[發明專利]一種制作熱障的方法

有效

• 申請號: 201080034032.3
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN102575370A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 費爾南多·佩德拉薩迪亞茲;巴普蒂斯特·鮑徹德;羅斯林·巴爾曼;吉勒斯·博尼特;賈斯廷·曼紐伊
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪;拉羅謝爾大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08;C25D5/50;F01D5/28
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 萬學堂;桑麗茹

技術領域

本發明涉及一種制作熱障的方法，所述熱障包括覆蓋在基底上的陶瓷涂層，特別是應用于高溫環境下的基底，尤其是航空領域。

這種陶瓷涂層特別適宜作為熱障使用：因為其隔熱特性(熱傳導率很低)，所以其通過超過100℃的溫度梯度來降低底層基底的工作溫度。

此外，金屬層在發熱時，特別是金屬層含有可引起α-Al₂O₃氧化鋁層的鋁時，金屬層因具有抗氧化腐蝕特性，可單獨使用，也可在基底和陶瓷涂層之間作為底層使用，所述氧化鋁特別是在如下情況下可提供防護功能，即在大氣壓力環境下，雙氧會以低局部壓力和/或高于1000℃溫度存在的情況下。特別應提到的是鋁化物層和MCrAlY類型的合金層，其中，M是選自鎳、鈷、鐵，或這些金屬混合物的金屬。尤其是在高溫空氣環境下，很自然地會發生這種氧化。

背景技術

目前，已知有幾種方法可以制作這種陶瓷層或金屬層。

化學氣相沉積(CVD)的沉積方法是一種從氣體前體中沉積薄膜的方法。這種方法的優點是成本較低，分布均勻，而且涂層厚度也可控制。相反，這種制作方法利用了污染物種(前體/活化劑)，所以需要對這種廢物進行后續處理。此外，在諸如航空領域，用于熱機械部件時，工作溫度較高，制作涂層所需時間是幾個小時的范圍，不小于3個小時。

采用這種技術在基底上沉積的涂層為傳統的鋁化物層。為了提高使用壽命和帶有涂層的基底的性能，人們提出了各種建議，特別是通過在鋁化物層上鍍鉑的方式來改善防護氧化物層的結合性。然而，鉑是十分昂貴的原材料，而且，鍍鉑會在鋁化前需要進行一定量的額外作業，因此，也會進一步增加生產成本。

熱噴涂技術是發送一種矢量氣體，該氣體用于加速細粒子(通常，粒子尺寸為5μm到100μm)并將這些粒子送至基底，這些粒子可以是液體、糊狀，或甚至是固態。矢量氣體還可以是一種焓源，用來將粒子加熱到其熔點(尤其是采用等離子噴涂時)。一般來講，噴涂技術是具有方向性的，即，它們沿線性軸線發送噴流，為此，這種技術要求使用自動系統或進行昂貴的后處理，以便在幾何形狀復雜的基底的所有部分上噴涂和/或對噴涂層進行平衡。此外，噴涂技術使用的粉末是采用會造成污染的工藝技術制造的，尤其是真空霧化技術。

采用這種技術在基底上沉積的涂層傳統上是MCrAlY層，例如，FeCrAlY，CoCrAlY，或NiCOCrAlY層。為了進行沉積，這些層都需要與基底實現熱和化學兼容。

另一種已知技術是通過植入離子在合金或涂層表面上添加金屬形式的反應元素。這種相對昂貴的技術要求使用粒子加速計和真空盒，從而限制了可以植入的部件/基底的尺寸，而且，該技術只允許在表面摻雜，深度大約為0.05μm至0.5μm。另外，部件/基底的幾何形狀還必須簡單，基本上是平面的。

此外，還可以應用構成涂料的水性懸液或有機懸液(漿液或溶膠-凝膠)來形成所述涂層，所述涂料可用刷子涂刷，或將部件浸入涂料內，這種涂料最終會被氣化掉。然而，在這種情況下，需使用結合劑，尤其是有機結合劑，而這些結合劑則釋放出可能有害的揮發性元素。此外，為了獲得涂層足夠厚度，必須連續幾次使用懸液，結果，倘若考慮中間烘干步驟，工藝實施時間則會相對延長。此外，如果部件形狀復雜，則很難均勻使用這種懸液。

另外，還需了解的是，當涂覆部件包括冷卻孔時，現有技術的這些不同的工藝方法都會使得涂層形成期間至少部分孔眼會被堵塞。

發明內容

本發明旨在提出一種方法來解決復雜形狀的基底/部件的涂層制造方法方面的缺陷，所述方法簡單，成本低，且無污染，可獲得帶有涂層的熱障，所述涂層大體均勻，具有適合預期用途的特性。

為此，本發明涉及到一種制造熱障的方法，所述熱障包括覆蓋至少一部分基底結構的陶瓷涂層，其特征在于，該陶瓷涂層在至少一個陰極和至少一個陽極之間僅通過陰極電沉積工藝(CELD)沉積在基底上，所述基底是由電子傳導材料制成且構成了所述陰極。

根據本發明，電解液包含至少一種鹽類，所述鹽類來自于包括鑭系元素、釔、鋯和鉿的鹽類的群組，這樣，采用電沉積工藝應用的涂層包括至少一種氧化物，所述氧化物來自于包括鑭系元素、釔、鋯和鉿的氧化物的群組，而且，所述制造方法還包括對陶瓷涂層進行熱處理的步驟，熱處理溫度范圍在400℃至2000℃之間，持續時間至少10分鐘。

這種方法可在構成部件材料的基底上直接形成涂層，也可在覆蓋部件的底層上形成涂層，而后構成需要覆蓋的基底。