一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法，包括依次進(jìn)行的如下步驟：對(duì)工件的內(nèi)外表面進(jìn)行凈化處理，然后將凈化后的工件和捐獻(xiàn)材料放入反應(yīng)罐中，捐獻(xiàn)材料為AlCr顆?；騍i粉和AlCr顆粒的混合物；將反應(yīng)罐抽真空，然后充入氬氣至反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為1～2毫巴；對(duì)反應(yīng)罐進(jìn)行預(yù)熱處理，然后向反應(yīng)罐中充入氫氣和氯化氫氣體至反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為800～1000毫巴；將反應(yīng)罐加熱至900℃～1100℃，然后保溫1～2小時(shí)，在工件的表面形成Al滲層或Al-Si共滲層，即涂層。本發(fā)明通過將氯化氫和含Al捐獻(xiàn)材料反應(yīng)獲得富鋁涂層，提高了工件的耐腐蝕和耐高溫性能，并且該方法操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，且生產(chǎn)效率高。
【專利說明】一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涂層制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大量空心復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如內(nèi)腔具有復(fù)雜的冷卻空氣通道的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等，其長(zhǎng)期使用的結(jié)果表明，雖然空心復(fù)雜結(jié)構(gòu)的冷卻內(nèi)腔同復(fù)雜結(jié)構(gòu)外表面相比，經(jīng)受較低的工作溫度、氣流沖刷、熱腐蝕、高溫氧化和熱循環(huán)作用，但由復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)腔通道首先引起的腐蝕是限制涂層復(fù)雜結(jié)構(gòu)壽命的一個(gè)顯著特征。因此，對(duì)內(nèi)腔部位進(jìn)行有效的防護(hù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的使用壽命和可靠性。
[0003]在復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)腔表面施加保護(hù)涂層，降低合金的腐蝕速率，是延長(zhǎng)空心復(fù)雜結(jié)構(gòu)使用壽命的有效和可行的辦法。由于高效氣冷空心結(jié)構(gòu)內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)的復(fù)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(shù)不能進(jìn)行空心復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)腔冷卻通道的涂層防護(hù)。
[0004]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(xù)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(jī)理，也可以對(duì)材料的進(jìn)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:3A1C1 — 2A1+A1C13o

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法，從而使得工件壽命延長(zhǎng)。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]—種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法，包括依次進(jìn)行的如下步驟:
[0008](1)、對(duì)所述工件的內(nèi)外表面進(jìn)行凈化處理，然后將凈化后的工件和捐獻(xiàn)材料放入反應(yīng)罐中，所述的捐獻(xiàn)材料為AlCr顆?；騍i粉和AlCr顆粒的混合物；
[0009](2)、將所述的反應(yīng)罐抽真空至所述的反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為I~2毫巴；
[0010](3)、對(duì)所述的反應(yīng)罐進(jìn)行預(yù)熱處理，然后向所述的反應(yīng)罐中充入氫氣和氯化氫氣體至所述的反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為800~1000毫巴；
[0011](4)、將所述的反應(yīng)罐加熱至900°C~1100°C，然后保溫I~2小時(shí)，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。
[0012]優(yōu)選地,所述工件的基材為純鎳或鎳基合金。
[0013]在本發(fā)明中，氯化氫氣體與捐獻(xiàn)材料反應(yīng)生成A1C1，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(yīng)生成NiAl金屬間化合物；如果捐獻(xiàn)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(yōu)越。對(duì)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。
[0014]優(yōu)選地，步驟(1)中的凈化處理的具體步驟為:先對(duì)所述工件的外表面采用噴砂處理，內(nèi)表面采用粒子流工藝處理，然后對(duì)所述工件的內(nèi)外表面進(jìn)行超聲波清洗。
[0015]在本發(fā)明中，對(duì)工件進(jìn)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(jìn)行凈化處理后，搬運(yùn)工件時(shí)，需要使用清潔的工具，以免沾染灰塵和手印，發(fā)生二次污染。
[0016]優(yōu)選地，所述的AlCr捐獻(xiàn)材料的平均直徑為9~11毫米。
[0017]優(yōu)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。
[0018]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述的預(yù)熱處理的預(yù)熱溫度為180°C~220°C。
[0019]優(yōu)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。
[0020]在本發(fā)明中，調(diào)節(jié)氫氣和氯化氫氣體的比值可以控制涂層反應(yīng)的速度，優(yōu)選地采用氫氣和氯化氫氣體的體積比為4:1。
