[發明專利]一種適于對具有復雜內腔結構的工件進行涂層的方法

有效

• 申請號: 201410215902.7
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103993258B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 邵玲;王廣欣;趙學義
• 申請（專利權）人: 昆山海普電子材料有限公司
• 主分類號: C23C10/28
• 分類號: C23C10/28
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 孫仿衛,汪青

技術領域

本發明屬于涂層制備技術領域，具體涉及一種適于對具有復雜內腔結構的工件進行涂層的方法。

背景技術

大量空心復雜結構，如內腔具有復雜的冷卻空氣通道的航空發動機葉片等，其長期使用的結果表明，雖然空心復雜結構的冷卻內腔同復雜結構外表面相比，經受較低的工作溫度、氣流沖刷、熱腐蝕、高溫氧化和熱循環作用，但由復雜結構內腔通道首先引起的腐蝕是限制涂層復雜結構壽命的一個顯著特征。因此，對內腔部位進行有效的防護必須給予足夠的重視，方可有效的保證具有大功率輸出和高效率的復雜結構的使用壽命和可靠性。

在復雜結構內腔表面施加保護涂層，降低合金的腐蝕速率，是延長空心復雜結構使用壽命的有效和可行的辦法。由于高效氣冷空心結構內腔的結構的復雜性和隱蔽性，采用物理氣相沉積(PVD)和等離子噴涂(PS)等常用涂層技術不能進行空心復雜結構內腔冷卻通道的涂層防護。

眾所周知，鋁的表面極易生成一層致密的Al₂O₃氧化膜，能阻止之下的鋁繼續氧化。如果在工件表面形成一層富鋁的表層，則按照同樣的機理，也可以對材料的進一步氧化起到阻礙作用。已知在合適的條件下，一氯化鋁AlCl可以分解成鋁Al和三氯化鋁AlCl₃，即：3AlCl→2Al+AlCl₃。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種適于對具有復雜內腔結構的工件進行涂層的方法，從而使得工件壽命延長。

為解決以上技術問題，本發明采取如下技術方案：

一種適于對具有復雜內腔結構的工件進行涂層的方法，包括依次進行的如下步驟：

(1)、對所述工件的內外表面進行凈化處理，然后將凈化后的工件和捐獻材料放入反應罐中，所述的捐獻材料為AlCr顆粒或Si粉和AlCr顆粒的混合物；

(2)、將所述的反應罐抽真空至所述的反應罐內的壓力為1～2毫巴；

(3)、對所述的反應罐進行預熱處理，然后向所述的反應罐中充入氫氣和氯化氫氣體至所述的反應罐內的壓力為800～1000毫巴；

(4)、將所述的反應罐加熱至900℃～1100℃，然后保溫1～2小時，在所述工件的表面形成Al滲層或Al-Si共滲層，即所述的涂層。

優選地，所述工件的基材為純鎳或鎳基合金。

在本發明中，氯化氫氣體與捐獻材料反應生成AlCl，并使之在工件表面分解析出Al，從而在工件表面形成一層富鋁的涂層。特別地，如果工件的基材是純鎳或鎳基合金，則析出的Al和Ni可以反應生成NiAl金屬間化合物；如果捐獻材料中還含有Si，則可以生成NiAl(Si)金屬間化合物。NiAl和NiAl(Si)金屬間化合物的耐熱腐蝕性比鎳或鎳基合金更為優越。對于工件基材中不含鎳，則富鋁涂層可以形成致密的Al₂O₃，同樣具有良好的耐熱腐蝕性。

優選地，步驟(1)中的凈化處理的具體步驟為：先對所述工件的外表面采用噴砂處理，內表面采用粒子流工藝處理，然后對所述工件的內外表面進行超聲波清洗。

在本發明中，對工件進行凈化處理的目的是除去沉積在工件表面的所有污垢，包括氧化皮、油脂以及其他污物等。需要注意的是，在進行凈化處理后，搬運工件時，需要使用清潔的工具，以免沾染灰塵和手印，發生二次污染。

優選地，所述的AlCr捐獻材料的平均直徑為9～11毫米。

優選地，所述的Si粉為-100目的Si粉，其和AlCr顆粒按重量比為8～10:1形成所述的混合物。

優選地，步驟(3)中，所述的預熱處理的預熱溫度為180℃～220℃。

優選地，步驟(3)中，所述的氫氣和氯化氫氣體按體積比為3～5:1充入。

在本發明中，調節氫氣和氯化氫氣體的比值可以控制涂層反應的速度，優選地采用氫氣和氯化氫氣體的體積比為4:1。

優選地，步驟(3)中，所述的氫氣和氯化氫氣體通過所述反應罐獨立的導氣管充入。

優選地，在所述的步驟(1)后，多次重復進行所述的步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，得到所述的涂層。

本發明中，調整步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)的重復次數，可以獲得不同厚度的NiAl或NiAl(Si)涂層。

在本發明中，多次重復進行所述的步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，可以使得氯化氫氣體與工件內腔充分接觸，從而保證內腔表面形成涂層。