專利名稱：承受高溫的物件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防氧化涂層，尤其涉及具有在高溫氧化環(huán)境中防失效的涂層的物件以及在高溫氧化環(huán)境中保護(hù)物件的方法。
背景技術(shù)：
鎳(Ni)基、鈷(Co)基、和鐵(Fe)基合金通常用于形成設(shè)計成在高溫氧化環(huán)境中使用的物件。這種物件包括用于渦輪機(jī)系統(tǒng)中的構(gòu)件，該渦輪機(jī)系統(tǒng)包括但不限于航空用渦輪機(jī)、陸基渦輪機(jī)、船基渦輪機(jī)等。為了承受這種環(huán)境，由這些合金制成的物件需要涂層來保護(hù)下層的合金以避免氧化和/或熱腐蝕。該涂層通常是鎳鋁互化物(NiAl)基材料，如果采用了隔熱外涂層，則所使用的該涂層附著到隔熱外涂層上。
鎳鋁互化物基涂層的性能受到表面連接涂層的缺陷、裂紋和可透過氧氣的再生相發(fā)紋的不利影響。因此非常希望減小這種缺陷。噴丸處理和噴丸硬化處理在較低程度上可成功地修復(fù)缺陷；但是這種技術(shù)引入了額外的涂層破壞的風(fēng)險。
除了表面缺陷，用于使鎳鋁互化物基涂層沉積的物理氣相沉積過程(也稱為“PVD”)通常導(dǎo)致在沉積過程中鋁的損耗。試圖通過調(diào)節(jié)PVD源材料的成分或使用后-PVD氣相鋁互化過程來補(bǔ)償鋁的損耗。這種補(bǔ)救措施的效果受限于PVD源的可鑄性和延展性、涂層的附著性、涂層雜質(zhì)、和化學(xué)控制所產(chǎn)生的問題。
在這種鎳鋁互化物基涂層中，現(xiàn)有的方法在修復(fù)表面缺陷或補(bǔ)償鋁損耗方面不成功。因此，鎳鋁互化物基涂層通常不能提供對下層的合金襯底足夠的保護(hù)。所以，需要提供一種可向在高溫強(qiáng)氧化的環(huán)境中的金屬物件提供保護(hù)的涂層。也需要提供一種具有這種保護(hù)涂層的物件。最后，還需要提供一種在物件上設(shè)置這種保護(hù)涂層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例滿足了這些和其它的需要。第一實施例是一物件，該物件包括金屬襯底；和設(shè)置在該襯底上的基本上單相的涂層，其中該涂層包括鎳(Ni)和原子百分比至少約為30％的鋁(Al)，并且該涂層還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層的外表面處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層和該襯底之間的界面處的第二鋁濃度水平；其中第一鋁濃度水平大于第二鋁濃度水平，并且第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
第二實施例是用于保護(hù)物件的涂層，該涂層包括設(shè)置在襯底上的基本上為單相的涂層，其中該涂層包括包括鎳(Ni)和原子百分比至少約為30％的鋁(Al)，并且該涂層還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層的外表面處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層和該襯底之間的界面處的第二鋁濃度水平；其中第一鋁濃度水平大于第二鋁濃度水平，并且第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
第三實施例是一種保護(hù)物件免受高溫氧化環(huán)境影響的方法，該方法包括提供襯底；將第一涂敷層設(shè)置到該襯底上，其中該第一涂敷層包括鎳(Ni)和鋁(Al)；以及將第二涂敷層設(shè)置到該第一涂敷層上，其中該第二涂敷層包括原子百分比至少約為90％的鋁。


通過閱讀以下的詳細(xì)描述并參照附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面、優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的物件，在附圖中圖1是本發(fā)明的物件的截面示意圖。
具體實施例方式
在以下的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相應(yīng)的物件。還應(yīng)當(dāng)理解，例如“頂”、“底”“外”“內(nèi)”等術(shù)語是適當(dāng)?shù)挠谜Z并且不能理解具有限定含義。
