink, Aluminium, Indium, Nickel und Bismut, aber dass die ausschließliche Ionenimplantation ineffektiv beim Plattieren von Titan- oder Titanlegierungskomponenten mit einer oxidationsresistenten Schutzschicht ist, um verbesserte mechanische Eigenschaften in Gasturbinen-Verdichterumgebungen zu bieten.
• Außerdem lehren im US-Patent 3 341 369 Caule et al. verschiedene Kupferbasierte Legierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung. Das Dokument richtet sich auf die Bildung von Kupferlegierung mit Oxidationsresistenz infolge einer diskreten Dispersion eines komplexen Oxids in einer Sub-Oberflächenschicht. Dieses Patent legt jedoch nicht die Verwendung der Kupferlegierung als Beschichtung nahe.
• Eine Schutzschicht, aufweisend eine Kupfer-Aluminium-Legierung, für Titankomponenten ist aus WO-A-94/91600 bekannt. Um jedoch eine unerwünschte Diffusionsschicht zwischen der Beschichtung und der Basislegierung zu vermeiden, wird eine zwischenliegende Platinschicht auf die Basislegierung aufgebracht.
• Die vorliegende Erfindung bietet ein oxidationsresistentes Gebilde, aufweisend ein Titan-Legierungssubstrat und eine gleichförmige Beschichtung einer Cu-Legierung, welche auf das Substrat aufgebracht ist, wobei die Cu-Legierung Cu und 0 bis 10 Gew.-% Al und 0 bis 6 Gew.-% Si aufweist und wobei die Prozentanteile von Al und Si nicht gleichzeitig null sind, wobei die Struktur gebildet ist durch Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat bei einer Substrattemperatur von unterhalb 649°C und wobei das Titan-Legierungssubstrat eine β-Ti-Legierung ist, welche mindestens 10 Gew.-% Cr, mindestens 20 Gew.-% V und mindestens 40 Gew.-% Ti aufweist, mit ausreichendem Cr, damit sie nicht-brennend ist.
• Die oxidationsresistente Cu-Legierung, welche als Beschichtung auf das Titansubstrat aufgebracht wird, ist als Kupferbronze bekannt. Geeignete Kupferbronzen teilen sich in drei Kategorien auf: Kupfer-Aluminiumbronzen, exem plifiziert durch Kupfer-8% Aluminium (Cu-8Al), welche geringe Mengen an Aluminium enthalten, wobei das Aluminium in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine schützende Aluminiumoxid- oder Kupfer-Aluminatschicht zu bilden; Kupfer-Siliciumbronzen, exemplifiziert durch Kupfer-4% Silicium (Cu4Si), welche eine schützende Siliciumoxid- oder Kupfersilicat-Schicht bilden; und Kupfer-Aluminium-Siliciumbronzen, welche im allgemeinen eine Aluminiumoxid- oder Kupfer-Aluminatschicht bilden. Exemplarische Beschichtungsmaterialien der Kupfer-Aluminium-Siliciumklasse der Bronzen umfassen Kupfer-4% Aluminium-3% Silicium (Cu4Al-3Si), Kuper-3% Aluminium-2% Silicium (Cu-3Al-2Si), Kupfer-7% Aluminium-3,5% Silicium (Cu-7Al-3,5Si), und Kupfer-4% Aluminium-2% Silicium (Cu-4Al-2Si). Alle hier angegebenen Zusammensetzungen sind in Gewichtsprozent. Die Zusammensetzungen dieser Kupferlegierungen sind grob innerhalb eines Bereiches, in welchem die Legierung aus Kupfer und von 0 bis 10% Aluminium und von 0 bis 6% Silicium aufgebaut ist, vorausgesetzt, dass die Prozentanteile von Aluminium und Silicium nicht gleichzeitig null sind. Generell wurde gefunden, dass, falls sowohl Aluminium als auch Silicium vorhanden sind, das Verhältnis von Aluminium zu Silicium größer als 1 : 1 für optimale Leistungsfähigkeit sein sollte. Für einen Überblick über oxidationsresistente Kupferlegierungen siehe M. D. Sanderson und J. C. Scully, "The High Temperature Oxidation of Some Oxidation Resistant Copper Alloys", Oxidation of Metals, Vol. 3, Nr. 1, Seiten 59–90, 1971.
