[發明專利]耐磨和低摩擦涂層以及涂有所述涂層的制品

無效

• 申請號: 201110175434.1
• 申請日: 2011-06-17
• 公開（公告）號: CN102286744A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: P·馬修;K·阿南德;M·納亞克;M·納格什;S·蒂姆高達
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;F01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;林森

技術領域

本發明一般性地涉及用于制品的涂層。具體地，本發明涉及保護性涂層，所述涂層對暴露于高溫的制品提供耐磨和低摩擦特性。這種制品的實例包括渦輪機，例如渦輪發動機。?

背景技術

金屬構件在多種操作條件下廣泛用于工業應用。在許多情況下，各種構件提供有涂層，涂層能賦予各種特性，例如耐腐蝕性、耐熱性、抗氧化性和耐磨性。作為一個實例，渦輪發動機的各種構件通常涂有熱阻擋涂層，以有效提高它們可操作的溫度。需要某種類型的保護性涂層的制品的其他實例包括用于內燃機和其他類型機器的活塞。?

耐磨涂層(通常稱為“抗磨損涂層(wear?coatings)”)常用于渦輪發動機構件，例如噴嘴耐磨墊和燕尾聯鎖裝置。由于摩擦(尤其是高頻摩擦)會破壞零件，涂層在構件可能彼此摩擦的區域提供保護。一種特定類型的磨損稱為“摩擦腐蝕(fretting)”。摩擦腐蝕可通常由在配合構件之間的接合處非常小的運動或振動所引起，例如，在燃氣渦輪發動機的壓縮機和/或風扇部分中。例如，在風扇或壓縮機葉片與轉子或旋轉圓盤接合的區域可能發生摩擦腐蝕。這種類型的磨損可能需要過早修理或替換一個或多個受影響的構件。各種合金，例如基于鎳或鈷的那些，對摩擦腐蝕和其他模式的磨損敏感。許多鈦合金具有特別差的摩擦腐蝕特性。除了耐摩擦腐蝕性以外，涂層還需要其他特性。這些特性包括抗磨蝕性能(例如，在活塞環和汽缸襯墊的情況下)以及抗摩擦性能。?

多種涂層系統已用于為基材賦予耐磨性。實例包括基于鉻；碳化?鉻；鈷-鉬-鉻-硅或銅-鎳-銦的那些。可通過多種技術來施用涂層，例如電鍍或熱噴涂。?

雖然硬鉻涂層在各種應用中具有很大的用途，但是它們也表現出一些缺點。例如，在航空和汽車發動機應用中，這些涂層的完整性受到它們通常經受的高溫和高壓的挑戰。此外，鍍鉻可能是非常耗時的過程。?

此外，用作鉻來源的一些鉻酸鹽化合物的毒性是電鍍方法的另一個缺點。特別是，認為六價鉻是致癌物質。當使用含有(或釋放)這種形式的鉻的組合物時，必須非常嚴密地采用專門的處理程序，以便滿足健康和安全的規定。專門的處理程序通常可導致提高成本并且降低生產率。?

在許多應用中，鍍鉻法用如上所述的噴涂技術代替。作為示例，采用熱噴涂技術來沉積基于碳化鎢(WC)或碳化鉻(例如，Cr₃C₂)的涂層。雖然所得到的涂層適用于許多目的，但是它們也有局限性，例如，在其熱性能方面。?

在某些情況下，為了提供耐磨性，熱噴涂的金屬陶瓷涂層也變得非常流行。這些涂層的實例包括碳化鎢-鈷(WC-Co)、碳化鎢-鈷-鉻(WC-Co-Cr)和碳化鉻/鎳鉻(例如，Cr₃C₂-NiCr)。作為另一個實例，美國專利號6,887,585(Herbst-Dederichs)描述了基于金屬相(例如鎳或鐵合金)以及陶瓷相(例如氧化鋁、氧化鉻(Cr₂O₃)或碳化鈦(TiC))的耐磨涂層。該涂層還可包括固體潤滑劑材料以降低摩擦。潤滑劑的實例包括多種材料，例如石墨、六角形氮化硼和聚四氟乙烯。?

雖然許多金屬陶瓷涂層適用于某些最終用途，但是它們也表現出一些缺陷。例如，對于如上所述的其他最終用途，基于WC和基于Cr₃C₂的涂層的硬度可能不夠。此外，在氧化環境中，WC-Co涂層通常受限于低于約500℃的溫度。這種限制通常在熱噴涂法例如HVOF或APS中見到，并且部分是由于在沉積過程中碳化物降解。當WC材料被氧化并形成脆的次碳化物(sub-carbides)時，可能發生碳化物降?解。涂層如基于Cr₃C₂-NiCr的那些在較高的溫度(例如，約500-900℃)下可能具有令人滿意的抗磨耗性質。然而，它們可能不具有足夠的低摩擦性能，此外，在熱噴涂過程中難以控制這種涂層的微觀結構。?

因此，需要提供用于壓縮機構件，特別是暴露于磨損和摩擦的那些構件的改善的保護性涂層。期望所述保護性涂層提供所需量的高溫應用所需的耐磨性(例如，抗摩擦腐蝕能力)，并且還提供良好的低摩擦性能。?

發明內容

一個實施方案為包含硬陶瓷相、金屬粘合劑相和潤滑劑相的涂層組合物。所述潤滑劑相包含多組分氧化物。?

另一個實施方案為一種制品。所述制品包含金屬基材和在所述基材上布置的耐磨和低摩擦涂層。所述涂層組合物包含硬陶瓷相、金屬粘合劑相和潤滑劑相，其中所述潤滑劑相包含多組分氧化物。?