大致參照附圖并特別參照圖1，應(yīng)當(dāng)理解該附圖用于描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且該附圖不用于限定本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的物件100的截面示意圖。物件100可以是暴露于高溫(即大于500℃)氣體環(huán)境的部件。物件100的示例包括但不限于例如燃?xì)鉁u輪機(jī)組件的渦輪機(jī)葉片、燃燒室和渦輪盤等的部件。
物件100包括金屬襯底102和涂層104(在此也稱為“反應(yīng)后的涂敷層104”)，該涂層設(shè)置在金屬襯底102的至少一個表面上。金屬襯底102通常包括鎳基、鈷基、和鐵基合金中的至少一種。優(yōu)選的是，金屬襯底102包括鎳、鐵、和鈷中的一種的超合金。
涂層104用于保護(hù)該襯底102不受在渦輪機(jī)組件、反應(yīng)堆、鍋爐等的構(gòu)件中的強(qiáng)氧化環(huán)境的影響。涂層104基本上是單相的，這意味著涂層體積的至少80％包括單相。在一個實施例中，涂層104的單相包括具有B2型晶體結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物。涂層104包括鎳(Ni)和原子百分比至少為30％的鋁(Al)。在涂層104中的鋁的濃度從在涂層104的外表面106處的第一濃度變化到在涂層104和襯底102之間的界面108處的第二濃度，其中鋁的第一濃度大于鋁的第二濃度。這樣，涂層104的鋁的濃度在穿過其厚度的方向上具有濃度梯度。第二濃度為至少30％的原子百分比。在涂層中的鋁濃度具有的梯度有利地在該涂層的外表面106表面處提供富含鋁的材料，在該處例如氧化作用的降解機(jī)理使得材料中的抗氧化成分減少，該成分例如為鋁。這樣，在鋁濃度中的梯度通過在最需要的區(qū)域中放置更多的鋁從而強(qiáng)化了該涂層的抗氧化作用。
在其它實施例中，涂層104還包括鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈷(Co)、和鐵(Fe)中的至少一種。如果鈷和鐵存在于涂層中，鈷和鐵通常用來代替Ni，并且鈷和鐵在涂層104中的濃度均達(dá)到約20％原子百分比。在一些實施例中，鉻存在于涂層104中的濃度達(dá)到約15％原子百分比，以便進(jìn)一步強(qiáng)化涂層104的抗氧化作用。在特殊實施例中，鉻存在于涂層104中的濃度在約4％原子百分比到約12％原子百分比的范圍內(nèi)。在一些實施例中，鋯存在于涂層104中的濃度達(dá)到約2％原子百分比，以便進(jìn)一步強(qiáng)化涂層的機(jī)械特性和抗氧化特性。在一個實施例中，鋯存在于涂層104中的濃度在約0.2％原子百分比到約0.8％原子百分比的范圍內(nèi)。
在特殊實施例中，涂層104包括具有B2型晶體結(jié)構(gòu)的基本上單相的鎳鋁互化物。該實施例的涂層104包括鎳、鉻、鋯、原子百分比達(dá)到約20％的鈷、原子百分比達(dá)到約20％的鐵、以及原子百分比至少為30％的鋁。如上所述，鋁在穿過涂層104的厚度方向上具有濃度梯度。鋁的濃度從在涂層104的外表面106處的第一濃度變化到在涂層104和襯底102之間的界面108處的第二濃度。
涂層104除了包含鉻、鋯、鈷、和鐵中的至少一種之外還包括從由鉿(Hf)、釔(Y)、硅(Si)、鈦(Ti)、鑭(La)、鈰(Ce)、鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一個元素；在所選擇的實施例中，存在于涂層104中的該至少一個元素的濃度達(dá)到約3％原子百分比。涂層104還可包括原子百分比大約為0.1％的碳和硼中的至少一種。
涂層104具有大于約10微米的厚度，例如在一些實施例中在大約10-100微米的范圍內(nèi)。在一個實施例中，涂層104的厚度在大約25-75微米的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解特定涂層厚度的選擇取決于特定因素，例如預(yù)期暴露溫度、所需工作壽命、加工成本等。在特定實施例中，物件100還包括設(shè)置在涂層之上以加強(qiáng)熱保護(hù)的隔熱涂層(未示出)。在特定實施例中，該隔熱涂層包括陶瓷材料，例如釔穩(wěn)定的氧化鋯。
涂層104可通過在襯底102上第一涂敷層的第一沉積從而形成在襯底102上，該第一涂敷層包括鎳和鋁。第一涂敷層通過等離子沉積、電子束物理氣相沉積、熱噴涂沉積、和等離子噴涂沉積以及其組合形式中的一種來進(jìn)行沉積。