• Die Kupferbeschichtung kann durch Ionendampfablagerung oder durch Kathoden-Lichtbogenablagerung aufgebracht werden, um hohe Dichte sicherzustellen, während eine geringe Temperatur des Bauteils aufrechterhalten wird, um Diffusion und darauf folgende Bildung von intermetallischen Verbindungen vermieden wird.
• Kathoden-Lichtbogenablagerung ist ein kostspieligeres Verfahren als Ionendampfablagerung, erzeugt aber eine Beschichtung mit höherer Dichte und besserer Adhäsion an dem Substrat als Ionendampfablagerung, welche zu größerer Oxidationsresistenz führt. Ferner ist die Kathoden-Lichtbogenablagerung besser in der Lage, gleichförmige Beschichtungen von komplexen Le gierungen auf unregelmäßigen Oberflächen aufzubringen. Wenn sie auf eine nicht-brennende Titanlegierung, z. B. Ti-35V-15Cr aufgebracht wird, erhöht eine erfindungsgemäße Beschichtung den verwendbaren Bereich der Legierung auf ca. 676°C (1250°F).
• Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen werden nun lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
• 1 ist ein Graf, welcher die thermogravimetrische Analyse von verschiedenen Materialien bei 649°C (1200°F) zeigt, was die Oxidationsresistenz einer Titanlegierung demonstriert, welche beschichtet ist, um eine Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu schaffen.
• 2 bis 8 sind grafische Darstellungen von axialen zyklischen Ermüdungstestergebnissen.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Aufbringen von Kupfer-Bronze-Beschichtungen, welche Aluminium, Silicium oder beides enthalten, auf Titanlegierungssubstrate zur Verbesserung der Hochtemperatur-Oxidationseigenschaften. Wenn die Bronze eine Kupfer-Aluminiumbronze ist, enthält die Legierung vorzugsweise von 4 bis 10% Aluminium. Wenn die Beschichtung eine Kupfer-Siliciumbronze ist, enthält sie vorzugsweise 3 bis 6% Silicium. Wenn die Legierung sowohl Aluminium als auch Silicium enthält, enthält sie vorzugsweise von 1 bis 10% Aluminium und von 1 bis 5% Silicium. Die Erfindung betrifft die Verwendung von beta-Titanlegierungen, welche mindestens 10% Chrom, mindestens 20% Vanadium und mindestens 40% Titan aufweisen, mit ausreichendem Chromgehalt, um nicht-brennend zu sein. Eine typische Titanlegierung, auf welche sich die Erfindung bezieht, ist Titan-35% Vanadium-15% Chrom. Die bevorzugte Methode des Aufbringens der Kupferbeschichtung ist durch Kathoden-Lichtbogenablagerung oder alternativ durch Ionendampfablagerung. Solche Ablagerungsverfahren sind bevorzugt, weil sie ermöglichen, hohe Dichte der Beschichtung zu gewährleisten, während sie nicht erfordern, dass das Substrat auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und somit die Bildung und Diffusion von intermetallischen Verbindungen in das Substrat verhindert wird. Das bevorzugte Verfahren des Aufbringens umfasst Kathoden-Lichtbogenablagerung, gefolgt von Kugelstrahlen mit Glaskugeln zum Glätten der Oberfläche (was zu geringerem Gesamtoberflächeninhalt und verbesserter Oxidationsresistenz führt).
