[發(fā)明專利]抗氧化性涂層以及相關(guān)制品和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01132415.5
• 申請日: 2001-08-31
• 公開（公告）號: CN1340576A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·C·趙;M·R·杰克森
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;B05D7/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 羅才希

技術(shù)領(lǐng)域

總體而言，本發(fā)明涉及施用于金屬的保護(hù)性涂層。更具體地講，本發(fā)明涉及提供給用于高溫的各種金屬基材如超耐熱合金基材的抗氧化性和其它特性的金屬涂層。

背景技術(shù)

金屬合金通常用于包括極端操作條件的各種工業(yè)環(huán)境中。例如一些合金可能暴露于高溫如高于約750℃。此外一些合金可能經(jīng)受反復(fù)的溫度循環(huán)如暴露于高溫下，隨后冷卻至室溫，接著再次快速加熱。作為一個例子，空氣渦輪發(fā)動機(jī)在操作中通常經(jīng)受重復(fù)的熱循環(huán)。另外，渦輪發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作溫度連續(xù)上升以獲得改進(jìn)的燃料效率。

渦輪發(fā)動機(jī)組件(和其它工業(yè)零件)通常由超耐熱合金制成，這些超耐熱合金通常為鎳-、鈷-或鐵-基。超耐熱合金可以承受許多極端操作條件。但是它們通常必須用涂層來覆蓋以保護(hù)它們免受環(huán)境降解，如腐蝕和氧化的有害作用。

使用各種類型的涂層以保護(hù)超耐熱合金和其它類型的高性能金屬。其中一類為基于如MCrAlY的材料，其中M為鐵、鎳、鈷或其各種組合。這些材料可以用各種技術(shù)如高速氧-燃料(high?velocityoxy-fuel.HVOF)；等離子噴涂或電子束蒸氣沉積(EB-PVD)施用。另一種類型的保護(hù)性涂層為鋁化物材料如鎳-鋁化物或鉑-鎳-鋁化物。也可以采用許多技術(shù)施用這些涂層。例如，可以將鉑電鍍至基材上，隨后是擴(kuò)散步驟，接著為鋁化(aluminiding)步驟，如固體滲鋁(packaluminiding)。

不管涂覆方法如何，更高操作溫度的趨勢不斷地增大了腐蝕和氧化攻擊涂層和下面金屬基材的傾向。因此，在本領(lǐng)域中需要新的用于金屬基材-尤其用于超耐熱合金基材的涂層組合物。所述組合物通常將提供較當(dāng)前使用的涂層更好的抗氧化性-當(dāng)使用溫度超過約1000℃和優(yōu)選超過約1100℃時更是如此。另外，如下所述的那樣，當(dāng)涂覆的基材進(jìn)經(jīng)受相當(dāng)水平的熱循環(huán)時通常能維持抗氧化性。

也可以通過本領(lǐng)域當(dāng)前可得的技術(shù)施用所述新的組合物。另外，所述組合物應(yīng)當(dāng)基于各種可以變化(類型或數(shù)量)組分，以滿足特定的最終用途。例如，不應(yīng)要求所述組合物包括高含量的昂貴組分以符合較廣范圍的應(yīng)用。最后，通常應(yīng)將所述新組合物的其它性質(zhì)如耐腐蝕性和延性保持在可接受的水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個主要實(shí)施方案涉及一種抗氧化性涂層，其由包含以下成分的合金形成：

約30原子％至約55原子％的鋁；和

約0.5原子％至約3原子％的鉭；余量部分包括至少一種基底金屬(base?metal)，所述金屬選自鎳、鈷、鐵及其組合。

在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述合金還包括貴金屬如鉑或鈀。另外，所述合金通常含有鉻。鉻可以由下面的基材通過擴(kuò)散獲得和/或可以包括作為沉積合金組合物的一部分。以相同的方式，所述基底金屬可以由基材擴(kuò)散，或可以包括作為沉積合金的一部分。

下述的一些實(shí)施方案還包括合金組合物中的其它元素。例子包括鋯、鈦、鉿、硅、硼、碳、釔及其組合。對于一些實(shí)施方案而言優(yōu)選鋯。另外，在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它組合物最好包括鉬。

如下所述，本發(fā)明的一些最終用途受益于較低水平的鋁，即約30原子％至約45原子％。其它最終用途采用較高水平的鋁，即約45原子％至約55原子％。在任一條件下，所述合金組合物可以包括上述其它組分的一些或全部，并在本說明書中作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的另一個實(shí)施方案涉及一種向金屬基的基材如超耐熱合金表面提供環(huán)境保護(hù)的方法。在這種方法中，將上述合金組合物施用于所述基材上，而不含任何會從所述基材本身摻入到所述組合物的組分(如鎳或鉻)。如下所述應(yīng)用常規(guī)技術(shù)施用所述涂層。可以采用單步或多步方法。

本發(fā)明的另一個實(shí)施方案涉及一種制品，包括：

(i)一種金屬基的基材；和

(ii)所述基材上的抗氧化性涂層，由上述合金形成并進(jìn)一步描述如下。在一些實(shí)例中，抗氧化性涂層用隔熱涂層覆蓋。所述基材通常為超耐熱合金，并且可以是渦輪發(fā)動機(jī)的一個組件。