鉻、鋯、鈷、和鐵中的至少一種還可通過以上技術(shù)從而沉積在第一層中。鉻存在于該第一層中的濃度達(dá)到大約15％原子百分比。在一個實施例中，鉻存在于第一層中的濃度在約4％原子百分比到約12％原子百分比的范圍內(nèi)。鋯存在于第一層中的濃度達(dá)到約2％原子百分比。在一個實施例中，鋯存在于第一層中的濃度在約0.2％原子百分比到約0.8％原子百分比的范圍內(nèi)。鈷和鐵存在于第一層中的濃度均達(dá)到20％原子百分比。除了包含鉻、鋯、鈷、和鐵中的至少一種之外，該第一層還包括鉿、釔、硅、鈦、鑭、鈰、和鉭中的至少一種。
該第一涂敷層具有大于約100微米的厚度。在一個實施例中該第一層的厚度在大約10-100微米的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，第一層的厚度在大約25-75微米的范圍內(nèi)。
第二涂敷層隨后使用例如但不限于電子束物理氣相沉積、等離子沉積的物理氣相沉積技術(shù)從而沉積第一涂敷層上，該第二涂敷層包括原子百分比至少為90％的鋁。在一個實施例中，該第二層包括原子百分比至少為95％的鋁。在再一實施例中，該第二層大致由鋁構(gòu)成。第二層具有至少約5微米的厚度。在一個實施例中，第二層具有的厚度在大約5-25微米的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的再一實施例中，第二涂敷層與第一涂敷層發(fā)生反應(yīng)，以形成反應(yīng)后的涂敷層104(也稱為涂層104)。在一個實施例中，通過將第一涂敷層、第二涂敷層和襯底102熱處理到大約700-1200℃經(jīng)過大約0.5-4小時的時間段，以便使第一層與第二層發(fā)生反應(yīng)，從而形成反應(yīng)后的涂敷層104。在進(jìn)行如上所述的第二層的沉積之后實施該熱處理步驟?；蛘?，可通過在沉積第二涂敷層的過程中在現(xiàn)場加熱從而使第一層與第二層發(fā)生反應(yīng)，以便形成涂層104。在現(xiàn)場的加熱導(dǎo)致主要由鋁形成的第二涂敷層擴(kuò)散到第一涂敷層；主要是鋁的材料隨后與第一涂敷層反應(yīng)，以形成涂層104。這種現(xiàn)場加熱可由在第二層的物理氣相沉積過程中的電子束加熱來實現(xiàn)，或由在第二層的等離子沉積過程中對襯底102施加偏置電壓來實現(xiàn)。在一些實施例，通過使第一涂敷層與第二涂敷層反應(yīng)而形成的涂層104基本上是單相，該單相包括具有B2晶體結(jié)構(gòu)的金屬間的鋁互化物。該第二涂敷層在第一涂敷層上提供了富含鋁的罩，由于覆蓋了在涂層104中的上述微結(jié)構(gòu)的缺陷，例如表面連接的涂層缺陷、裂紋、和可透過氧氣的再生相發(fā)紋，并且增加了在涂層104中的鋁含量，從而改善高溫涂層的性能。
在特定實施例中，隔熱涂層設(shè)置在第二涂敷層和反應(yīng)后的涂敷層104中的一個上。隔熱涂層設(shè)置在第二涂敷層或設(shè)置在反應(yīng)后的涂敷層上由第一和第二涂敷層發(fā)生反應(yīng)的處理步驟以及設(shè)置該隔熱涂層的處理步驟中的順序來確定。如果反應(yīng)步驟對于特定實施例是所希望的，則隔熱涂層可在第一和第二涂敷層發(fā)生反應(yīng)之前或之后施加。在特殊實施例中，該隔熱涂層是陶瓷，例如釔穩(wěn)定的氧化鋯。
本發(fā)明的實施例還包括用于保護(hù)物件的方法，該物件例如但不限于在高溫氧化環(huán)境中的燃?xì)鉁u輪機(jī)組件的部件。這種部件包括渦輪機(jī)葉片、燃燒室和渦輪盤，并且典型地包括鎳基合金、鈷基合金、和鐵基合金中的至少一種。在一個實施例中，鎳基合金、鈷基合金、和鐵基合金是超合金。該方法包括提供襯底和依據(jù)以上描述的用于形成涂層的工藝來設(shè)置本發(fā)明的涂層，其包括將第一涂敷層設(shè)置到該襯底上，其中該第一涂敷層包括鎳(Ni)和鋁(Al)，并將第二涂敷層設(shè)置到該第一涂敷層上，其中該第二涂敷層包括原子百分比至少為90％的鋁。以上所描述的對于第一和第二層的厚度和成分的各種替代形式可適用于本發(fā)明的方法實施例。
在一個特殊實施例中，用于保護(hù)在高溫氧化環(huán)境中的物件的方法包括以下步驟首先提供金屬襯底；在該金屬襯底上設(shè)置第一涂敷層，該第一涂敷層包括鎳、鋁、鉻、鋯、原子百分比達(dá)到約20％的鈷、和原子百分比達(dá)到約20％的鐵。如上所述，鋁在穿過涂層104的厚度方向上具有濃度梯度；通過使用包括但不限于等離子沉積、電子束物理氣相沉積的物理氣相沉積技術(shù)，從而將大致由鋁構(gòu)成的第二涂敷層設(shè)置到該第一涂敷層上；并且使該第一涂敷層與該第二涂敷層發(fā)生反應(yīng)，以形成基本上單相的反應(yīng)后的涂敷層，該涂敷層包括具有B2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物，該反應(yīng)后的涂敷層具有鋁濃度梯度，該梯度從在該反應(yīng)后的涂敷層的外表面處的第一鋁濃度水平延伸到在該反應(yīng)后的涂敷層和該襯底102之間的界面處的鋁原子百分比至少為約30％的第二鋁濃度水平，其中該第一鋁濃度水平大于該第二鋁濃度水平。