• Die Erfindung ist anwendbar auf die beta-Titanlegierungen, die im US-Patent 5 176 762 von Berczik offenbart sind. Solche Legierungen umfassen die beta-Phase von Titan unter sämtlichen Temperaturbedingungen, haben Festigkeiten, welche viel höher sind als bisherige hoch feste Legierungen und haben exzellente Kriecheigenschaften. Außerdem sind solche Legierungen nicht-brennend unter Bedingungen, wie sie in Gasturbinenmaschinen (Verdichterbereichen) vorgefunden werden. Solche beta-Titanlegierungen basieren auf ternären Zusammensetzungen von Titan-Vanadium-Chrom, welche im Titan-Vanadium-Chrom-Phasendiagramm auftreten, das durch die Punkte Ti-22V-13Cr, Ti-22V-36Cr und Ti-40V-13Cr begrenzt ist. Solche Legierungen haben Kriechfestigkeiten, welche jene von solchen kommerziell erhältlichen Legierungen wie Ti-6-2-4-2 bei erhöhten Temperaturen überschreiten und sind nicht-brennend unter Bedingungen, welche typisch sind für die Bedingungen, welche in Gasturbinenmaschinen-Verdichteranwendungen vorgefunden werden. Eine Mehrzahl von nicht-nachteiligen quaternären und höher legierenden Elementen kann zu der o. g. Basiszusammensetzung hinzugefügt werden, um die Legierungseigenschaften zu ändern, ohne die Eigenschaften der hohen Kriechfestigkeit und des Nicht-Brennens zu negieren.
• Alternativ kann die Zusammensetzung von solchen Titanlegierungen beschrieben werden als eine beta-phasige Titanlegierung, welche im wesentlichen frei von α-Phase und TiCr₂ ist, mehr als 10% Chrom, mehr als ca. 20% Vanadium und mehr als ca. 40% Titan enthält, auf der Titan-reichen Seite des Tiefpunkts des niedrigen Schmelzpunkts und auf der Vanadium-reichen Seite der beta – beta plus gamma-Phase Grenze ist. Es wird angemerkt, dass geringe Mengen von alpha-Phasen-Titan und TiCr₂ in nicht nachteiligen Mengen von ca. 3% toleriert werden können. Mehr als ca. 3% von gamma (TiCr₂) oder alpha-Phase wäre nachteilig für die mechanischen Eigenschaften der Legierung, insbesondere für die Duktilität. Es ist auch wichtig, dass die Legierung mehr als ca. 10% Chrom enthält, da gefunden wurde, dass ca. 13% Chrom notwendig ist, um die erwünschten Eigenschaften des Nicht-Brennens zu bieten.
• Es ist nachgewiesen, dass Cobalt, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Nickel, Silicium und Gallium helfen, die Brenn-Resistenz dieser Legierungen zu erhöhen. Man ist der Ansicht, dass Bor, Beryllium, Chrom, Niob, Rhenium, Silicium, Zinn und Bismut das Potenzial haben, die Oxidationsresistenz des Materials zu erhöhen. Bor, Beryllium, Kohlenstoff, Cobalt, Eisen, Mangan, Molybdän, Niob, Nickel, Sauerstoff, Silicium, Zinn, Tantal, Vanadium, Wolfram, Zirkonium, Gallium und Hafnium haben alle das Potenzial, die mechanischen Eigenschaften des Materials zu verbessern. Insbesondere wurde gezeigt, dass Kohlenstoff die Duktilität der Legierung nach Kriechen verbessert, ohne nachteilig die Zugduktilität bei Raumtemperatur zu beeinträchtigen. Solche Zusammensetzungen können hergestellt werden unter Verwendung von konventioneller Titan-Metallurgietechnologie, z. B. Vakuumbogen-Rückschmelzen (Vacuum Arc Remelting) und Schalenschmelztechniken (skull melting techniques). Die Verwendung von Kohlenstoff für mit Metall in Kontakt befindliche Oberflächen, wie die von Berczik in US-Patent 4 951 735 beschrieben, ist besonders vorteilhaft.
• Bevorzugte Legierungen, welche in dem Bereich der Legierung wie oben beschrieben fallen, umfassen Ti-35V-15Cr, Ti-35V-15Cr-0,15C, Ti-35V-15Cr-0,625C, Ti-35V-15Cr-2Si, Ti-33,5V-15,5Cr-3,6Nb und Ti-35V-15Cr-0,5Hf-0,75C. Wie oben festgestellt und im bereits erwähnten US-Patent 5 176 762 beschrieben, können die bevorzugten beta-Phasen-Legierungen, auf welche die Erfindung besonders anwendbar ist, mehr als ca. 10% Chrom, mehr als ca. 20% Vanadium, bis zu 0,6% Bor, bis zu 4% Beryllium, bis zu ca. 2,5% Kohlenstoff, bis zu ca. 7% Cobalt, bis zu ca. 4% Eisen, bis zu ca. 7% Mangan, bis zu ca. 12% Molybdän, bis zu ca. 12% Niob, bis zu ca. 12% Nickel, bis zu ca. 0,3% Sauerstoff, bis zu ca. 1,5% Rhenium, bis zu ca. 2,5% Silicium, bis zu ca. 2,5% Zinn, bis zu ca. 1,5% Tantal, bis zu ca. 2,5% Wolfram, bis zu ca. 5% Zirkonium, bis zu ca. 1,5% Bismut, bis zu ca. 2,5% Gallium und bis zu ca. 1,5% Hafnium aufweisen, wobei der Rest im wesentlichen Titan in einer Menge von mindestens 40% ist.
