钢上通过磁控溅射的耐蚀和低脆性铝合金涂层制造技术

钢上通过磁控溅射的耐蚀和低脆性铝合金涂层。本公开提供了用于涂覆钢基板的合金，所述合金包含铝以及锌、镁和锆中的一种或更多种。合金涂层具有约5％或更低的总孔隙体积百分比以及约10微米或更小的平均孔隙直径。本公开还提供了将铝合金沉积到基板上的方法、磁控溅射靶材以及制备带涂层的钢的方法。

【技术实现步骤摘要】
钢上通过磁控溅射的耐蚀和低脆性铝合金涂层
本公开的各方面总体上涉及用于钢的铝合金涂层、将铝合金沉积到基板上的方法、磁控溅射靶材以及带铝合金涂层的基板。
技术介绍
由于钢是一种高强度材料，所以其用在许多行业中。为了改进钢的质量，可在钢上设置涂层。例如，带镉涂层的钢是在潮湿环境中用作航空航天和军事应用的飞机部件的材料。由于镉保护钢免受湿气影响并缓慢劣化，所以镉涂层在行业中被称为“牺牲涂层”。正在开发其它技术以提供其它涂层。例如，低氢脆锌镍(LHEZn-Ni)(例如，AlumiPlateTM)涂层提供与带镉涂层的铝相似的性能。铝是航空部件上的涂层的另一选择。带铝涂层的钢通常通过将铝离子气相沉积(IVD)到钢上而制成。另选地，已开发出基于离子液体的涂层配方以从涂层配方消除水性和有机溶剂。尽管如此，需要用于钢的保护涂层，其与通过离子气相沉积形成的涂层相比孔隙率降低，并且与Zn-Ni镀层相比保护涂层中所使用的金属的范围更广。还需要用于钢的保护涂层，其无需使用有机溶剂和其它非理想材料就可形成。
技术实现思路
本公开提供一种用于涂覆基板(例如，钢基板)的合金涂层，其包含铝以及下列材料中的一种或更多种：基于合金的总重量计约1重量％至约15重量％的锌、基于合金的总重量计约1重量％至约10重量％的镁以及基于合金的总重量计约0.1重量％至约5重量％的锆。合金涂层具有约5％或更低的总孔隙体积百分比以及约10微米或更小的平均孔隙直径。在其它方面，基板(例如，钢基板)包括设置在其上的本公开的铝合金。本公开还提供包含本公开的铝合金的磁控溅射靶材。在其它方面，一种将铝合金磁控溅射到基板上的方法包括使溅射气体流到工艺室的处理区域，该工艺室具有铝合金溅射靶材，该铝合金溅射靶材包含基于合金的总重量计约1重量％至约15重量％的锌、基于合金的总重量计约1重量％至约10重量％的镁以及基于合金的总重量计约0.1重量％至约5重量％的锆中的一种或更多种。合金涂层具有约5％或更低的总孔隙体积百分比以及约10微米或更小的平均孔隙直径。该方法包括将能量脉冲传送到溅射气体并将铝合金沉积到基板上。附图说明为了能够详细理解本公开的上述特征，可通过参考方面来获得以上简要概述的本公开的更具体描述，其中一些方面示出于附图中。然而，要注意的是，附图仅示出本公开的典型方面，因此不应被视为限制其范围，因为本公开可允许其它同样有效的方面。图1是根据本公开的一方面的包括钢基板的飞机。图2是根据本公开的一方面的在磁控溅射室中在钢基板上沉积铝合金涂层的方法的流程图。图3是示出使用离子气相沉积或磁控溅射而沉积到钢基板上的铝涂层的总孔隙体积百分比对孔隙直径的曲线图。图4A是示出使用离子气相沉积而沉积到钢基板上的铝涂层的孔隙分布对孔隙直径的柱状图。图4B是示出根据本公开的一方面的使用磁控溅射而沉积到钢基板上的铝涂层的孔隙分布对孔隙直径的柱状图。图5是示出根据本公开的一方面的Al-5Mg合金在蒸馏水和3.5％NaCl溶液二者中的开路电位的曲线图。图6是示出根据本公开的一方面的Al-5Zn-5Mg合金在蒸馏水和3.5％NaCl溶液二者中的开路电位的曲线图。图7是示出根据本公开的一方面的Al-9Zn-5Mg合金在蒸馏水和3.5％NaCl溶液二者中的开路电位的曲线图。图8是示出根据本公开的一方面的Al-9Zn-5Mg-1Zr合金在蒸馏水和3.5％NaCl溶液二者中的开路电位的曲线图。为了方便理解，在可能的情况下使用了相同的标号来指代附图中共有的相同元件。可以想到一个方面的元件和特征可被有益地并入其它方面而无需进一步叙述。具体实施方式本公开提供用于涂覆钢基板的合金，该合金包含铝以及下列材料中的一种或更多种：基于合金的总重量计约1重量％至约15重量％的锌、基于合金的总重量计约1重量％至约10重量％的镁以及基于合金的总重量计约0.1重量％至约5重量％的锆。合金涂层具有约5％或更低的总孔隙体积百分比以及约10微米或更小的平均孔隙直径。本公开的铝合金可被设置在诸如钢基板的基板(例如，飞机部件)上。本公开的铝合金提供具有根据ASTMB117的500小时或以上的耐蚀性的涂层。本公开的铝合金可被设置在飞机、航天器、船舶、发动机和吹气式襟翼的部件、排气清洗结构、用于高性能超音速、高超音速和空间返回载具结构的暖结构部件以及推进结构上(例如，发电涡轮机、车辆发动机、替代能源应用以及相关技术)。例如，本公开的铝合金可被设置在飞机的基于钢的起落架和/或底表面上。图1是根据本公开的一方面的包括钢结构(例如，基板)的飞机。如图1所示，飞机100包括飞机结构102，包括诸如细长主体104、从主体104横向延伸的机翼106以及从主体104纵向延伸的机尾108的飞机部件。本公开的铝合金可被设置在这些飞机部件的一个或更多个表面上以在飞机部件上形成一个或更多个耐蚀铝合金涂层。合金：本公开的铝(Al)合金包含镁(Mg)、锌(Zn)和锆(Zr)中的一种或更多种。在至少一个方面，本公开的铝合金包含基于合金的总重量计约1重量％至约10重量％，例如约1重量％至约5重量％的Mg。在至少一个方面，本公开的铝合金包含基于合金的总重量计约1重量％至约15重量％，例如约5重量％至约12重量％，例如约8重量％至约10重量％的Zn。在至少一个方面，本公开的铝合金包含基于合金的总重量计约0.1重量％至约5重量％，例如约1重量％至约3重量％，例如约1重量％的Zr。在至少一个方面，铝合金具有5重量％的Mg和95重量％的Al(表示为Al-5Mg)。另选地，铝合金具有5重量％的Mg、5重量％的Zn和90重量％的Al(表示为Al-5Zn-5Mg)。在至少一个方面，铝合金具有9重量％的Zn、5重量％的Mg和86％的Al(表示为Al-9Zn-5Mg)。另选地，铝合金具有9重量％的Zn、5重量％的Mg和1重量％的Zr(表示为Al-9Zn-5Mg-1Zr)。在至少一个方面，本公开的合金被磁控溅射到钢基板上以形成设置在钢基板上的涂层。在至少一个方面，本公开的铝合金涂层的厚度为0.1μm至约100μm，例如0.1μm至约70μm，例如约1μm至约50μm，例如约2μm至约30μm，例如约0.1μm至约5μm。磁控溅射在至少一个方面，使用磁控溅射在钢基板上形成耐蚀铝合金涂层。磁控溅射对于沉积如本文所述的涂层是理想的，因为磁控溅射不需要靶材的电离以及靶材的合金沉积到基板上。磁控溅射涉及从靶材移除材料，然后移除的材料被沉积到基板上。用于本公开的磁控溅射的靶材包含本公开的铝合金。铝合金靶材可通过传统熔融和铸造方法来形成。例如，如果期望铝锌镁锆合金，则使用石墨坩埚在电阻加热炉中将所计算量的每种纯金属一起熔融以形成合金。合金锭被铸造并加工成圆柱棒形式。利用放电加工从圆柱棒加工用于后续磁控溅射的靶材。在至少一个方面，圆柱棒被切割成厚度为3mm的3”或2”直径的圆盘以用作靶材。任何合适的磁控溅射系统可用于将本公开的铝合金沉积到基板上(例如，来自印度班加罗尔HindHighVacPvt公司的多靶磁控溅射系统)。磁控溅射系统包括一个或更多个靶材。在至少一个方面，靶材的表面积为约1000cm2至约2000cm2。另选地，靶材的表面积为约50cm2至约500cm2。在至少一个方面，基板被设置在室内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涂覆钢基板的合金涂层，该合金包含：铝；以及下列材料中的一种或更多种：基于所述合金的总重量计1重量％至15重量％的锌，基于所述合金的总重量计1重量％至10重量％的镁，以及基于所述合金的总重量计0.1重量％至5重量％的锆，所述合金涂层具有5％或更低的总孔隙体积百分比以及10微米或更小的平均孔隙直径。

