[發明專利]在航空航天部件上沉積涂層的方法

在審

• 申請號: 201980020460.1
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN111936664A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 尤里·梅爾尼克;蘇克蒂·查特吉;考沙爾·岡加什卡爾;喬納森·弗蘭克爾;蘭斯·A·斯卡德爾;普拉文·K·納萬克爾;大衛·布里茲;托馬斯·奈斯利;馬克·沙麗;戴維·湯普森
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/40;C23C16/34;C23C16/42
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

本公開內容的實施方式一般地涉及航空航天部件上的保護涂層和沉積保護涂層的方法。在一或多個實施方式中，一種在航空航天部件上沉積涂層的方法，包含：將航空航天部件暴露于第一前驅物和第一反應物以通過化學氣相沉積(CVD)工藝或第一原子層沉積(ALD)工藝在航空航天部件的表面上形成第一沉積層；并且將航空航天部件暴露于第二前驅物和第二反應物以通過第二ALD工藝在第一沉積層上形成第二沉積層，其中第一沉積層和第二沉積層具有彼此不同的成分。

技術領域

本公開內容的實施方式一般地涉及沉積工藝，且特別地涉及在航空航天部件上沉積膜的氣相沉積工藝。

背景技術

由于暴露于熱氣體和/或反應性化學物質(例如，酸、堿或鹽)，渦輪發動機通常具有隨著時間而腐蝕或降級的部件。此類渦輪部件常常由熱和/或化學阻擋涂層保護。在暴露于燃氣渦輪發動機中的燃燒熱氣體的機翼上使用的既用于環境保護又用作熱阻擋涂層(thermal barrier coating；TBC)系統中的粘結涂層的當前涂層包括擴散鋁化物和各種金屬合金涂層。這些涂層被涂布在基板材料(通常是鎳基超合金(superalloy))上，以提供抗氧化和腐蝕的保護。這些涂層以多個不同方式形成在基板上。例如，鋁化鎳層可僅通過將基板在高溫下暴露于富鋁環境來作為外涂層生長在鎳基超合金上。鋁擴散至基板中并且與鎳結合以形成鎳鋁合金的外表面。

可通過首先在鎳基基板之上電鍍鉑至預定厚度來形成鉑改性的鋁化鎳涂層。在高溫下將鍍鉑基板暴露于富鋁環境引起在固溶體中的含鉑的鎳鋁合金的外部區域生長。在過量鋁的存在下，鉑鋁具有兩相，當鋁擴散到鎳和鉑中并且與鎳和鉑反應時，所述兩相可在NiAl基體中沉淀。

然而，由于對于發動機性能的增加的需求提高了發動機的操作溫度和/或發動機的壽命要求，所以當涂層用作環境涂層或用作粘結涂層時，需要所述涂層的性能高于這些現有涂層的能力。由于這些需求，所以需要一種可用于環境保護的或可用作粘結涂層能夠承受較高操作溫度或在需要被去除以進行修復之前操作一段較長時間的或兩者的涂層。這些已知的涂層材料和沉積技術具有若干缺點。由低壓等離子體噴涂、等離子體氣相沉積(plasma vapor deposition；PVD)、電子束物理氣相沉積(electron beam PVD；EBPVD)、陰極電弧或類似濺射技術沉積的大部分金屬合金涂層是視線涂層，意味著部件內部無法被涂布。外部的鉑電鍍通常會形成相當均勻的涂層，但是，事實證明，電鍍部件的內部具有挑戰性。所得的電鍍涂層常常太薄而無法起保護作用或太厚而存在其他不利的機械效果，諸如重量增加過高或者疲勞壽命降低。同樣地，鋁化物涂層亦遭受在部件內部通道上的不均勻性的影響。鋁化物涂層是脆性的，當其暴露于疲勞時可能導致壽命降低。

此外，這些涂層中的大部分的厚度約大于10微米，這樣可導致部件重量增加，使盤和其他支撐結構的設計更具挑戰性。這些涂層的大部分需要高溫(例如，大于500℃)步驟以沉積或促進涂層到合金中的足夠的相互擴散以實現粘附。許多人期望有這樣的涂層：(1)保護金屬不受氧化和腐蝕的影響；(2)能夠在任意幾何形狀上具有高的膜厚度和成分均勻性；(3)具有對金屬的高粘附力；(4)足夠薄以在裸金屬的當前設計實踐之外不會實質上增加重量或減少疲勞壽命，和/或(5)在足夠低的溫度(例如，500℃或更低)下沉積而不會引起金屬的微結構變化。

因此，需要改進的保護涂層和沉積保護涂層的改進方法。

發明內容

本公開內容的實施方式一般地涉及航空航天部件上的保護涂層和沉積保護涂層的方法。在一或多個實施方式中，一種在航空航天部件上沉積涂層的方法包括：將航空航天部件暴露于第一前驅物和第一反應物以通過化學氣相沉積(CVD)工藝或第一原子層沉積(ALD)工藝在航空航天部件的表面上形成第一沉積層；并且將航空航天部件暴露于第二前驅物和第二反應物以通過第二ALD工藝在第一沉積層上形成第二沉積層，其中第一沉積層和第二沉積層具有彼此不同的成分。