• Die gemäß der Erfindung aufgebrachte oxidationsresistente Schicht weist eine Kupferbronze auf, vorzugsweise gewählt aus der Gruppe, die besteht aus Kupfer plus von ca. 4 bis 10% Aluminium, Kupfer plus von ca. 3 bis 6% Silicium und Kupfer plus von ca. 1 bis 10% Aluminium plus von ca. 1 bis 5% Silicium. Die Beschichtung kann durch jegliche Beschichtungstechnik aufgebracht werden, welche das Aufbringen einer vollständig dichten, gleichförmigen Beschichtungslage ermöglicht, während die Temperatur des Substrats bei einer Temperatur von unterhalb ca. 649°C (1200°F) gehalten wird. Die bevorzugten Beschichtungstechniken umfassen die Ionendampfablagerung und Kathoden-Lichtbogenablagerung. Auf diese Weise können komplexe Formen gleichförmig beschichtet werden, während die Bildung von Intermetallverbindungen und deren Diffusion in das Substrat minimiert werden. Andere Ablagerungsverfahren umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, Aufdampfen und physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung (electron beam physical vapor deposition). Kathoden-Lichtbogenablagerung erzeugt eine vollständig dichte Beschichtung. Die erwünschte Dicke der Beschichtung wird eingestellt durch die Temperatur und Expositionszeit für jede Anwendung, aber im allgemeinen sollte die Beschichtungsdicke zwischen 1,3 × 10^–5 m (0,5 mils) und 5,1 × 10^–5 m (2,0 mils) sein. Ein großer Vorteil dieser Beschichtungen gegenüber bisherigen Maßnahmen zum Schutz von Titanlegierungen ist ihre Fähigkeit, das Substrat vor Oxidation zu schützen, während wenig oder keine Abnahme bei der Hochzyklus-Ermüdungsdauer verursacht wird. Dies steht in direktem Kontrast zu Aluminid-Beschichtungen, welche Einbußen der Ermüdungsdauer in mehreren Größenordnungen verursachen können. Eine durch Ionenablagerung aufgebrachte Beschichtung von Cu-8Al auf Titan-35% Vanadium-15% Chrom verursachte keine Abnahme in der Ermüdungsdauer bei Raumtemperatur und nur eine 7%ige Abnahme der Dauer bei 538°C (1000°F).
