專利名稱：涂層、具有涂層的基材及施加抗腐蝕涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含黑色金屬鋁或黑色金屬鉻合金的涂層，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。這種類型的涂層特別與暴露于高溫的材料一起使用。這種材料的實(shí) 例為內(nèi)燃機(jī)中的渦輪葉片、例如光電裝置、傳感器及類似物的電子設(shè)備中 的應(yīng)用。例如，如果使用鎳鋁合金，則在較高溫度下會(huì)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(duì)底層金屬的保護(hù)。然而，重 要的是在高溫下形成的這種氧化皮對(duì)底層金屬具有足夠的粘著力。在現(xiàn)有技術(shù)中，將另一保護(hù)層施加到涂層上。例如，在US 4,123,592 中，在施加所述涂層之后通過(guò)濺鍍而施加薄鉑層。由于將鉑施加到表面， 因此鋁的擴(kuò)散速率得以增加，結(jié)果使表面迅速閉合以防破壞表面。
背景技術(shù)：
在US 6，183,888中還揭示一種涂層，對(duì)所述涂層施加了另一含鉑保護(hù)層。US 6,458,473 B1描述了一種由幾個(gè)層組成的涂層。 US 2003/0041928 Al描述對(duì)表面施加涂層并隨后在施加保護(hù)性氧化物 之前對(duì)表面進(jìn)行拋光。鉑是在單獨(dú)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)鉑或鈀的涂層。US 4,346，137描述由不同層組成的涂層，各層具有不同的膨脹系數(shù)。 US 3,918,139 A揭示一種方法，其中在單獨(dú)步驟中使5-10% (m/m)鉑沉積在涂層上。保護(hù)性氧化層與結(jié)合涂層之間的粘著是用稀土金屬達(dá)成。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種涂層，其可在高溫下使用，其應(yīng)用簡(jiǎn)單、經(jīng) 濟(jì)，并且其中在所述涂層上不必施加另外的保護(hù)層。換句話說(shuō)，所述目的 是提供一種涂層，其中在加熱時(shí)形成對(duì)原始涂層具有良好粘著性的密封氧 化層。
具體實(shí)施方式
這個(gè)目標(biāo)由具有權(quán)利要求l所述特征的如上所述的涂層實(shí)現(xiàn)。鉑族金 屬(例如鉑、鈀或銠)至少接近涂層的自由界面，即面臨遠(yuǎn)離整合到合金 中的底層基材(即形成合金的一部分)的涂層的一部分。與現(xiàn)有技術(shù)形成 對(duì)比，沒(méi)有提供施加到所述涂層上的另一層。所施加的合金原則上在施加 期間具有恒定組成，即始終施加同一百分?jǐn)?shù)的鉑族金屬。以本身已知的方式，隨后將形成氧化鉻及/或氧化鋁層。僅需要較小百分?jǐn)?shù)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(fā)現(xiàn)，在使用這種合金時(shí)所形成的氧化物與原始涂層 之間的粘著性發(fā)生顯著改善。盡管對(duì)于本發(fā)明并不必要，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(duì)涂層的粘著性降低，如所觀察到的。在形成合金 期間，這些物質(zhì)可能以雜質(zhì)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里材料。假 定通過(guò)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(kuò)散到界面，在所述界面中對(duì)所形成/待形成的氧化皮與合金之間的粘 著性產(chǎn)生不利影響。已經(jīng)觀察到合金與氧化層之間的粘著力會(huì)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(guān)。更 具體來(lái)說(shuō)，在高溫下使用鎳合金，例如鎳鋁合金，且更具體來(lái)說(shuō)，使用(3-鎳鋁合金。在渦輪機(jī)中，在溫度可達(dá)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(xiàn)有技術(shù)中，已觀察到這種氧化層的脫層。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)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(jīng)發(fā)現(xiàn)這種氧化皮的粘著性得以顯著改善，同時(shí)仍 保證這種氧化皮不具滲透性。應(yīng)理解在其他施加中也觀察到相同機(jī)制。在稍低溫度下，即高達(dá)900 °C，優(yōu)選提供鎳或鐵與鉻的組合，在加熱時(shí)形成(^203。在較高溫度下， 即90(TC以上，優(yōu)選將鋁添加到鐵、鎳或鈷中。本發(fā)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
上所述的涂層的基材。任何其他襯底材料可代替渦輪葉片使用。本發(fā)明還涉及一種將抗腐蝕保護(hù)層施加到基材上的方法，其包含在 所述基材上沉積涂層，所述涂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， 所述方法的特征在于僅單一涂層沉積在所述基材上，其中所述涂層的合金含有0.1-0.5。/。(m/m)鉑族金屬和鈉、鉀或鈣。換句話說(shuō)，在施加所涂層期 間添加如上所述的鉑族金屬。然而，這種添加是引入所述涂層中而不是施 加在所述涂層上。僅將提供保護(hù)性氧化皮的單一涂層施加到基材上。與目 前技術(shù)相比，通過(guò)單步驟施加可顯著降低成本?？捎媚壳凹夹g(shù)已知的任何方法實(shí)現(xiàn)這種涂層的施加。根據(jù)有利的實(shí) 施例，采用PVD或等離子噴涂。利用此處提到的技術(shù)，其中使保護(hù)性涂層生長(zhǎng)，如果此時(shí)添加鉑合金 金屬，則可能改變生長(zhǎng)期間鉑族金屬的濃度，即，詳細(xì)來(lái)說(shuō)，可能在所述 層的前邊界生長(zhǎng)時(shí)添加所需量的鉑或鈀。最后，這部分將首先轉(zhuǎn)化為氧化 鋁或氧化鉻。然而，鑒于有少量鉑族物質(zhì)，出于成本思考，已經(jīng)在首先沉 積層期間添加鉑族金屬并不重要。這種涂層的層厚度優(yōu)選在50 pm與200 pm之間。當(dāng)然，向所述涂層中添加目前技術(shù)中已知的物質(zhì)或于其上施加另外 的層是可能的。閱讀上文后，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將馬上明了各變體，其為顯而 易見(jiàn)的且屬于隨附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種涂層，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，所述方法的特征在于所述涂層包含具有含鈉、鉀或鈣以及0.1-0.5％(m/m)鉑族金屬的均質(zhì)組成的合金且所述合金的氧化層鄰近所述涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的涂層，其中所述合金含有l(wèi)ppm-0.1W(m/m) 鈉、鉀或鈣。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層，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于其上的保護(hù)層，其中所述保護(hù)層 僅包含一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基材，其包含渦輪葉片。
6. —種將抗腐蝕保護(hù)層施加到基材上的方法，其包含在所述基材上沉 積涂層，所述涂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 征在于僅單一涂層沉積于所述基材上，其中所述涂層的合金含有 0.1-0.5% (m/m)鉬族金屬和鈉、鉀或l丐。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其包含在沉積過(guò)程期間添加鉑族金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其包含PVD。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的方法，其包含等離子噴涂。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有涂層的基材，例如渦輪葉片，所述涂層由加熱時(shí)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涂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(jīng)發(fā)現(xiàn)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(hào)C23C14/08GK101163813SQ200680009384
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者伊恩·約翰·班內(nèi)特, 威廉·格瑞特·斯洛夫 申請(qǐng)人:荷蘭金屬研究所