一种制备抗氧化物品的方法，该方法包括（ａ）在基底上沉积Ｐｔ族金属层以形成镀铂基底；以及（ｂ）在Ｐｔ族金属镀铂基底层上沉积选自由Ｈｆ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ和Ｚｒ及其组合所组成的组中的活性元素以在其上形成表面改性区域，其中，表面改性区域含有相对浓度的Ｐｔ族金属、Ｎｉ、Ａｌ以及活性元素以提供γ－Ｎｉ＋γ′－Ｎｉ↓［３］Ａｌ相结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种沉积高温、抗氧化涂层的合金组分的方法。基于这些合金组分的涂层可以单独使用或者例如，在高温系统中作为部件热障系统的一部分。
技术介绍
高温机械系统部件，例如，燃气涡轮发动机，必须在严格的环境下操作。例如，在商业航空引擎中暴露到热空气的高压汽轮机的桨片和叶片通常金属表面的温度约为900-1000℃，短期峰值可高达1150℃。附图1显示了应用于高温机械系统中的部分典型金属物品10。桨片10包括涂有热障涂层(TBC)14的Ni或Co-基超级合金基底12。热障涂层14包括隔热陶瓷外涂层20以及下面的金属结合层16。通常用空气等离子体喷涂或者电子束物理气相沉积实施的外涂层20，是当前最常用的大约厚300-600μm的氧化钇-稳定二氧化锆(YSZ)层。YSZ的性质包括低导热性，高透氧性，相对较高的热膨胀系数(CTE)。通过沉积包括许多孔和/或通道的结构也可以使YSZ外涂层20“抗应变”。从而，YSZ外涂层20的高透氧性受到金属结合层16必须抵抗氧化作用侵蚀的约束。因此结合层16富集足够的Al以形成A12O3的保护性热生长氧化物(TGO)的氧化层18。除提供的抗氧化性能外，TGO将陶瓷外涂层20结合到基底12以及结合层16上。 TGO氧化层18的附着力和机械完整性取决于结合层16的组分及结构。理想情况下，在高温条件下，结合层16应该氧化形成很好地附着在超级合金基底12上的慢生长的、无孔TGO氧化层。传统的结合层16一般是(i)具有β-NiAl+γ-Ni相结构的MCrAlY覆盖层(其中M＝Ni、Co、NiCo或Fe)或者是(ii)具有β-NiAl相结构的铂-改性的扩散铝化物。在任何一个这些类型的涂层中Al含量足够高，使得Al2O3氧化层18在涡轮部件使用期间重复剥落之后能够再复原。 然而，Al富集组分和涂层微结构中的β-NiAl占优势的结果是，这些涂层与具有γ-Ni相和γ初级-Ni3Al(此处指的是γ-Ni+γ′-Ni3Al或γ+γ′)微结构的Ni-基超级合金基底不相容。当使用具有γ-Ni+γ′-Ni3Al微结构的超级合金基底时，Al从涂层扩散到基底。这种Al的相互扩散耗尽了涂层中的Al，这会降低涂层经受Al2O3氧化层生长的能力。额外的扩散也会引入不需要的相变以及可促进氧化层剥落的元素。β-NiAl基涂层的其他缺点是，由于CTE的不同，与γ-Ni+γ′-Ni3Al-基的基底不相容。 Rickerby等人的美国专利No.5,667,663和No.5,981,091所描述的另一种在γ-Ni+γ′-Ni3Al-基金属物品28上沉积保护涂层的方法示于图2A中。用Pt层32涂覆在超级合金基底30的外表面，然后热处理。参照图2B，在该热处理过程中，发生了相互扩散，该相互扩散包括Al从超级合金基底30到Pt层32的扩散，在超级合金基底上形成Al-富集的Pt-改性外表面区域34(附图2B)。然后在表面改性区域34上可形成Al2O3 TGO氧化层38，并且也可用传统技术沉积陶瓷外涂层。但是，由于超级合金基底30中的过渡金属也存在于表面改性区域34，很难精确控制表层区域34的组分及相结构以提供改善TGO氧化层38的附着性的最佳特性。Rickerby等人进一步建议该镀铂及热处理工序可以包括在铂-富集表层结合达到0.8重量％的Hf或Y，但是没有提供获得该表层成分的具体沉积方法或填充物成分。 美国公开文本No.2004/0229075 Al描述了适合于结合层应用的合金成分。合金包括相对浓度的Pt族金属、Ni和Al以提供γ+γ′相结构，其中γ是指固溶体Ni相并且γ′是指固溶体Ni3Al相。在这些合金中，存在Pt-族金属，Ni和Al，并且限制相对于Ni和Pt-族金属浓度的Al浓度，使得合金实质上不包含β-NiAl相。这些合金示于图3的区域A中。 在共同待审的‘649申请中，三元Ni-Al-Pt合金优选含有少于约23at％的Al，约10at％至约30at％优选Pt的Pt-族金属，以及剩余的Ni。其他的活性元素例如Hf、Y、La、Ce和Zr或其组合，可以任选地加入或存在于三元Pt-族金属改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al合金和/或改进其性质。