【技术特征摘要】
2017.06.09 IN 201711020234;2017.08.16 US 15/678,751.一种用于涂覆钢基板的合金涂层，该合金包含：铝；以及下列材料中的一种或更多种：基于所述合金的总重量计1重量％至15重量％的锌，基于所述合金的总重量计1重量％至10重量％的镁，以及基于所述合金的总重量计0.1重量％至5重量％的锆，所述合金涂层具有5％或更低的总孔隙体积百分比以及10微米或更小的平均孔隙直径。2.根据权利要求1所述的合金涂层，其中，所述合金包含5重量％至12重量％的锌。3.根据权利要求1或2所述的合金涂层，其中，所述合金包含基于所述合金的总重量计1重量％至5重量％的镁；或者其中，所述合金包含基于所述合金的总重量计5重量％的镁。4.根据权利要求3所述的合金涂层，其中，所述合金包含基于所述合金的总重量计9重量％的锌；或者其中，所述合金包含基于所述合金的总重量计1重量％的Zr。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的合金涂层，其中，所述合金是：包含5重量％的Mg和95重量％的Al的合金，包含5重量％的Zn、5重量％的Mg和90重量％的Al的合金，包含9重量％的Zn、5重量％的Mg和86重量％的Al的合金，或者包含9重量％的Zn、5重量％的Mg、1重量％的Zr和85重量％的Al的合金。6.根据权利要求5所述的合金涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·盖多斯，V·S·艾杰里，O·普拉卡什，S·K·米什拉，R·辛格，S·帕斯万，L·C·帕塔克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US