用于在金属元件的表面形成包含有铝的保护镀膜的方法技术

本发明专利技术涉及用于在金属元件的表面上形成包含铝的保护镀层的方法，其中所述元件在腔室中与由铝合金制成的结合剂相接触，在处理温度下，所述腔室中的大气包含有活性气体，所述活性气体与所述结合剂反应从而形成气态卤化铝，所述气态卤化铝与所述元件接触分解并在其表面沉积金属铝。所述方法特征在于，所述结合剂的铝合金包括至少一个反应成分，诸如锆和/或铪，所述活性气体与所述结合剂反应，从而也生成所述反应成分的卤化物，所述卤化物与所述元件接触分解并在其表面沉积所述的反应成分，所述反应成分的沉积与铝的沉积同时进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及在金属元件上基于铝的保护镀膜的沉积。特别地涉及将这样的镀膜应用到涡轮机的元件中，特别是燃气涡轮发动机。气体涡轮发动机，诸如在航空领域用于推进器的气体涡轮发动机，包括与一个或多个压缩机相连接的大气空气进气口，通常地，所述压缩机包括绕一个相同的轴旋转的风扇。在被压缩之后，该空气的主气流供给绕所述轴环形设置的燃烧室，并且与燃料混合以向下游提供给一个或多个涡轮机热气体，所述这些热气体扩张穿过所述涡轮机，所述涡轮转子驱动所述压缩转子。所述发动机在涡轮机进口位置的发动机气体温度下运转，由于所述发动机的性能与所述温度有联系，所以此处的温度应该尽可能的高。为此目的，材料被加以选择以经受这些运转条件，并且在为热气扫过的元件(诸如涡轮喷嘴或旋转涡轮叶片)的壁装配冷却装置。进一步地，由于它们的金属成分是基于镍或钴的超耐热合金制成，对其加以保护使其免受由这些温度下的发动机气体的组成物所造成的侵蚀以及腐蚀也是必需的。用于保证对这些元件加以保护的公知手段是在可能被所述气体冲击的表面上沉 积铝基镀膜。铝通过金属的相互扩散附着在基片上，并且形成保护性氧化层。所述镀膜的厚度约为几十微米。本专利技术涉及在气相中沉积铝的技术，也被称通过气相沉积技术渗铝。根据该方法，将要被加工的元件放置在半密封的腔体内，在该腔体内，大气由惰性气体或还原气体(例如氩气或氢气)以及包括有卤化铝的活性气体的混合物组成。在反应温度下，在900°C到1150°C之间，所述卤化物在元件表面上分解为气态卤素以及扩散到金属中的铝。所述卤化物是通过在所述腔体中与将要被加工的元件与结合剂(cement) —起放置而产生的，所述结合剂为金属铝的供体(donor)或是具有一种或多种形成将被保护的元件的材料的金属成分(特别地为铬)的铝金属合金，以微粒形式出现的卤素(氯或氟)化合物形成活化剂。惰性气体在所述一定温度下在活化剂上方流通，该温度可使所述齒素升华，所述卤素被输送到所述供体上方，并且发生反应以产生金属卤化物，所述金属卤化物在这一温度下处于蒸汽形式。由于所述活化剂在施镀温度下应该为气态的并且不会产生污染物，诸如氯化铵、氟化铵或氟化氢铵的产品通常得以被选择。在氢气或在中性气体存在下并且在高温下，这些分子分解为氨和卤素。所述气化温度取决于所选择的卤化盐的特性。例如，对于氯化铵而言，该气化温度为340°C。所述活化剂仅仅用于将卤代酸完全地、安全地运送到反应器中，也就是所述半密封腔体，在此处所述沉积得以进行。所以，与该卤素连接的正离子(这里是铵)没有起作用。随后，所述卤化物与将要被覆盖的金属基片相接触并分解，使得铝能够被沉积。在渗铝的过程中，周期性工艺得以被建立用于铝的沉积，所述工艺连续不断地进行直至所述基片表面的铝活性变得与被所述结合剂赋予的铝的活性相当。气态卤素重组。所获得的镀膜有可能被看作是金属基片与防护性的绝热层之间的中间层，所述绝热层已经被应用于金属基片上了。所述镀膜能够改善基片上的所述绝热层的强度，并且也能够实现在所述绝热层退化的情况下保持所述绝热层使用中的特性。另外，所述稀土成分(诸如锆)在金属基片上的氧化层的粘着力上的良好的效果是公知的，无论该层通过在高温下暴露在空气中形成的还是通过绝热层的沉积形成的。所述活化剂(如前所述的氯化铵或氟化铵)被包含有稀土金属元素的活化剂所取 代。研究已经集中在可借助使用二氯氧化锆而沉积锆的成分。