示例以下描述用于進(jìn)一步說明本發(fā)明的特定示例性實施例，并且不能理解為對本發(fā)明的限定。兩組超合金襯底均通過使用等離子沉積(IPD)涂敷有大約40微米厚的NiCrAlZr合金層。在一個組中，在此稱為“組A”，涂層成分以原子百分比為約33％的Al、約10％的Cr、約0.5％Zr、以及其余的Ni。在另一個組中，在此稱為“組B”，涂層成分以原子百分比為約35％的Al、約5％的Cr、約1.2％Zr、以及其余的Ni。對于每一組涂敷的襯底，亞組進(jìn)一步通過使用等離子沉積(IPD)涂敷有大約10微米后的大致由鋁構(gòu)成的材料層。在沉積之后，該涂敷的樣品經(jīng)過兩小時在1100℃下的真空熱處理，以形成單相的B2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物的反應(yīng)后涂敷層。
所有樣品在空氣中通過每一循環(huán)3分鐘的1175℃熱循環(huán)來處理該樣品，直到在襯底在開始出現(xiàn)氧化點(diǎn)，由此表明涂層失效。沒有經(jīng)過附加鋁涂敷步驟的組A的樣品在162-260次循環(huán)的范圍內(nèi)失效，而經(jīng)過了附加鋁涂敷步驟的組A的樣品在380-440次循環(huán)的范圍內(nèi)失效。沒有經(jīng)過附加鋁涂敷步驟的組B的樣品在227-237次循環(huán)的范圍內(nèi)失效，而經(jīng)過了附加鋁涂敷步驟的組B的樣品在400-429次循環(huán)的范圍內(nèi)失效。
盡管以說明為目的詳細(xì)描述了典型的實施例，但上述描述不應(yīng)理解為對本發(fā)明的范圍的限定。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種變型、改變和替換。
部件表物件100襯底102涂層104(“反應(yīng)后的涂敷層”104)外表面106界面108
權(quán)利要求
1.一種物件(100)，其包括金屬襯底(102)；和設(shè)置在所述襯底(102)上的基本上單相的涂層(104)，其中該涂層(104)包括鎳(Ni)和原子百分比至少約為30％的鋁(Al)，并且該涂層(104)還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平；其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
2.如權(quán)利要求1所述的物件(100)，其特征在于，其還包括鉻(Cr)、鋯(Zr)、原子百分比達(dá)到約20％的鈷(Co)、和原子百分比達(dá)到約20％的鐵(Fe)中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述的物件(100)，其特征在于，所述Cr以原子百分比達(dá)到約15％的濃度存在。
4.如權(quán)利要求3所述的物件(100)，其特征在于，所述Cr以原子百分比在大約4-12％的范圍內(nèi)的濃度存在。
5.如權(quán)利要求2所述的物件(100)，其特征在于，所述Zr以原子百分比達(dá)到約2％的濃度存在。
6.如權(quán)利要求5所述的物件(100)，其特征在于，所述Zr以原子百分比在大約0.2-0.8％的范圍內(nèi)的濃度存在。
7.如權(quán)利要求2所述的物件(100)，其特征在于，該涂層(104)還包括從一組包括鉿(Hf)、釔(Y)、硅(Si)、鈦(Ti)、鑭(La)、鈰(Ce)、和鉭(Ta)中選擇的至少一種元素。
8.如權(quán)利要求7所述的物件(100)，其特征在于，所述至少一種元素以原子百分比達(dá)到約3％的濃度存在。
9.如權(quán)利要求2所述的物件(100)，其特征在于，該涂層(104)還包括原子百分比達(dá)到大約0.1％的碳和硼中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的物件(100)，其特征在于，該涂層(104)具有大于約10微米的厚度。
11.如權(quán)利要求10所述的物件(100)，其特征在于，所述厚度在大約10-100微米的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的物件(100)，其特征在于，所述厚度在大約25-75微米的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述襯底(102)包括鎳基合金、鈷基合金、和鐵基合金中的至少一種。