这些活性元素的添加趋于稳定γ′相。因此，如果将足够的活性金属添加到组分中，所得到的相结构可能是占优势的γ′或单独的γ′。Pt-族改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al合金与传统的β-NiAl-基合金相比显出对活性元素的优良的溶性，并且在‘075公开文本中，活性元素可以以高达约2at％(～4重量％)的浓度添加到γ+γ′合金中。优选的活性元素是Hf。此外，其他典型的超级合金基底成分，诸如，举例来说Cr、Co、Mo、Ta和Re及其组合，可以以任意浓度任选地添加到或存在于Pt-族金属改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al合金中，达到γ+γ′相结构占优势的范围。 Pt-族金属改性的合金具有γ-Ni+γ′-Ni3Al相结构，该相结构可以与传统的Ni-基超级合金基底的γ+γ′微结构化学、物理及机械相容。由这些合金配方的防护涂层具有的热膨胀系数(CTE)，与β-NiAl-基涂层的CTE相比，与Ni-基超级合金的CTE更相容。在高温机械系统中，在由机械部件操作的重复及严格的热循环期间，前者提供了增强的涂层稳定性。 当热氧化时，Pt-族金属改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al合金涂层以与传统β-NiAl-Pt结合层系统生成的热生长氧化层相当或更慢的速率生成α-Al2O3氧化层，并且这为γ-Ni+γ′-Ni3Al合金组分提供了优良的抗氧化性能。当Pt-金属改性的γ+γ′合金用活性元素诸如Hf来进一步改性，并且作为涂层施用于超级合金基底上时，TGO氧化层的生长甚至比没有Hf添加物的相当的涂层组分更慢。在延长热暴露后，TGO氧化层与由传统β-NiAl-Pt涂层形成的氧化层相比，进一步表现出更加平坦并增强了在涂层上的附着力。 此外，具有足够的Pt含量，在Pt-族金属改性的K-Ni+K′-Ni3Al合金中Al的热力学活性可以降低到低于Al在Ni-基超级合金基底中热力学活性的水平。当这样的Pt-族金属改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al合金涂层施用于超级合金基底时，这种热力学活性的改变会导致Al从超级合金基底向涂层内扩散其浓度梯度。这种“上坡扩散”减少和/或实质上消除了从涂层中耗竭Al。这就降低了氧化层中的剥落，增加了涂层与氧化层的长期稳定性，并会极大地增强热障涂层系统的可靠性和耐久性。 Pt-族金属改性的K-Ni+K′-Ni3Al合金可以通过任何已知的方法，包括例如等离子体喷涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)以及溅射，施加于超级合金基底上，以产生涂层并形成耐热物品。这种沉积步骤通常在没有或最小限度的氧化条件下进行。 如之前所述，当‘075公开文本中所描述的Pt-族金属改性的γ+γ′合金，与其他活性元素诸如Hf配方并作为涂层施用于超级合金基底上时，TGO氧化层的生长甚至比没有Hf添加物的相似的涂层组分更慢。在延长热暴露后，与由传统的β-NiAl-Pt结合涂料形成的氧化层相比，TGO氧化层进一步表现出更加平坦并且增强了在涂层上的附着性。这样，‘075公开文本中所描述的在Pt-金属改性的γ+γ′合金中包含活性元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备抗氧化物品的方法，该方法包括： （ａ）在基底上沉积Ｐｔ族金属层以形成镀铂基底；以及 （ｂ）在所述镀铂基底上沉积选自由Ｈｆ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ和Ｚｒ及其组合所组成的组中的活性元素，以在其上形成表面改性区域，其中，所述表面改性区域含有相对浓度的Ｐｔ族金属、Ｎｉ、Ａｌ以及活性元素以提供Ｋ－Ｎｉ＋Ｋ′－Ｎｉ↓［３］Ａｌ相结构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B格利森，李冰涛，DJ索尔德里特，WJ布林德利，
申请(专利权)人：爱荷华州立大学研究基金会有限公司，罗尔斯罗伊斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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