• BEISPIEL 1
• Proben eines Substrats, welches die Titanlegierung Ti-35V-15Cr aufweist, wurden beschichtet mit einer Bronze, welche Cu-8Al aufweist, durch Ionendampfablagerung und durch Kathoden-Lichtbogenablagerung. Für Ionen dampfablagerung wurde die Kammer evakuiert auf weniger als 1,33 × 10^–3 Pa (1 × 10^–5 Torr) und wieder befällt auf 5 × 10^–6 bis 2 × 10^–5 m (5 bis 20 μm) mit hoch reinem Argongas. Cu-8Al Draht wurde in die Tiegel eingeführt. Die zu beschichtenden Teile wurden über diese Tiegel gehangen und aufgeladen mit zwischen –1000 und –2000 V Gleichstrom. Das Cu-8Al-Verdampfungsmaterial hatte ca. 0,5 bis 2% Ionisierung. Dies führte zu einer säulenartigen Struktur der Beschichtung. Die Beschichtung wurde dann leicht kugelgestrahlt mit einer Glaskugelsuspension mit 1,27 × 10^–3 m (50 mils) bei 207 kPa (30 psi), bis eine glänzende Oberfläche erhalten wurde. Zur Kathoden-Lichtbogenablagerung wurde die Kammer auf einem Druck von weniger als 1,33 × 10^–3 Pa (1 × 10^–5 Torr) evakuiert und wiederbefüllt auf 5 × 10^–6 m bis 2 × 10^–5 m (5 bis 20 μm) mit hoch reinem Argongas. Das Cu-8Al wurde von Festplattenkathoden verdampft unter Verwendung eines elektrischen Bogens mit Niederspannung und hoher Stromstärke. Dies führte zur einem Verdampfungsmaterial, welches von 75 bis 95% ionisiert wurde. Die Teile wurden auf 5 bis 100 V aufgeladen. Das hoch ionisierte Verdampfungsmaterial und die hohe durchschnittliche Energie der ankommenden Atome (50 bis 100 EV) führe zu einer vollständig dichten und sehr adhärenten Beschichtung. Die Struktur der Beschichtung wurde feinkörnig behandelt und hatte eine Oberflächenstruktur, die der ursprünglichen Oberflächenstruktur ähnlich war. Die Oxidationsresistenz dieser Beschichtung war besser als die des gleichen durch Ionenablagerung aufgebrachten und kugelgestrahlten Materials. Sie wurde noch mehr verbessert durch leichtes Kugelstrahlen der Beschichtung mit einer Glaskugelsuspension mit 1,27 × 10^–3 m (50 mils) bei 207 kPa (30 psi), bis eine glänzende Oberfläche erhalten wurde.
• 1 stellt die vorliegende Erfindung dar, indem sie die Gewichtszunahme verschiedener Substrate unter Oxidationsbedingungen bei 649°C (1200°F) in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Der Graf zeigt deutlich die relativ schnelle Oxidation einer nicht geschützten Ti-35V-15Cr-Legierung. Dies kann leicht verglichen werden mit der Oxidationsrate von massenförmigem Cu-8Al und für die gleiche mit Cu-8Al entweder durch Ionendampfablagerung oder durch das bevorzugte Verfahren der Kathoden-Lichtbogenablagerung, gefolgt von leichten Kugelstrahlen, beschichteten Legierung.
• BEISPIEL 2
• Hochtemperatur-Oxidationstests wurden durchgeführt mit einer Anzahl von Titanlegierungssubstraten, sowohl unbeschichtet als auch beschichtet gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schichtdicke über entweder der unbeschichteten Titanlegierung-Substratoberfläche oder der Schichtungsoberfläche wurde gemessen, sie war indikativ für das Ausmaß der stattfindenden Oxidation. Zusätzlich wurde die "beeinträchtigte Zone" gemessen, sie war indikativ für entweder den Abbau des Oberflächentitans in unbeschichteten Legierungsproben oder der Tiefe der Diffusion der Beschichtung in die Oberflächenzone der beschichteten Proben. Alle Messungen waren in mils. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 gezeigt, wobei Legierung 1 Ti-35V-15Cr aufweist.
• TABELLE I

  
• Aus Tabelle 1 lässt sich einfach erkennen, dass die Oxidation von Legierung 1 durch Beschichtungen von Cu-8Al, Cu-4Si und Cu-4Al-3Si erheblich reduziert wird. Es kann auch gesehen werden, dass die beschichteten Proben der Legierung 1 eine kleinere beeinträchtigte Zone aufweisen als die unbeschichteten Proben. Von den auf Legierung 1 aufgebrachten Beschichtungsmaterialien scheint die Cu-8Al-Beschichtung die größte beeinträchtigte Zone zu haben.
