不可氧化涂层制造技术

通过施加基本纯的铝第一层到基质表面来涂覆基质。第一层的至少第一部分被氧化，以便提供具有所需性质的防护涂层。基质可为基于难熔金属的熔模精密铸造芯。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属涂层。更具体地说，本专利技术涉及可氧化熔模精密铸造芯(investment casting core)的防护涂层。
技术介绍
熔模精密铸造是一种用于形成具有复杂几何形状的金属部件尤其是中空部件的常用技术，并用于制造超合金燃气涡轮发动机部件。燃气涡轮发动机广泛用于飞机推进、发电和船舶推进。在燃气涡轮发动机应用中，效率是主要目标。可通过在较高的温度下运转获得提高的燃气涡轮发动机效率，但涡轮节中的目前运转温度超过涡轮部件中使用的超合金材料的熔点。因此，通常的做法是提供空气冷却。通过使相对冷的空气从发动机的压缩机段流过要被冷却的涡轮部件中的通道来提供冷却。这种冷却伴有就发动机效率而言的附带代价。因此，强烈需要提供增强的专用冷却，以便最大化从给定量冷却空气得到的冷却利用量。这可通过使用细微精密定位的冷却通道段得到。关于内部冷却涡轮发动机零件如叶片和叶轮的熔模精密铸造，存在发展良好的领域。在典型的工艺中，制备具有一个或多个模腔的模具，每个模腔具有通常与要被铸造的零件相对应的形状。制备模具的典型工艺涉及使用零件的一个或多个蜡模。通过在通常与零件内冷却通道阳模相对应的陶瓷芯上模塑(molding)蜡形成模。在加壳过程中，以众所周知的方式环绕一个或多个这种模形成陶瓷壳。可通过如在高压釜中熔化除去蜡。壳可被烧制以使壳硬化。这就留下包括壳的模具，其中壳具有一个或多个限定零件的室，室又包含限定冷却通道的陶瓷芯。然后可将熔化合金引入到模具内铸造零件。当冷却和固化合金后，壳和芯可从模塑的零件上以机械和/或化学方式除去。然后可在一个或多个步骤中机械加工和处理零件。陶瓷芯本身可通过将陶瓷粉末和粘合剂材料的混合物注射到硬质钢模内模塑该混合物来形成。在脱离模后，热后加工未烧结的芯以除去粘合剂，并烧制以烧结陶瓷粉末到一起。向着更细微冷却特征的趋势使芯制造技术受到压力。细微特征可能难于制造，和/或一旦制造，可能检验证明是易碎的。Shah等人的普通转让共同未决的美国专利6637500公开了难熔金属芯尤其在熔模精密铸造中的一般使用。但是，各种难熔金属往往在较高的温度下氧化，例如在用于烧制壳的温度和熔化超合金的温度附近。因此，壳烧制可能大大破坏难熔金属芯，并因此可能产生潜在不能令人满意的零件内部特征。有必要在难熔金属芯基质上使用防护涂层保护基质在高温下不会氧化。典型的涂覆包括首先施加一层铬到基质上，然后施加一层氧化铝到铬层上(例如通过化学气相沉积(CVD)技术)。但是，对环境/毒性的特别关注注意到铬的使用。因此，仍有进一步改进这种涂层和它们的施加技术的空间。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种熔模精密铸造芯，其具有基于难熔金属的基质和直接在基质上面的基本不含铬的涂层。涂层包括主要由氧化铝组成的第一层。第一层具有超过2.0μ的第一厚度。任选地，底层可位于基质上面，并主要由未氧化的铝组成。任选地，过渡层可位于第一层和底层之间。在各种实施方案中，基质可为基于钼的。第一层可基本由氧化铝组成，第一厚度可为公称(例如中值)第一厚度。第一厚度可为至少4.0μ。底层和过渡层的总厚度，如果任何一个或两者存在的话，可不超过第一厚度。芯可为结合有陶瓷第二芯和基于烃的材料的第一芯，其中第一芯和第二芯至少部分埋置在基于烃的材料中。本专利技术的另一个方面涉及一种涂覆基质的方法。施加基本纯的铝初始层到基质的表面上。氧化初始层的至少第一部分，以便得到未氧化的铝含量不超过总铝含量10％且厚度为至少2.0μ的第一部分。在各种实施方案中，施加可形成特征厚度为约25μ-75μ的初始层。施加方法可包括离子气相沉积、冷喷涂和电解沉积中的至少一种。施加可基本由离子气相沉积组成。氧化可包括阳极化、硬涂覆和微弧氧化中的至少一种。基质可包括基于难熔金属的材料、铝合金和非金属复合材料中的至少一种。基质可基本由基于钼的材料组成。氧化可氧化施加的初始层中的大部分铝。方法还可用于形成熔模精密铸造芯部件。方法还可包括组装具有第二芯的芯。牺牲材料可被模塑到芯和第二芯上。壳可被施加到牺牲材料上。牺牲材料可基本上被除去。可浇铸金属材料至少部分代替牺牲材料。芯、第二芯和壳可被破坏性地除去。或者，可在至少部分芯上形成第二芯。