von hochtemperaturbeständigen Triebwerksbauteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von hochtemperaturbeständigen Triebwerksbauteilen mit geometrisch komplexer Struktur durch Metallpul- verspritzgießen .

Ein bekanntes Verfahren zur endabmessungsnahen Herstellung von geometrisch kompliziert ausgebildeten Bauteilen ist das auch als MIM-Verfahren (Metal In ection Moulding) bezeichnete Metallpulverspritzgießen. Beim Metallpulverspritzgießen wird zunächst ein Metallpulver mit einem Binder aus thermoplastischen Kunststoffen und Wachsen zu einem fließfähigen Werkstoff (Feedstock) vermischt, der in einem herkömmlichen Spritzgießprozess mit Hilfe eines Extruders in eine Form gespritzt wird. Nach dem Abkühlen, Erstarren und Entformen steht ein sogenanntes Grünteil zur Verfügung, aus dem durch thermisches oder chemisches Herauslösen des Binders ein offenporiges Formteil, das sogenannte Braunteil, entsteht. In einem anschließenden Sinterprozess wird das offenporige Braunteil verdichtet und erhält seine endgültige Form und weist aufgrund der verbleibenden geringen Restporosität mit dem Vollmaterial übereinstimmende Festigkeitswerte auf. Um auch hochtempe ^¬ raturbeständige Triebwerksbauteile, zum Beispiel Turbi ^¬ nenschaufeln, endkonturnah herstellen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, ein aus einer intermetallischen Phase bestehendes Pulver zu erzeugen und in der oben ge ^¬ schilderten Art für das Metallpulverspritzen einzusetzen. Die Herstellung intermetallischer Phasen und eines daraus erzeugten Pulvers zur Anwendung beim Metallpulverspritzgießen ist jedoch mit einem hohen Fertigungs- und Kostenaufwand verbunden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengüns ^¬ tiges Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von hochtem- peraturbeständigen Triebwerksbauteilen mit geometrisch komplexer Struktur anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren ge ^¬ mäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass ein als Metallpulver vorliegender hoch schmelzender Teil einer intermetallischen Phase mit einem Binder vermischt und aus dem so gebildeten Feedstock durch Metallpulverspritzen ein im Wesentlichen der Endkontur entsprechendes Grünteil gefertigt wird, in dessen nach Herauslösen des Binders verbleibende Poren der niedrig schmelzende Teil der intermetallischen Phase infiltriert wird, wobei das so erzeugte Braunteil einer in Abhängigkeit von den ein ^¬ gesetzten metallischen Phasen spezifischen Wärmebehandlung zur Erzeugung der intermetallischen Phase unterzogen wird . Dadurch ist es möglich, hochtemperaturbeständige und leichte Triebwerksbauteile mit geometrisch komplizierter Struktur, wie zum Beispiel Turbinenschaufeln, kosteneffizient aus Hochleistungswerkstoffen herzustellen. In Ausgestaltung der Erfindung wird als Binder ein polymerer Zweikomponentenbinder verwendet, wobei die erste Binderkomponente aus dem durch Metallpulverspritzgießen erzeugten Grünteil chemisch, katalytisch oder thermisch herausgelöst wird und die zweite Binderkomponente beim Infiltrieren des niedrig schmelzenden metallischen Teils thermisch entfernt wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Anteil des niedrig schmelzenden Teils der intermetallischen Phase variabel und durch den Anteil der Poren nach dem voll- ständigen Entbindern des Grünteils bestimmt.

Der Anteil der Poren und damit der Anteil des infiltrierten niedrig schmelzenden Teils in der intermetallischen Phase wird durch die Einstellung des Mischungsverhältnis- ses zwischen dem Metallpulver und dem Zweikomponentenbinder bestimmt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt die Infiltration des schmelzflüssigen, niedrig schmelzenden Teils der intermetallischen Phase in das offenporige Braunteil nach dem „Squeeze-Casting-Verfahren unter Druck.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Braunteil nach der Infiltration des niedrig schmelzenden Teils und noch vor der die intermetallische Phase erzeugenden Wärmebehandlung mechanisch bearbeitet werden.

Eine Aus führungs form der Erfindung wird in Verbindung mit dem beigefügten VerfahrensablaufSchema nachfolgend am Beispiel der Herstellung einer Turbinenschaufel, die aus einer auf Eisen und Aluminium basierenden intermetallischen Phase besteht, näher erläutert.

Aus dem hoch schmelzenden Teil der intermetallischen Pha- se, hier Eisen, wird ein Eisenpulver hergestellt (Schritt 1), das mit einem aus zwei Komponenten bestehenden poly- meren Binder vermischt wird (Schritt 2) . Aus dem Eisen ^¬ pulver-Binder Gemisch, dem - als Granulat vorliegenden - sogenannten Feedstock, wird mithilfe einer Schneckenpres- se in einem herkömmlichen Spritzverfahren ein Grünteil erzeugt (Schritt 3), aus dem nach dem Abkühlen, Erstarren und Entformen die erste Komponente des polymeren Binders herausgelöst wird (Schritt 4) . Das Entfernen der ersten Komponente des Binders kann chemisch, katalytisch und/oder thermisch erfolgen. Im Ergebnis der teilweisen Entbinderung wird ein aus der hoch schmelzenden metallischen Phase und der ersten Komponente des Binders beste ^¬ hendes offenporiges Braunteil bereitgestellt, das eine bestimmte - in Abhängigkeit von dem Binderanteil ein ^¬ stellbare - Porosität aufweist. In dem nachfolgenden Ver- fahrensschritt wird in einem modifizierten Druckgießverfahren, dem sogenannten „squeeze casting", in die Hohlräume des Braunteils unter hohem Druck eine niedrig schmelzende metallische Phase - hier: Aluminium - infilt ^¬ riert und dabei die zweite Komponente des Binders ther- misch aus dem Braunteil herausgelöst (Schritt 5) . Das Vo ^¬ lumenverhältnis zwischen der hoch schmelzenden metallischen Phase (Eisen) und der niedrig schmelzenden metallischen Phase (Aluminium) wird über die jeweilige Porosität des Braunteils eingestellt. Nach diesem Schritt kann, so- fern erforderlich, eine zu diesem Zeitpunkt in einfacher Weise durchführbare mechanische Bearbeitung des infilt ^¬ rierten Braunteils erfolgen (Schritt 6) . Anschließend wird das der Endform entsprechende Bauteil einer Wärmebe ^¬ handlung zur Bildung einer aus Eisen und Aluminium beste- henden intermetallischen Phase unterworfen (Schritt 7), so dass nun ein durch Metallpulverspritzgießen geometrisch komplex gestaltetes sowie hochtemperaturbeständiges Bauteil, beispielsweise eine Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk, zur Verfügung steht.

In der gleichen Art können auch andere aus einer intermetallischen Phase, beispielsweise auf der Basis von Ni ^¬ ckel, Eisen, Titan und Aluminium gefertigte - hochtempe ^¬ raturbeständige und leichte Bauteile mit geometrisch kom- plizierter Struktur bei geringem Materialaufwand effizient und kostengünstig hergestellt werden.