高温金属碳化物涂层制造技术

一种用于形成高温涂层的方法包括将碳粉末施加到碳/碳(C/C)复合材料基底的表面，以迫使碳粉末进入C/C复合材料基底的表面的一个或多个表面空隙中。碳粉末具有与C/C复合材料基底的表面部分基本上相同的组成和形态。该方法包括在施加碳粉末之后将金属浆料施加到C/C复合材料基底的表面，并使金属浆料的金属与碳粉末的碳和C/C复合材料基底的表面部分的碳反应，以在C/C复合材料基底上形成金属碳化物的富金属抗氧化剂层。富金属抗氧化剂层。富金属抗氧化剂层。

【技术实现步骤摘要】
高温金属碳化物涂层


[0001]本公开涉及高温涂层。

技术介绍

[0002]碳
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碳(C/C)复合材料可被用于高温应用中。例如，航空航天工业采用C/C复合材料部件作为商用和军用飞行器的摩擦材料，诸如制动器摩擦材料。在高温应用中，C/C复合材料可能易受氧化的影响，这可能导致物理机械特性的恶化。

技术实现思路

[0003]本公开描述了用于碳
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碳(C/C)复合材料基底的保护免于在高温下氧化的高温涂层，以及制备所述涂层的技术。在一些示例中，高温涂层包括在C/C复合材料基底的表面上的金属碳化物的富金属抗氧化剂层。在金属碳化物的形成期间，碳基底可与金属(诸如硅、钛或钨)以化学计量过量反应。碳粉末可用于增强连续涂层的形成。碳粉末在C/C复合材料基底的表面处具有与C/C复合材料基底基本上相同的组成和形态，诸如微结构和相组成。例如，碳粉末可由C/C复合材料基底的表面生成，诸如通过研磨，或与C/C复合材料基底匹配并施加到该C/C复合材料基底的表面。可迫使碳粉末进入C/C复合材料基底的表面的一个或多个表面空隙中，并连同C/C复合材料基底的表面部分一起与金属反应。所得金属碳化物可由表面空隙中的碳粉末的碳和C/C复合材料基底的表面部分的碳两者形成，并且可延伸到表面空隙中将表面空隙与C/C复合材料基底上的金属碳化物的部分桥接，以形成基本上不含缺陷的具有高质量均匀结晶金属碳化物的致密抗氧化剂涂层。可将富金属抗氧化剂层施加到相对大的部件，对于这些部件，形成基本上不含缺陷的金属碳化物涂层可能是困难的或昂贵的。
[0004]在一个示例中，用于形成高温涂层的方法包括将碳粉末施加到碳/碳(C/C)复合材料基底的表面，以迫使碳粉末进入C/C复合材料基底的表面的一个或多个表面空隙中。碳粉末具有与C/C复合材料基底的表面部分基本上相同的组成和形态。该方法包括在施加碳粉末之后将金属浆料施加到C/C复合材料基底的表面，并使金属浆料的金属与碳粉末的碳和C/C复合材料基底的表面部分的碳反应，以在C/C复合材料基底上形成金属碳化物的富金属抗氧化剂层。
[0005]在另一示例中，高温制品包括碳/碳(C/C)复合材料基底和在C/C复合材料基底的表面上的高温涂层。该高温涂层包括在C/C复合材料基底的表面上的金属碳化物的富金属抗氧化剂层。该富金属抗氧化剂层的金属碳化物由碳粉末的碳和C/C复合材料基底的表面部分的碳形成。碳粉末具有与C/C复合材料基底的表面部分基本上相同的组成和形态。富金属抗氧化剂层延伸到C/C复合材料基底的表面的一个或多个表面空隙中，并且可能能够在相对较大的基底上形成无缺陷金属碳化物涂层。
[0006]本公开的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
[0007]图1是示出根据本公开的示例的示例性飞行器制动器组件的示意图，其包括具有形成的高温涂层的复合材料制动盘。
[0008]图2是示出根据本公开的示例的包括高温涂层的示例性制品的横截面侧视图。
[0009]图3是示出根据本公开的示例的用于形成高温涂层的示例性技术的流程图。
[0010]图4A是示出根据本公开的示例的包括表面空隙的示例性C/C复合材料基底的一部分的横截面侧视图。
[0011]图4B是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分的横截面侧视图，其中碳粉末填充表面空隙。
[0012]图4C是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分的横截面侧视图，其中碳粉末填充表面空隙并且金属浆料在C/C复合材料基底上。
[0013]图4D是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分以及包括表面空隙的富金属抗氧化剂层的横截面侧视图。
[0014]图4E是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分以及碳粉末填充富金属抗氧化剂涂层中的表面空隙的第一富金属抗氧化剂层的横截面侧视图。
[0015]图4F是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分、碳粉末填充富金属抗氧化剂涂层中的表面空隙的第一富金属抗氧化剂层以及富金属抗氧化剂涂层上的金属浆料的横截面侧视图。
