[發明專利]在金屬零件上制備鋁鋯保護涂層的方法

有效

• 申請號: 200980117466.7
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN102027153A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 杰羅姆·布羅西爾;揚妮克·卡多瑞特;賈斯汀·門紐伊;安妮·帕斯奎特
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: C23C10/14
• 分類號: C23C10/14
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 萬學堂

技術領域

本發明關于在金屬零件上面沉積鋁基保護涂層，具體地，本發明涉及將這種涂層應用于渦輪機零件，特別是燃氣渦輪發動機零件。

背景技術

一種燃氣渦輪發動機，例如用于航空領域推進的渦輪發動機，包含了與一個或多個通常為風扇的壓縮機相通的氣體入口，壓縮機被驅動繞同一軸旋轉。最初的氣流被壓縮后，流入環狀地鄰近該軸布置的燃燒室，與燃料混合后向一個或多個渦輪機的下游提供了通過這個或這些渦輪機膨脹的熱氣。渦輪的轉子驅動壓縮機的轉子。因為渦輪發動機的性能與渦輪發動機所工作在的渦輪發動機入口氣體的溫度有直接關系，因此渦輪發動機入口氣體的溫度要盡可能地高。為了這個目標，需要選擇耐此工作狀況的材料，零件的壁被運動的渦輪葉和配電器的熱氣掃過，因此需要提供冷卻裝置。另外。由于零件的金屬結構是有鎳基或者鈷基的超合金構成的，也需要在這個溫度下保護這些金屬，使之在該溫度下不被發動機氣體的成分所腐蝕和侵蝕。

一種保證保護這些零件的已知方法是將鋁基涂料涂覆在可能被氣體侵蝕的表面。鋁通過金屬晶間擴散附著在基材上并形成了表面上的氧化層。涂層的厚度在10微米量級。

本發明本質上已知是一種通過氣相沉積以氣相的方式將鋁沉積的技術，也稱為滲鋁。根據這種方法，將要被處理的零件放在一個半封閉的含有諸如氬氣或氫氣之類的惰性或還原氣體以及一種活性的包含鋁的鹵化物的混合氣氛的腔體中。在900℃～1150℃的反應溫度區間，鹵化物在金屬表面被還原成鹵族元素氣體及滲入金屬的鋁。

在存在形成活化劑的諸如氯和氟鹵素化合物顆粒的情況下，將形成待保護零件的材料的金屬鋁供體或者包含諸如金屬鉻的一種或多種金屬成分的金屬鋁合金供體的粘合劑和待處理的零件共同放入腔體中制備鹵化物。惰性氣體在某個溫度環繞著活化劑保證鹵化物升華，鹵化物夾帶在供體上并與供體發生反應，生成在這個溫度為氣態的金屬鹵化物。

因為活化劑在用于涂覆的溫度下應為氣態，并且不能產生雜質，因此產物一般被選擇為氯化銨、氟化銨或者氟化氫銨。在高溫氫氣或者中性氣體存在的情況下，這些分子分解成氨氣和鹵素。氣化溫度取決于被選擇鹵鹽的性質。例如，氯化銨340℃的時候氣化。活化劑僅僅是用于完全安全地攜帶鹵代酸進入進行沉積的反應器，也就是半封閉的容器。鏈接鹵素的陽離子(這里為銨)隨后就沒有價值了。

鹵化物在與待涂覆金屬基材的接觸中分解，使鋁沉積下來。在持續進行用以沉積鋁的滲鋁過程中建立一個循環過程，直到基材表面上活性的鋁與粘合劑施加的鋁達到平衡。氣態鹵素再次形成。獲得的涂層可能作為金屬基材和涂覆于基材上的保護性熱壘之間的中間層。涂層改善了基材上的熱壁壘的強度，同樣，一旦熱壘發生了熱降解，也能夠保持基材在使用中的性能。

另外，鋯的已知有益效果是其氧化層在基材上的附著力，無論氧化層是在高溫下暴露于空氣中還是通過沉積熱壘而形成的。

在專利FR2853329中說明了一種氣相滲鋁的方法，該方法被改進到可以聯合沉積鋁和鋯。常規的APVS方法使用的鹵化銨至少部分地被鋯的化合物取代，鋯的化合物存在被描述成以跡態存在于沉積物中。

提到在有能力作為活化劑的鋯鹽中，以非限定方式提及了氯化鋯ZrCl₄，氯氧化鋯ZrOCl₂和氟鋯酸銨(NH₄)₂ZrF₆。所有這些鹽在250℃以上都是氣態的，氯氧化鋯是首選的活化劑。

沉積原理與APVS方法保持一致。鋁基的或者鋁合金特別是含有鉻的鋁合金粘結劑以直徑在1mm到幾cm的顆粒形態放置在一個合適的半封閉的容器中。待涂覆的零件被排列成可以和形成的氣態鹵化鋁接觸的狀態。鹵化銨活化劑完全或者部分地被氯氧化鋯所取代。放置容器的腔體被加熱到APVS處理溫度。高于某個溫度時，活化劑蒸發形成富含氯化鋯氣體的蒸氣。氯化鋯在由鎳或鈷超級合金制成的基材表面上分解，一方面形成金屬態的鋯，另一方面形成可被用于生成粘合劑供體中的鹵化鋁的鹵代酸。而后，沉積在基材表面的鋯擴散進入正在形成的β-NiAl涂層中，以在沉積物中形成富含300到1000ppm鋯的金屬間化合物。

發明內容

本發明關于一種改良的共沉積鋯類型的氣相沉積滲鋁方法，特別是可以控制沉積物中鋯的濃度。