14.如權(quán)利要求13所述的物件(100)，其特征在于，所述襯底(102)包括超合金。
15.如權(quán)利要求14所述的物件(100)，其特征在于，所述襯底(102)包括燃?xì)鉁u輪機(jī)組件的部件。
16.如權(quán)利要求15所述的物件(100)，其特征在于，所述部件包括渦輪機(jī)葉片、渦輪盤、和燃燒室中的至少一個。
17.如權(quán)利要求1所述的物件(100)，其特征在于，所述涂層(104)的所述單相包括具有B-2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物(NiAl)相。
18.一種物件(100)，其包括金屬襯底(102)；和設(shè)置在該襯底(102)上的基本上為單相的具有B2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物涂層(104)，其中該涂層(104)包括Ni、Cr、Zr、原子百分比達(dá)到約20％的Co、原子百分比達(dá)到約20％的Fe、以及原子百分比至少約為30％的Al，并且該涂層(104)還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平；其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
19.一種用于保護(hù)物件(100)的涂層(104)，所述涂層(104)包括設(shè)置在襯底(102)上的基本上為單相的涂層(104)，其中該涂層(104)包括包括鎳(Ni)和原子百分比至少約為30％的鋁(Al)，并且該涂層(104)還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平，其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
20.如權(quán)利要求19所述的涂層(104)，其特征在于，其還包括鉻(Cr)、鋯(Zr)、原子百分比達(dá)到約20％的鈷(Co)、和原子百分比達(dá)到約20％的鐵(Fe)中的至少一種。
21.如權(quán)利要求19所述的涂層(104)，其特征在于，所述Cr以原子百分比達(dá)到約15％的濃度存在。
22.如權(quán)利要求21所述的涂層(104)，其特征在于，所述Cr以原子百分比在大約4-12％的范圍內(nèi)的濃度存在。
23.如權(quán)利要求20所述的涂層(104)，其特征在于，所述Zr以原子百分比達(dá)到約2％的濃度存在。
24.如權(quán)利要求23所述的涂層(104)，其特征在于，所述Zr以原子百分比在大約0.2-0.8％的范圍內(nèi)的濃度存在。
25.如權(quán)利要求20所述的涂層(104)，其特征在于，該涂層(104)還包括從一組包括鉿(Hf)、釔(Y)、硅(Si)、鈦(Ti)、鑭(La)、鈰(Ce)、和鉭(Ta)中選擇的至少一種元素。
26.如權(quán)利要求25所述的涂層(104)，其特征在于，所述至少一種元素以原子百分比達(dá)到約3％的濃度存在。
27.如權(quán)利要求20所述的涂層(104)，其特征在于，該涂層(104)還包括原子百分比達(dá)到大約0.1％的碳和硼中的至少一種。
28.如權(quán)利要求19所述的涂層(104)，其特征在于，該涂層(104)具有大于約10微米的厚度。
29.如權(quán)利要求28所述的涂層(104)，其特征在于，所述厚度在大約10-100微米的范圍內(nèi)。
30.如權(quán)利要求29所述的涂層(104)，其特征在于，所述厚度在大約25-75微米的范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求19所述的涂層(104)，其特征在于，所述涂層(104)的所述單相包括具有B-2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物(NiAl)相。
32.一種用于保護(hù)物件(100)的涂層(104)，所述涂層(104)包括設(shè)置在襯底(102)上的基本上為單相的具有B2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物涂層(104)，其中該涂層(104)包括Ni、Cr、Zr、原子百分比達(dá)到約20％的Co、原子百分比達(dá)到約20％的Fe、以及原子百分比至少約為30％的Al，并且該涂層(104)還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平；其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
