Nickelbasislegierung, Pulver, Verfahren und Bauteil

Die Erfindung betrifft eine Nickelbasislegierung nach Pa tentanspruch 1, ein Pulver nach Patentanspruch 7, sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 9 und ein Bauteil nach Pa tentanspruch 12.

Nickelbasislegierungen weisen eine hohe Korrosionsfestigkeit und eine hohe Temperaturfestigkeit, insbesondere eine hohe Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen auf. Legierungen, die letztere Eigenschaften aufweisen, werden auch als sogenannte Superlegierungen auf Nickelbasis bezeichnet. Diese Legierun gen finden insbesondere im Triebwerksbau oder in Turbinen zur Energieerzeugung Anwendung. In der Regel werden die Bauteile, die aus den beschriebenen Nickelbasislegierung bestehen, durch ein Gießverfahren oder durch Sinterverfahren herge stellt. Ein Beispiel für eine entsprechende Legierung wird in der DE 102017 007 106 B4 gegeben.

Zunehmend finden jedoch auch additive Herstellungsverfahren unter Verwendung von Nickelbasislegierung Anwendung. Eine hierfür gut geeignete Legierung wird in der W02018/083065A1 beschrieben. Ausgehend von dieser Legierung ist es die Aufga be der Erfindung, die Kriechfestigkeit weiter zu erhöhen und dabei die Mikrorissbildung auf einem niedrigen Niveau zu be wahren oder diese auch noch zu reduzieren.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Nickelbasislegierung nach Patentanspruch 1, sowie in einem Pulver nach Patentan spruch 7, in einem Verfahren nach Patentanspruch 9 und in ei nem Bauteil nach Patentanspruch 12.

Die erfindungsgemäße Nickelbasislegierung weist dabei zumin dest folgende Legierungselemente in Gew. % auf:

Kobalt (Co) 10,3 - 10,7 Chrom (Cr) 9,8 - 10,2 Wolfram (W) 9,3 - 9,7, Aluminium (Al) 5,2 - 5,7, Hafnium (Hf) 1,8 - 2,2, Tantal (Ta) 1,9 - 2,1, Molybdän (Mo) 0,4 - 0,6, wobei der Rest Nickel sowie Verunreinigungen umfasst.

Gegenüber dem oben beschriebenen Stand der Technik unter scheidet sich die vorliegende Legierung insbesondere darin, dass der Anteil an Hafnium insofern erhöht wurde, dass dieser nun zwischen 1,8 und 2,2 Gewichtsprozent liegt. Die Erstar rungsrissneigung der Legierung wurde hierdurch merklich ge mindert bzw. unter Anpassung der Prozessparameter vollständig verhindert. Die gezielte Erhöhung des Anteils an Hafnium ver bessert zusätzlich die mechanischen Eigenschaften durch die Erhöhung des Anteils an sogenannten g' Phasen im Gegensatz zu Legierungen mit einem niedrigeren Anteil an Hafnium. Auch der Anteil an Tantal liegt gegenüber dem Stand der Technik in ei nem leicht erhöhten Bereich.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung wird der jeweilige Anteil der Legierungselemente noch einmal in einem engeren prozentualen Bereich angegeben und umfassen zu mindest wie folgt:

Kobalt (Co) 10,55 - 10,65, Chrom (Cr) 9,8 - 10,9, Wolfram (W) 9.35 - 9,45, Aluminium (Al) 5.35 - 5,45, Hafnium (Hf) 1,85 - 1,95, Tantal (Ta) 1,95 - 2,05, Molybdän (Mo) 0,4 - 0,6, wobei der Rest Nickel sowie Verunreinigungen umfasst.

In diesem engeren Bereich liegt auch eine konkrete Legie rungszusammensetzung, die als besonders vorteilhaft getestet ist. Dieser weist nach Messung der Zusammensetzung folgende Einzelanteile der entsprechenden Legierungsbestandteile auf: Kobalt (Co) 10,6, Chrom (Cr) 9.8, Wolfram (W) 9.4,

Aluminium (Al) 5.4,

Hafnium (Hf) 1.9, Tantal (Ta) 2,0,

Molybdän (Mo) 0,5, Kohlenstoff (C) 0,06 wobei der Rest Nickel sowie Verunreinigungen ist.

Bei dieser speziellen Legierung hat sich herausgestellt, dass die Neigung zu Mikrorissen besonders gering ist und eine Hochtemperatur-Kriechfestigkeit zum Tragen kommt, die gegen über dem Stand der Technik deutlich verbessert ist.

Die bisher beschriebenen Legierungszusammensetzungen sind so formuliert, dass neben den Verunreinigungen auch noch weitere Bestandteile in geringen Umfang vorhanden sein können. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, einen Kohlenstoff anteil zu wählen, der nach Gewichtsprozent zwischen 0,04 und 0,08 liegt.

Ferner ist es zweckmäßig, dass die Legierung Bor und/oder Zirkon in geringen Bestandteilen umfasst, die bevorzugt zwi schen 0,0025 und 0,01 Gewichtsprozent liegen.

Die Anteile weiterer Legierungsbestandteil von untergeordne ter Bedeutung, die auch als Verunreinigungen angesehen werden können, nämlich Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Titan, Bor, Zirkon, Eisen, Kupfer, Silber, Blei, Selen, Bismut und Magnesium sollten jeweils weniger als 0,1 Gew. %. Insbesonde re weniger als 0,05 Gew. %, bei Silizium bevorzugt weniger als 0,02 Gew% betragen.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Pulver das ei ne Legierung nach einem der Patentansprüche 1-6 umfasst. Mit dem Begriff „umfasst" ist damit gemeint, dass dieses Pulver zum wesentlichen aus der besagten Legierung besteht, dass es aber auch noch Zusatzstoffe aufweisen kann, die ein additives Herstellungsverfahren positiv beeinflussen. Hierbei kann es sich um bestimmte Bindemittel oder Trennstoffe handeln. Das bedeutet, dass sowohl die Legierung an sich als auch das hie raus resultierende Pulver insbesondere zur Herstellung von Bauteilen mit einem additiven Fertigungsverfahren einsetzbar ist.

In diesem Zusammenhang ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils Bestandteil der Erfindung, das unter Verwen dung einer Legierung gemäß des Patentanspruchs 1-6 bzw. eines Pulvers nach den Patentansprüchen 7 oder 8 erfolgt. Dabei ist das Verfahren bevorzugt ein additives Herstellungsverfahren, insbesondere ein Laser-Sinterverfahren oder ein selektives Laseraufschmelzverfahren, z. B. LPBF.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung besteht in einem Bau teil, das eine Legierung nach einem der Patentansprüche 1-6 oder ein Pulver nach einem der Ansprüche 7 oder 8 umfasst, wobei unter Vernachlässigung von geringfügigen Additiven das Bauteil aus dieser Legierung besteht. Unter dem Begriff Bau teil ist hierbei auch ein Halbzeug zu verstehen, dass durch weitere Verfahrensschritte in ein weiteres Bauteil integriert sein kann und somit dann im Endmontage-Zustand auch weitere Materialbestandteile aufweisen kann.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Legierung, des Pulvers des Verfahrens und somit auch des Bauteils in Turbi nen die zum Erzeugen von elektrischen Strom dienen. Insbeson dere in Gasturbinenbauteilen. Grundsätzlich kann die Erfin dung auch Anwendung in Turbinen finden, die zum Antrieb von Fortbewegungsmittel dienen, insbesondere auch in Flugzeugtur binen.