沉积微球的一个或多个层以形成热障涂层的方法技术

在铁合金或镍合金构件的表面上形成热障涂层的方法包括：通过加热和冷却包含铜、铜合金或镍合金的金属前体设置层来将中空微球的层沉积到构件的表面或中空微球的先前沉积的层上。一旦沉积就位，加热中空微球的层以将中空微球彼此烧结并且烧结到铁合金或镍合金构件的表面以形成隔热层。

A method for forming thermal barrier coatings by depositing one or more layers of microspheres.

A method of forming a thermal barrier coating on the surface of an iron alloy or nickel alloy member includes the deposition of a hollow microsphere layer on the surface of the component or the previously deposited layer of a hollow microsphere by heating and cooling the metal precursor setting layer containing copper, copper alloy or nickel alloy. Once the deposition is in place, the hollow microspheres are heated to sintered the hollow microspheres and sintered to the surface of the ferroalloy or nickel alloy components to form an insulation layer.

【技术实现步骤摘要】
沉积微球的一个或多个层以形成热障涂层的方法
本公开内容的
总体上涉及包括具有中空微球的一个或多个层的隔热层的热障涂层，并且更具体地，涉及制备该热障涂层的方法。
技术介绍
热障涂层是设计成应用于在高温下进行操作的金属表面的一类隔热涂层。例如，在某些行业中，如在汽车行业中，新型材料和高级热机械系统的出现以及对排气热管理的关注产生了对能够在长时间段内耐受强热和热负荷的特定金属构件的需求。内燃机和发动机排气系统为汽车内的两大显著系统，其中，由于与空气/燃料混合物的燃烧相关联的温度以及针对燃烧副产物的管理，热障涂层可得到应用。热障涂层理论上非常适用于这些及其他应用，这是因为热障涂层能够有效地限制底层金属的热暴露并防止热量逃逸至周围环境中，这可以延长构件的寿命，并提高系统效率。虽然已经知道了各种热障涂层，但对新型热障涂层及用于将这些涂层应用于简单和复杂部件表面的相关技术的探索正在进行中。
技术实现思路
根据本公开内容的一个实施方式的在金属构件上形成热障涂层的方法包括若干步骤。第一，将金属前体设置层粘附到铁合金或镍合金构件的表面上。前体设置层为铜、铜合金或镍合金的层。第二，中空微球定位成靠着构件，使得中空微球与金属前体设置层接触。中空微球具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层。第三，将金属前体设置层加热到高于前体设置层的液相线温度的温度，以熔融前体设置层，并润湿定位成与构件的表面相邻的中空微球的层。第四，将前体设置层冷却到低于前体设置层的固相线温度的温度，以固化前体设置层，并使中空微球的层接合至构件的表面。第五，将未经金属前体设置层接合的中空微球移离构件。以及第六，加热铁合金或镍合金构件以及接合至构件的表面的中空微球的层，以使中空微球彼此熔结，并熔结至构件的表面，使得在中空微球的层与铁合金或镍合金构件的表面之间形成固态接合部。中空微球、金属前体设置层以及铁合金或镍合金构件可以被进一步定义。中空微球、可以以各种方式构造以支承其镍、镍合金、铁或铁合金的外层。在一个实施方式中，例如，至少一些中空微球包括外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的中空玻璃基壁。在另一实施方式中，至少一些中空微球包括外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的中空聚合物基壁。并且，在又一实施方式中，至少一些中空微球包括外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的中空陶瓷基壁。此外，铁合金或镍合金构件可为发动机活塞、进气阀、排气阀、发动机缸体、发动机缸盖、排气管或涡轮增压器壳体，等等，并且金属前体设置层可以以在0.1μm到20μm范围内的厚度粘附到合适的位置。所公开的用于形成热障涂层的方法的若干步骤可以通过特定的优选方式来执行。可以肯定的是，铁合金或镍合金构件以及接合至构件的表面的中空微球的层可以被加热以使这些实体烧结在一起，并由此通过加热微球和构件到低于前体设置层的固相线温度的温度持续一段时间来形成固态接合部，所述一段时间为至少直到金属前体设置层熔入中空微球的外层和铁合金或镍合金构件。例如，如果前体设置层为铜，则金属前体设置层的固相线温度和液相线温度为铜的熔融温度或1085℃。在这一点上，加热金属前体设置层到高于液相线温度包括加热金属前体设置层到高于1085℃，冷却金属前体设置层到低于固相线温度包括冷却金属前体设置层到低于1085℃，并且用于加热铁合金或镍合金构件和中空微球的层以使中空微球彼此烧结并且烧结至构件的表面的选项是加热中空微球的层和构件到在800℃至1085℃的范围内的温度。