塗層、具有塗層的基材及施加抗腐蝕塗層的方法
2023-05-21 01:22:51
專利名稱：塗層、具有塗層的基材及施加抗腐蝕塗層的方法
技術領域：
本發明涉及包含黑色金屬鋁或黑色金屬鉻合金的塗層，所述合金一 與氧氣接觸就分別形成氧化鋁或氧化鉻皮，所述皮不透氧氣。這種類型的塗層特別與暴露於高溫的材料一起使用。這種材料的實 例為內燃機中的渦輪葉片、例如光電裝置、傳感器及類似物的電子設備中 的應用。例如，如果使用鎳鋁合金，則在較高溫度下會在表面上形成氧化 鋁，而原則上形成不透氧氣的皮，因此獲得對底層金屬的保護。然而，重 要的是在高溫下形成的這種氧化皮對底層金屬具有足夠的粘著力。在現有技術中，將另一保護層施加到塗層上。例如，在US 4,123,592 中，在施加所述塗層之後通過濺鍍而施加薄鉑層。由於將鉑施加到表面， 因此鋁的擴散速率得以增加，結果使表面迅速閉合以防破壞表面。
背景技術：
在US 6，183,888中還揭示一種塗層，對所述塗層施加了另一含鉑保護層。US 6,458,473 B1描述了一種由幾個層組成的塗層。 US 2003/0041928 Al描述對表面施加塗層並隨後在施加保護性氧化物 之前對表面進行拋光。鉑是在單獨步驟中被施加。US4,123,594描述由不同層組成且其中引入l-30。/。 (m/m)鉑或鈀的塗層。US 4,346，137描述由不同層組成的塗層，各層具有不同的膨脹係數。 US 3,918,139 A揭示一種方法，其中在單獨步驟中使5-10% (m/m)鉑沉積在塗層上。保護性氧化層與結合塗層之間的粘著是用稀土金屬達成。發明內容本發明的目標是提供一種塗層，其可在高溫下使用，其應用簡單、經 濟，並且其中在所述塗層上不必施加另外的保護層。換句話說，所述目的 是提供一種塗層，其中在加熱時形成對原始塗層具有良好粘著性的密封氧 化層。
具體實施方式
這個目標由具有權利要求l所述特徵的如上所述的塗層實現。鉑族金 屬(例如鉑、鈀或銠)至少接近塗層的自由界面，即面臨遠離整合到合金 中的底層基材(即形成合金的一部分)的塗層的一部分。與現有技術形成 對比，沒有提供施加到所述塗層上的另一層。所施加的合金原則上在施加 期間具有恆定組成，即始終施加同一百分數的鉑族金屬。以本身已知的方式，隨後將形成氧化鉻及/或氧化鋁層。僅需要較小百分數的鉑族金屬。將0.1% (m/m)的值描述為下限。將約0.5% (m/m)的值描述為最大值。已令人驚訝地發現，在使用這種合金時所形成的氧化物與原始塗層 之間的粘著性發生顯著改善。儘管對於本發明並不必要，但假定，不僅硫和碳的存在，而且鈉、鉀 或鈣的存在引起氧化層對塗層的粘著性降低，如所觀察到的。在形成合金 期間，這些物質可能以雜質形式以l ppm-0.1% (m/m)的量存在。例如， 可能提到將黑色金屬鉻合金或黑色金屬鋁合金熔融的熔爐的襯裡材料。假 定通過添加鉑或鈀，鈉、鉀或鈣得以固定在合金中。因此，鈉、鉀或鈣不 能擴散到界面，在所述界面中對所形成/待形成的氧化皮與合金之間的粘 著性產生不利影響。已經觀察到合金與氧化層之間的粘著力會因鈉、鉀或 鈣的存在而降低一半以上。"黑色金屬"在此理解為尤其與鐵合金、鎳合金和鈷合金相關。更 具體來說，在高溫下使用鎳合金，例如鎳鋁合金，且更具體來說，使用(3-鎳鋁合金。在渦輪機中，在溫度可達160(TC以上且葉片表面溫度為約1200 'C的情況下，使用如上所述的P-NiAl合金。在這樣的高溫下，形成為密封 氧化層形式的OC-Al203。在現有技術中，已觀察到這種氧化層的脫層。根據本發明，通過添加如上所述的鉑族合金，使其至少接近合金與 氧化皮之間的界面，已經發現這種氧化皮的粘著性得以顯著改善，同時仍 保證這種氧化皮不具滲透性。應理解在其他施加中也觀察到相同機制。在稍低溫度下，即高達900 °C，優選提供鎳或鐵與鉻的組合，在加熱時形成(^203。在較高溫度下， 即90(TC以上，優選將鋁添加到鐵、鎳或鈷中。本發明還涉及一種包含例如渦輪葉片的襯底材料和在其上施加的如