[0021]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述的氫氣和氯化氫氣體通過所述反應(yīng)罐獨(dú)立的導(dǎo)氣管充入。
[0022]優(yōu)選地，在所述的步驟(1)后，多次重復(fù)進(jìn)行所述的步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，得到所述的涂層。
[0023]本發(fā)明中，調(diào)整步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)的重復(fù)次數(shù)，可以獲得不同厚度的NiAl 或 NiAl (Si)涂層。
[0024]在本發(fā)明中，多次重復(fù)進(jìn)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(nèi)腔充分接觸，從而保證內(nèi)腔表面形成涂層。
[0025]本發(fā)明中，所述的AlCr顆粒通過以下方法制備得到:將Al粉和Cr粉按31.16%Al和65.84% Cr (重量百分?jǐn)?shù))混合，機(jī)械壓塊，燒結(jié)；之后再破碎，篩分出直徑約IOmm的小塊AlCr顆粒用作捐獻(xiàn)材料。
[0026]本發(fā)明的原理為=AlCr顆粒中的鋁與氯化氫反應(yīng)生成一氯化鋁，一氯化鋁分解成鋁和三氯化鋁，鋁滲透進(jìn)基材中，形成Al滲層，三氯化鋁呈氣態(tài)排出；硅粉也可與氯化氫反應(yīng)生成一氯化硅，一氯化硅分解成硅和四氯化硅，硅和鋁滲透進(jìn)基材中，形成Al-Si共滲層，四氯化硅呈氣態(tài)排出。
[0027]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0028]本發(fā)明通過將氯化氫和含Al捐獻(xiàn)材料反應(yīng)獲得富鋁涂層，提高了工件的耐腐蝕和耐高溫性能,并且該方法操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,且生產(chǎn)效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體使用的不同要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件為本行業(yè)中的常規(guī)條件。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法，該工件使用鎳基合金為基材，捐獻(xiàn)材料用平均直徑為IOmm的AlCr顆粒。
[0033]對(duì)鎳基合金基材內(nèi)外表面分別進(jìn)行粒子流工藝處理和噴砂處理，然后用超聲波清洗方法對(duì)鎳基合金基材進(jìn)行凈化處理；將鎳基合金基材放置在反應(yīng)罐的半高中心位置；在鎳基合金基材底部放置平均直徑為IOmm的AlCr顆粒；將反應(yīng)罐抽真空，罐壓約I~2毫巴；將反應(yīng)罐升溫至200°C后，使潮濕的吸濕劑完全干燥；用反應(yīng)罐獨(dú)立的導(dǎo)氣管分別充入比值為4:1的氫氣和HCl氣體，罐壓保持在900毫巴；升溫至1080°C，保溫2h，在基材內(nèi)外表面形成Al滲層。滲層厚度在30 μ m左右，滲入的Al和Ni反應(yīng)生成NiAl金屬間化合物。
[0034]實(shí)施例2
[0035]本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處主要在于:
[0036]I)捐獻(xiàn)材料用90wt.% Si粉和IOwt.% AlCr顆粒。
[0037]2)使鎳基合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)外表層獲得富Al的Al-Si共滲層(Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%以上)，厚度為30 μ m左右。
[0038]3)滲入的Al和Si與Ni反應(yīng)生成NiAl (Si)三元金屬間化合物。
[0039]以上所述，僅為鎳基合金基材的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不局限于此基材。
[0040]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適于對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行涂層的方法，其特征在于:包括依次進(jìn)行的如下步驟: (I )、對(duì)所述工件的內(nèi)外表面進(jìn)行凈化處理，然后將凈化后的工件和捐獻(xiàn)材料放入反應(yīng)罐中，所述的捐獻(xiàn)材料為AlCr顆?；騍i粉和AlCr顆粒的混合物； (2)、將所述的反應(yīng)罐抽真空至所述的反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為f2毫巴； (3)、對(duì)所述的反應(yīng)罐進(jìn)行預(yù)熱處理，然后向所述的反應(yīng)罐中充入氫氣和氯化氫氣體至所述的反應(yīng)罐內(nèi)的壓力為800-1000毫巴； (4)、將所述的反應(yīng)罐加熱至900°C~1100°C，然后保溫f2小時(shí)，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述工件的基材為純鎳或鎳基合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(1)中的凈化處理的具體步驟為:先對(duì)所述工件的外表面采用噴砂處理，內(nèi)表面采用粒子流工藝處理，然后對(duì)所述工件的內(nèi)外表面進(jìn)行超聲波清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的AlCr捐獻(xiàn)材料的平均直徑為9~11毫米。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的Si粉和AlCr顆粒按重量比為8~10:1形成所述的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述的預(yù)熱處理的預(yù)熱溫度為180°C~220°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于: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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述的氫氣和氯化氫氣體通過所述反應(yīng)罐獨(dú)立的導(dǎo)氣管充入。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:在所述的步驟(1)后，多次重復(fù)進(jìn)行所述的步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，得到所述的NiAl或NiAl (Si )涂層。
【文檔編號(hào)】C23C10/28GK103993258SQ201410215902
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】邵玲, 王廣欣, 趙學(xué)義 申請(qǐng)人:昆山海普電子材料有限公司