[0016]图4G是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分、富金属抗氧化剂层和外部氧化物层的横截面侧视图。
[0017]图4H是示出根据本公开的示例的图4A的示例性C/C复合材料基底的部分、富金属抗氧化剂层和外部氧化物层的横截面侧视图。
[0018]图5是示出根据本公开的示例的用于在C/C复合材料基底上形成高温涂层的示例性系统的示意图。
[0019]图6是根据本公开的示例的包括C/C复合材料基底和高温涂层的示例性制品的横截面的显微照片。
[0020]图7A是根据本公开的示例的包括C/C复合材料基底和高温涂层的示例性飞行器转子段的外径处的横截面的显微照片。
[0021]图7B是根据本公开的示例的包括C/C复合材料基底和高温涂层的示例性飞行器转子段的内径处的横截面的显微照片。
[0022]图7C是根据本公开的示例的包括C/C复合材料基底和高温涂层的示例性飞行器转子段的横截面的显微照片。
[0023]图8是根据本公开的示例的在各种蒸气压下涂覆以形成高温涂层的示例性C/C复合材料基底的照片。
具体实施方式
[0024]本公开描述了用于碳
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碳(C/C)复合材料制品的高温涂层，其包括C/C复合材料基底和该C/C复合材料基底上的用于超高温度(例如，大于1500摄氏度(℃))应用的由金属碳化物制成的富金属抗氧化剂层。
[0025]碳
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碳复合材料部件可以提供良好的机械特性，并且相对于其他材料(诸如金属合金)具有低质量密度。然而，在高温下，碳
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碳复合材料部件可能易受氧化、环境侵蚀和物理机械特性降解的影响。基于金属碳化物的抗氧化剂涂层可以改善在航空航天应用中经历的高温下(诸如飞行器制动器(例如，高达1600℃的温度)和高超音速应用(诸如前缘和火箭喷管)对氧化和/或环境侵蚀的抗性。
[0026]在用于氧化气氛之前，基于高温碳复合材料的基底可涂覆有基于金属碳化物的抗氧化剂涂层，所述抗氧化剂涂层可减少基底的外表面的氧化。然而，C/C复合材料基底的表面可包括延伸到基底中的一个或多个表面空隙，诸如缺陷、裂缝、孔、波纹或机加工纹理。如果包括表面空隙的C/C复合材料基底的表面部分与金属反应以形成金属碳化物涂层，则所得金属碳化物涂层在C/C复合材料基底上可能是不连续的。
[0027]本文所述的高温涂层可以包括富金属抗氧化剂层，该富金属抗氧化剂层延伸到C/C复合材料基底的表面空隙中并形成抵抗氧化物质的致密屏障。本专利技术涂层的富金属抗氧化剂层可以包括金属碳化物相，所述金属碳化物相由金属(诸如硅、钛或钨)与来自C/C复合材料基底的表面部分和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成高温涂层的方法，所述方法包括：将碳粉末施加到碳/碳(C/C)复合材料基底的表面，以迫使所述碳粉末进入所述C/C复合材料基底的所述表面的一个或多个表面空隙中，其中所述碳粉末具有与所述C/C复合材料基底的表面部分基本上相同的组成和形态；在施加所述碳粉末之后，将金属浆料施加到所述C/C复合材料基底的所述表面；以及使所述金属浆料的金属与所述碳粉末的碳和所述C/C复合材料基底的所述表面部分的碳反应，以在所述C/C复合材料基底上形成金属碳化物的富金属抗氧化剂层。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述碳粉末施加到所述C/C复合材料基底的所述表面包括机械地研磨所述C/C复合材料基底的所述表面部分以由所述C/C复合材料基底的所述表面部分生成所述碳粉末并且迫使所述碳粉末进入所述一个或多个表面空隙中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述反应期间将所述金属浆料的所述金属保持在化学计量过量以形成所述金属碳化物的所述富金属抗氧化剂层。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中使所述金属浆料的所述金属与所述碳粉末的所述碳反应包括：将所述C/C复合材料基底的所述表面加热到高于所述金属的熔点；以及对应于所述金属的化学计量过量，保持所述C/C复合材料基底的所述表面处的所述金属的蒸气压。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述金属浆料包含由金属氧化物层涂覆的金属颗粒，并且其中所述方法还包括使用来自所述金属浆料的所述金属氧化物的至少一部分在所述富金属抗氧化剂层上形成所述金属氧化物的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴赫拉姆，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：