在加热铁合金或镍合金构件和中空微球以使中空微球彼此烧结并且烧结至构件的表面之前，中空微球的附加层可以沉积在第一初始沉积层的顶部。为了沉积中空微球的第二层，形成热障涂层的方法还可以包括将第二金属前体设置层粘附到接合至铁合金或镍合金构件的表面的中空微球的层上。金属前体设置层再次可以为铜、铜合金或镍合金的层。接下来，中空微球定位成靠着构件，使得中空微球与覆盖在接合至构件的表面的中空微球的层上面的第二金属前体设置层接触。中空微球具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层。第二金属前体设置层随后被加热至高于其液相线温度的温度，以熔融第二金属前体设置层，并润湿定位成与接合至构件的表面的中空微球的层相邻的中空微球的第二层，随后，冷却第二金属前体设置层到低于其固相线温度的温度，以固化第二金属前体设置层，并将中空微球的第二层接合至中空微球的层(其接合至构件的表面)。最终将未接合至第二金属前体设置层的任何中空微球移离构件。中空微球的多于一个的附加层可以沉积在第一初始沉积层的顶部。实际上，上述关于沉积中空微球的第二层的另外步骤可以根据需要而重复多次，以将中空微球的附加层依次沉积在中空微球的第二层的顶部。一旦沉积中空微球的所有层，对铁合金或镍合金构件和中空微球的层进行加热以使中空微球彼此烧结并烧结至铁合金或镍合金构件的表面包括使所有依次施加的中空微球的层烧结在一起，并烧结至铁合金或镍合金构件的表面。根据本公开内容的另一实施方式的在金属构件上形成热障涂层的方法包括若干步骤。第一，将中空微球的一个或多个层沉积到铁合金或镍合金构件的表面上。所述一个或多个层中的每一层的中空微球都具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层，并且中空微球的所述一个或多个层中的每一层通过铜、铜合金或镍合金的金属前体设置层接合至铁合金或镍合金构件的表面或先前沉积的中空微球的层。第二，加热中空微球的所述一个或多个层以及铁合金或镍合金构件，以使中空微球彼此烧结，并且使其烧结至构件的表面，从而产生隔热层。以及第三，将不透气的密封层施加在隔热层上，以在铁合金或镍合金构件的表面上形成热障涂层。将中空微球的第一层沉积到铁合金或镍合金构件的表面上可以包括：使金属前体设置层粘附到铁合金或镍合金构件的表面上，然后，将中空微球放置成与金属前体设置层接触，加热金属前体设置层到高于其液相线温度的温度以熔融金属前体设置层并润湿中空微球的层，冷却金属前体设置层到低于其固相线温度的温度以固化金属前体设置层并使中空微球的层接合到构件的表面上，以及将未接合至金属前体设置层的中空微球移离构件。只有中空微球的该第一层可以被沉积，或可替选地，中空微球的附加层可以沉积在第一层的顶部上。类似地，将中空微球的每一附加层沉积到铁合金或镍合金构件的表面上可以包括：使另一金属前体设置层粘附到中空微球的先前沉积的层上，将中空微球放置成与另一金属前体设置层接触，加热另一金属前体设置层到高于其液相线温度的温度以熔融另一金属前体设置层并润湿定位成与中空微球的先前沉积的层相邻的中空微球的另一层，冷却另一金属前体设置层到低于其固相线温度的温度以固化另一金属前体设置层并使中空微球的另一层接合到中空微球的先前沉积的层上，以及将未接合至另一金属前体设置层的中空微球移离构件。中空微球、由所沉积的中空微球的层形成的隔热层以及不透气的密封层可以被进一步限定。例如，中空微球的所述一个或多个层中的每一层中的中空微球可以包括(1)外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的玻璃基壁，(2)外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的聚合物基壁，或(3)外部涂覆有镍、镍合金、铁或铁合金的层的陶瓷基壁。此外，关于隔热层，其厚度可以在5μm到5mm的范围内，这取决于中空微球的大小以及沉积到构件的表面上的中空微球的层的数量。施加在隔热层上的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在金属构件上形成热障涂层的方法，所述方法包括：将金属前体设置层粘附到铁合金或镍合金构件的表面上，所述金属前体设置层为铜、铜合金或镍合金；将中空微球相对于所述铁合金或镍合金构件定位，使得所述中空微球接触所述金属前体设置层，所述中空微球具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层；加热所述金属前体设置层到高于所述金属前体设置层的液相线温度的温度，以熔融所述金属前体设置层，并润湿定位成与所述铁合金或镍合金构件的表面相邻的中空微球的层；冷却所述金属前体设置层到低于所述金属前体设置层的固相线温度的温度，以固化所述金属前体设置层，并将中空微球的所述层接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面；将未被所述金属前体设置层接合的中空微球移离所述铁合金或镍合金构件；以及加热所述铁合金或镍合金构件以及接合到所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层，以使所述中空微球彼此烧结并且烧结到所述铁合金或镍合金构件的所述表面，使得在中空微球的所述层与所述铁合金或镍合金构件的所述表面之间形成固态接合部。