33.一種用于保護(hù)物件(100)免受高溫氧化環(huán)境影響的方法，該方法包括提供襯底(102)；將第一涂敷層(104)設(shè)置到該襯底(102)上，其中該第一涂敷層(104)包括鎳(Ni)和鋁(Al)；以及將第二涂敷層(104)設(shè)置到該第一涂敷層(104)上，其中該第二涂敷層(104)包括原子百分比至少約為90％的鋁。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第二涂敷層(104)包括通過使用從一組包括等離子沉積和電子束物理氣相沉積中選擇的物理氣相沉積技術(shù)從而設(shè)置該第二層。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第二涂敷層(104)包括設(shè)置這樣的一層，該層包括原子百分比至少約為95％的鋁。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第二涂敷層(104)包括設(shè)置一主要由鋁形成的層。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第二涂敷層(104)包括設(shè)置一厚度至少為約5微米的層。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述厚度在大約5-20微米的范圍內(nèi)。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第一層包括使用從一組包括等離子沉積、電子束物理氣相沉積、熱噴涂沉積、和等離子噴涂沉積中選擇的技術(shù)來設(shè)置該第一層。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第一層包括設(shè)置第一層，該第一層還包括鉻(Cr)、鋯(Zr)、原子百分比達(dá)到約20％的鈷(Co)、和原子百分比達(dá)到約20％的鐵(Fe)中的至少一種。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述Cr以原子百分比達(dá)到約15％的濃度存在于該第一層中。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述Cr以原子百分比在大約4-12％的范圍內(nèi)的濃度存在于該第一層中。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述Zr以原子百分比達(dá)到約2％的濃度存在于該第一層中。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述Zr以原子百分比在大約0.2-0.8％的范圍內(nèi)的濃度存在。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第一層包括設(shè)置這樣的第一層，該第一層包括從一組包括鉿(Hf)、釔(Y)、硅(Si)、鈦(Ti)、鑭(La)、鈰(Ce)、和鉭(Ta)中選擇的至少一種元素。
46.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置該第一涂敷層(104)包括設(shè)置一具有大于約10微米的厚度的層。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述厚度在大約10-100微米的范圍內(nèi)。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述厚度在大約25-75微米的范圍內(nèi)。
49.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，其還包括使該第一涂敷層(104)與該第二涂敷層(104)反應(yīng)，以形成一反應(yīng)后的涂敷層(104)。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述涂敷層(104)包括一基本上為單相的涂層(104)，該涂層包括鋁的金屬間互化物。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)后的涂敷層(104)的所述單相包括具有B-2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物(NiAl)相。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)后的涂敷層(104)還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從在該反應(yīng)后的涂敷層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂敷層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平，其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