上所述的塗層的基材。任何其他襯底材料可代替渦輪葉片使用。本發明還涉及一種將抗腐蝕保護層施加到基材上的方法，其包含在 所述基材上沉積塗層，所述塗層包含黑色金屬鋁合金、黑色金屬鉻合金， 所述合金一與氧氣接觸就分別形成氧化鋁或氧化鉻皮，所述皮不透氧氣， 所述方法的特徵在於僅單一塗層沉積在所述基材上，其中所述塗層的合金含有0.1-0.5。/。(m/m)鉑族金屬和鈉、鉀或鈣。換句話說，在施加所塗層期 間添加如上所述的鉑族金屬。然而，這種添加是引入所述塗層中而不是施 加在所述塗層上。僅將提供保護性氧化皮的單一塗層施加到基材上。與目 前技術相比，通過單步驟施加可顯著降低成本。可用目前技術已知的任何方法實現這種塗層的施加。根據有利的實 施例，採用PVD或等離子噴塗。利用此處提到的技術，其中使保護性塗層生長，如果此時添加鉑合金 金屬，則可能改變生長期間鉑族金屬的濃度，即，詳細來說，可能在所述 層的前邊界生長時添加所需量的鉑或鈀。最後，這部分將首先轉化為氧化 鋁或氧化鉻。然而，鑑於有少量鉑族物質，出於成本思考，已經在首先沉 積層期間添加鉑族金屬並不重要。這種塗層的層厚度優選在50 pm與200 pm之間。當然，向所述塗層中添加目前技術中已知的物質或於其上施加另外 的層是可能的。閱讀上文後，熟悉本領域的技術人員將馬上明了各變體，其為顯而 易見的且屬於隨附權利要求書的範圍。
權利要求
1.一種塗層，其包含黑色金屬鋁或黑色金屬鉻合金，所述合金一與氧氣接觸就分別形成氧化鋁或氧化鉻皮，所述皮不透氧氣，所述方法的特徵在於所述塗層包含具有含鈉、鉀或鈣以及0.1-0.5％(m/m)鉑族金屬的均質組成的合金且所述合金的氧化層鄰近所述塗層。
2. 根據權利要求l所述的塗層，其中所述合金含有lppm-0.1W(m/m) 鈉、鉀或鈣。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的塗層，其中所述合金包含NiAl合金。
4. 一種基材，其包含支撐物和施加於其上的保護層，其中所述保護層 僅包含一個根據前述權利要求中任一項所述的塗層。
5. 根據權利要求4所述的基材，其包含渦輪葉片。
6. —種將抗腐蝕保護層施加到基材上的方法，其包含在所述基材上沉 積塗層，所述塗層包含黑色金屬鋁合金、黑色金屬鉻合金，所述合金一與 氧氣接觸就分別形成氧化鋁或氧化鉻皮，所述皮不透氧氣，所述方法的特 徵在於僅單一塗層沉積於所述基材上，其中所述塗層的合金含有 0.1-0.5% (m/m)鉬族金屬和鈉、鉀或l丐。
7. 根據權利要求6所述的方法，其包含在沉積過程期間添加鉑族金屬。
8. 根據權利要求6或7所述的方法，其包含PVD。
9. 根據權利要求7或8中任一項所述的方法，其包含等離子噴塗。
全文摘要
本發明涉及具有塗層的基材，例如渦輪葉片，所述塗層由加熱時形成密封氧化皮的材料組成。所述材料為黑色金屬鋁合金或黑色金屬鉻合金，其中所述氧化皮包含氧化鋁或氧化鉻。為了使所述皮與所述塗層之間的粘著性最佳，建議添加量為0.1-0.5％(m/m)的鉑族金屬，例如鉑或鈀。已經發現用所述方法獲得了較佳粘著性且消除了鈉、鉀或鈣的有害影響。
文檔編號C23C14/08GK101163813SQ200680009384
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月24日 優先權日2005年3月24日
發明者伊恩·約翰·班內特, 威廉·格瑞特·斯洛夫 申請人:荷蘭金屬研究所