【技术特征摘要】
2016.12.29 US 15/3942141.一种在金属构件上形成热障涂层的方法，所述方法包括：将金属前体设置层粘附到铁合金或镍合金构件的表面上，所述金属前体设置层为铜、铜合金或镍合金；将中空微球相对于所述铁合金或镍合金构件定位，使得所述中空微球接触所述金属前体设置层，所述中空微球具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层；加热所述金属前体设置层到高于所述金属前体设置层的液相线温度的温度，以熔融所述金属前体设置层，并润湿定位成与所述铁合金或镍合金构件的表面相邻的中空微球的层；冷却所述金属前体设置层到低于所述金属前体设置层的固相线温度的温度，以固化所述金属前体设置层，并将中空微球的所述层接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面；将未被所述金属前体设置层接合的中空微球移离所述铁合金或镍合金构件；以及加热所述铁合金或镍合金构件以及接合到所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层，以使所述中空微球彼此烧结并且烧结到所述铁合金或镍合金构件的所述表面，使得在中空微球的所述层与所述铁合金或镍合金构件的所述表面之间形成固态接合部。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在加热所述铁合金或镍合金构件以及中空微球的所述层以使所述中空微球彼此烧结并且烧结到所述铁合金或镍合金构件的所述表面之前，所述方法还包括：(a)将第二金属前体设置层粘附到接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层上，所述第二金属前体设置层为铜、铜合金或镍合金；(b)将中空微球相对于所述铁合金或镍合金构件定位，使得所述中空微球接触覆盖在接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层上的所述第二金属前体设置层，所述中空微球具有镍、镍合金、铁或铁合金的外层；(c)加热所述第二金属前体设置层到高于所述第二金属前体设置层的液相线温度的温度，以熔融所述第二金属前体设置层，并润湿定位成与接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层相邻的中空微球的第二层；(d)冷却所述第二金属前体设置层到低于所述第二金属前体设置层的固相线温度的温度，以固化所述第二金属前体设置层，并将中空微球的所述第二层接合到接合至所述铁合金或镍合金构件的所述表面的中空微球的所述层；以及(e)将未被所述第二金属前体设置层接合的中空微球移离所述铁合金或镍合金构件。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：重复步骤(a)至(e)以在中空微球的所述第二层的顶部上依次沉积另外的中空微球层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属前体设置层是铜，并且其中，加热所述金属前体设置层到高于所述液相线温度包括加热所述金属前体设置层到高于1085℃，其中，冷却所述金属前体设置层到低于所述固相线温度包括：冷却所述金属前体设置层冷却到低于1085℃，并且其中，加热所述铁合金或镍合金构件和中空微球的所述层以将所述中空微球彼此烧结并且烧结到所述铁合金或镍合金构件的所述表面包括：加热中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·沃克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US