• BEISPIEL 3
• Hochzyklus-Ermüdungstesten von Ti-35V-15Cr-Proben wurde durchgeführt mit verschiedenen Beschichtungsanwendungen. Glatte Proben wurden axial auf Last-gesteuerten servo-hydraulischen Ermüdungstestmaschinen getestet und bis zum Versagen oder bis zu 10 Millionen Zyklen (10⁷ Zyklen) durchgeführt. Sämtliche Tests wurden durchgeführt mit dem Belastungsverhältnis (R) gleich 0,05. Die für sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Proben verwendeten Substrate waren identisch. Die Resultate dieser Tests sind in Tabellen 2 und 3 dargestellt, wobei Tabelle 2 sich auf den Test bei Raumtemperatur und Tabelle 3 auf Hochtemperaturtests bezieht. Die WC/Co-Beschichtung wies eine Matrix aus Cobalt mit partikulärem Wolframcarbid auf, 4 bis 6 mils dick aufgebracht durch Detonationspistole. Die Cu-8Al-Beschichtungen wurden durch Ionendampfablagerungen mit einer dicke von 2,54 × 10^–5 m bis 3,81 × 10^–5 m (1 bis 1,5 mils) aufgebracht.
• TABELLE II

  
• TABELLE III

  
• Wie bei Betrachtung der Daten ersichtlich, führte die Verwendung der erfindungsgemäßen Cu-8Al-Beschichtungen zu geringen oder keinen Einbußen der Ermüdungsfestigkeit, verglichen mit den durch Detonationspistole aufgetragenen Beschichtungen. Diese Ergebnisse sind auch in grafischer Form in 2 bis 8 gezeigt.
• Obwohl diese Erfindung in Bezug auf ihre detaillierten und bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen darin gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (6)

1. Oxidationsresistentes Gebilde, welches ein Ti-Legierungssubstrat und eine gleichförmige Beschichtung einer auf dem Substrat abgeschiedenen Kupferlegierung aufweist, wobei die Kupferlegierung Cu und von 0 bis 10 Gew.-% Al und von 0 bis 6 Gew.-% Si, wobei die Prozentanteile von Al und Si nicht gleichzeitig 0 sind, aufweist, wobei das Gebilde gebildet ist durch Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat bei einer Substrattemperatur unterhalb 649°C und wobei das Titanlegierungssubstrat eine β-Ti-Legierung ist, welche mindestens 10 Gew.-% Cr, mindestens 20 Gew.-% V und mindestens 40 Gew.-% Ti aufweist, wobei das Cr ausreichend ist, damit die Legierung nicht-brennend ist.
2. Gebilde nach Anspruch 1, bei welchem die Titanlegierung Ti, V und Cr aufweist und eine Zusammensetzung hat, welche innerhalb eines Bereichs eines Ti-V-Cr-Phasendiagramms fällt, welcher durch die Punkte Ti-22V-13Cr, Ti-22V-36Cr und Ti-40V-13Cr begrenzt ist.
3. Gebilde nach Anspruch 1, bei welchem die Titanlegierung eine nominale Zusammensetzung von Ti-35V-15Cr, Ti-35V-15Cr-0,15C, Ti-35V-15Cr-0,625C, Ti-35V-15Cr-2Si, Ti-33,5V-15,5Cr-3,6Nb oder Ti-35V-15Cr-0,5Hf-0,75C hat.
4. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Ti-Legierung ferner aufweist: bis zu 0,6 Gew.-% B, bis zu 4 Gew.-% Be, bis zu ca. 2,5 Gew.-% C, bis zu 7 Gew.-% Co, bis zu 4 Gew.-% Fe, bis zu 7 Gew.-% Mn, bis zu 12 Gew.-% Mo, bis zu 12 Gew.-% Nb, bis zu 12 Gew.-% Ni, bis zu 0,3 Gew.-% O, bis zu 1,5 Gew.-% Re, bis zu 2,5 Gew.-% Si, bis zu 2,5 Gew.-% Sn, bis zu 1,5 Gew.-% Ta, bis zu 2,5 Gew.-% W, bis zu 5 Gew.-% Zr, bis zu 1,5 Gew.-% Bi, bis zu 2,5 Gew.-% Ga und bis zu 1,5 Gew.-% Hf.
5. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Cu-Legierung gewählt ist aus Cu plus von 4 bis 10 Gew.-% Al, Cu plus von 3 bis 6 Gew.-% Si, und Cu plus von 1 bis 10 Gew.-% Al plus von 1 bis 5 Gew.-% Si.
6. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Cu-Legierung eine nominale Zusammensetzung von Cu-8Al, Cu-4Si, Cu-4Al-3Si, Cu-3Al-2Si, Cu-7Al-3,5Si oder Cu-4Al-2Si hat.