在专利FR 2853329中得以描述的气相渗铝方法被加以修改，以便能够使得铝和锆得以共同沉积。常规的APVS方法的卤化铵至少部分地被锆化合物所替代，在所述沉积物中，可以看到微量的锆化合物。在可作为活化剂的锆盐中，以非限制性的方式，由四氯化锆ZrCl4、二氯氧化锆ZrOCl2以及氟锆酸铵(NH4)2ZrF6组成。全部这些盐在250°C以上为气态。所述二氯氧化锆为优选的催化剂。所述沉积原理与APVS方法的沉积原理保持一致。所述基于铝或铝以及特别为铬的合金的结合剂以颗粒形式放置在适合的半封闭腔体中，所述颗粒的直径在I毫米到几个厘米之间。放置将要被镀上镀层的元件，以便所述元件与形成的气态卤化铝相接触。所述卤化铵活化剂完全地或部分地被二氯氧化锆所代替。将容器放置在腔体中，将腔体加热到APVS处理温度。在一个确定的温度以上，所述活化剂蒸发并且形成含有丰富四氯化锆的蒸气。在一方面，后者在由镍超耐热合金制成的基片的表面上分解形成金属态下的锆，而另一方面，卤代酸可在所述供体(donor)结合剂中形成卤化铝。随后，在所述基片表面沉积的锆扩散到P-NiAl镀层中，所述P-NiAl镀层得以形成金属间化合物，该金属间化合物富有500到1000ppm(百万分之)的锆。热化学分析建议所述NiAl (Zr)沉积方法以两个步骤执行，发生在低温情况(400-6000C )下的锆的沉积以及随后的在高温情况(1100°C )下的渗铝。在全部的氯化铝中，只有AlCl直接地负责铝的传送以及沉积。目前，ZrC14是锆的氯化锆的主要气体种类，而其它的各种类，诸如ZrC13、ZrC12或ZrCl，也都包含在反应器中，是这些种类具有非常低的蒸汽压力。直到620°C，所述ZrCl4的蒸汽压力大于A1C1。而在620°C之上，上述压力关系相反。在1100°C的渗铝温度下，所述ZrCl4的蒸汽压力并没有足够高以使得所述锆材料的沉积。由于ZrOCl2 WH2O,所述ZrCl4的形成是自发的，不考虑大气且自350°C开始发生。Zr0Cl2+H20 — Zr2O3Cl = +2HC1Zr2O3Cl2 — l/2ZrCl4+3/2Zr02第一反应释放HCl，HCl与结合剂的铝反应，从而形成AlCl A1+HC1 — A1C1+1/2H2用于在所述合金的表面的锆的沉积的反应ZrCl4+2AlCl — 2A1C13+Zr这一发应发生在相对低的温度下，当所述ZrCl4以及AlCl的蒸汽压力较高时。当超过620°C时，所述ZrCl4的蒸汽压力变得很低，并且只有铝能够在所述基片的表面上得以沉积，根据如下反应3AlCl+2Ni — 2NiAl+AlCl3随后，所述NiAlZr以单独的步骤得以沉积。除锆之外，也可以由铪制成，其扮演着与所述锆相类似的角色。然而，如此形成的所述NiAlZr沉积物具有若干个问题，典型地就所述容器腔体内的沉积的均匀性而言特别地，将要被沉积的元素(锆)并入的活化剂中。因此，由于将被覆盖的元件的数量的不同，有可能在锆的含量上存在不同。本专利技术以一种伴有锆的共同沉积的气相沉积渗铝的改进方法为目标，特别地使得控制所述Zr在沉积物中的浓度成为可能。本专利技术所述用于在金属元件的表面上形成包含铝的保护镀层的方法，其中所述元件在腔室中与由铝合金制成的结合剂相接触，在处理温度下，所述腔室中的大气包含有活性气体，所述活性气体与所述结合剂反应从而形成气态卤化铝，所述气态卤化铝与所述元件接触分解并在所述元件的表面沉积铝，其特征在于，所述结合剂的铝合金包括至少一个反应成分，诸如错和/或铪，所述活性气体与所述结合剂反应，从而也生成所述反应成分的卤化物，所述卤化物分解与所述元件接触分解并在所述元件的表面沉积所述的反应成分，沉积所述反应成分与沉积铝同时进行。本专利技术的优点在于通过结合剂而不是通过活化剂来提供反应成分，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：杰罗姆·布罗斯尔，贾斯廷·曼纽伊，安妮·帕斯奎特，瑟奇·纳维斯，玛丽皮埃尔·巴克斯，皮埃尔·约梭，
申请(专利权)人：斯奈克玛，
类型：发明
国别省市：