53.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)包括對所述第一層和所述第二層熱處理。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，熱處理包括在所述第二涂敷層(104)的沉積過程中在現(xiàn)場加熱所述襯底(102)。
55.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，提供所述襯底(102)包括提供鎳基合金、鈷基合金、和鐵基合金中的至少一種。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，提供所述襯底(102)包括提供超合金。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，提供所述超合金包括提供燃?xì)鉁u輪機(jī)組件的部件。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，提供所述部件包括提供渦輪機(jī)葉片、渦輪盤、和燃燒室中的至少一個。
59.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，其還包括在所述第一涂敷層和所述第二涂敷層中的至少一個(104)之上設(shè)置隔熱涂層。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述隔熱涂層包括設(shè)置陶瓷材料。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述陶瓷材料包括設(shè)置包括釔穩(wěn)定的氧化鋯的材料。
62.一種用于保護(hù)物件(100)免受高溫氧化環(huán)境的影響的方法，所述方法包括以下步驟提供金屬襯底(102)；在該襯底(102)上設(shè)置第一涂敷層(104)，其中該第一涂敷層(104)包括鎳(Ni)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、原子百分比達(dá)到約20％的鈷(Co)、和原子百分比達(dá)到約20％的鐵(Fe)；通過使用從一組包括等離子沉積和電子束物理氣相沉積中選擇的物理氣相沉積技術(shù)從而在該第一涂敷層(104)上設(shè)置第二涂敷層(104)，其中所述第二涂敷層(104)主要由鋁形成；和使該第一涂敷層(104)與該第二涂敷層(104)發(fā)生反應(yīng)，以形成基本上單相的反應(yīng)后的涂敷層(104)，該涂敷層包括具有B2型結(jié)構(gòu)的鎳鋁互化物，并且還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從在該反應(yīng)后的涂敷層(104)的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂敷層(104)和該襯底(102)之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平，其中所述第一鋁濃度水平大于所述第二鋁濃度水平，并且所述第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種涂敷的物件(100)、一種用于保護(hù)物件(100)的涂層(104)、和一種用于保護(hù)物件(100)的方法。該物件包括金屬襯底(102)和設(shè)置在該襯底上的基本上單相的涂層(104)，其中該涂層包括鎳(Ni)和原子百分比至少約為30％的鋁(Al)；并且該涂層還包括在鋁成分中具有的梯度，該梯度從該涂層的外表面(106)處的第一鋁濃度水平延伸到在該基本上單相的涂層和該襯底之間的界面(108)處的第二鋁濃度水平；其中第一鋁濃度水平大于第二鋁濃度水平，并且第二鋁濃度水平為原子百分比至少約為30％的鋁。
文檔編號C23C4/08GK1477230SQ0314809
公開日2004年2月25日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者J·-C·趙, J -C 趙, D·M·利普金, 利普金 申請人:通用電氣公司