本专利技术的另一方面涉及一种基质具有基本不含铬的表面的制品。基本不含铬的涂层直接位于表面上面。涂层包括基本由氧化铝组成的第一层。第一层具有超过约2.0μ的第一厚度。任选地，底层可直接位于表面上面，并基本由未氧化的铝组成。任选地，过渡层可位于第一层和底层之间。在各种实施方案中，基质可为基于钼的。第一层可具有至少3.4g/cc的密度和主要为α-相的微结构。第一层可具有3.6-4.0g/cc的密度和基本为α-相的微结构。在下面的附图和描述中描述了本专利技术一种或多种实施方案的细节。从描述和附图和从权利要求中将明白本专利技术的其它特征、目的和优点。附图说明图1为用于形成燃气涡轮发动机翼型元件的带壳熔模精密铸造模的横截面图。图2为图1模的难熔金属芯的截面图。图3为形成和使用图1模的工艺流程图。各个图中相同的参考数字和标记代表相同的元件。具体实施例方式图1显示了包括模22和陶瓷壳24的带壳熔模精密铸造模20。模22包括至少部分模塑在芯组件上的牺牲性蜡状材料26(例如天然或合成蜡或其它基于烃的材料)。芯组件包括陶瓷进料芯(feed core)28，其具有用于在被铸造的最终零件(例如燃气涡轮发动机涡轮叶片或叶轮)中形成一系列通常平行、顺翼展方向延伸的进料通道的一系列通常平行的支架30、32和34。组装到进料芯28的是一系列难熔金属芯(RMC)36和38。RMC36和38的一部分可容纳在进料芯28的室40和42中，并通过陶瓷粘合剂44在其中固定。RMC36和38的其它部分可嵌入在壳24中，以便RMC36和38最终形成从进料通道到零件外表面的出口通道。典型的RMC36为翼片压力和吸入侧表面提供薄膜冷却通道，典型的RMC38提供翼片后缘冷却。在现有技术中或仍将开发的技术中许多其它构造也是可能的。图2显示了RMC之一(例如38)的更多细节。典型的RMC 38具有难熔金属或基于难熔金属的合金、金属间化合物或其它材料的基质50。典型的难熔金属为Mo、Nb、Ta和W。可以以丝或片料得到这些，并适当切割和成形。涂层体系包括在基质上面的铝第一层52和在第一层52上的氧化铝(铝氧)第二层54。认为α-相氧化铝能在宽的温度范围内提供有利的硬度和粘合力/保持力。但可使用其它相(例如包括或基本由β-和γ-相中的一种或两种组成的材料)。典型的氧化铝密度为3.4-4.0g/cc。由例如表面包括一对相对面56和58且中间厚度为T的片料形成典型的基质50。可在基质50中压印、切割或以其它方式提供复合冷却特征。涂层体系和第一层52的内表面60位于基质50外表面上面，涂层体系和第二层54的外表面62提供RMC38的外表面。过渡层64分开第一层52和第二层54。过渡层64可相当急剧，或可为特征在于组成中值或组成梯度的过渡区域。在典型的实施方案中，涂层体系具有厚度T1，第一层52具有厚度T2，第二层54具有厚度T3。图3显示了制造和使用的典型过程200(为了说明而简化)。基质形成202方法，包括如通过从片料压印然后随之弯曲或另外成形，以提供用于铸造所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔模精密铸造芯，包括：基于难熔金属的基质；和直接在基质上面的基本不含铬的涂层，该涂层包括：主要由氧化铝组成的第一层，第一层具有超过２．０μ的第一厚度；在基质上面并主要由未氧化的铝组成的任选底层；和 在第一层和底层之间的任选过渡层。

【技术特征摘要】
US 2004-10-26 10/9731321.一种熔模精密铸造芯，包括基于难熔金属的基质；和直接在基质上面的基本不含铬的涂层，该涂层包括主要由氧化铝组成的第一层，第一层具有超过2.0μ的第一厚度；在基质上面并主要由未氧化的铝组成的任选底层；和在第一层和底层之间的任选过渡层。2.权利要求1的芯，其中该基质基于钼。3.权利要求1的芯，其中第一层基本由氧化铝组成，并且第一厚度为公称第一厚度。4.权利要求1的芯，其中第一厚度为至少4.0μ；和底层和过渡层的总厚度，如果任何一个或两者存在的话，不超过所述第一厚度。5.权利要求1的芯，其为结合有以下的第一芯陶瓷第二芯；和基于烃的材料，第一芯和第二芯至少部分埋置在其中。6.多个权利要求1的芯，结合有天然或合成蜡材料，多个芯至少部分埋置在其中。7.一种熔模精密铸造芯，包括基于难熔金属的基质；和直接位于基质上面的基本不含铬的涂层，该涂层包括主要由处于基本氧化状态的材料组成的第一层，该第一层具有超过2.0μ的第一厚度；在基质上面并主要由处于基本非氧化状态的所述材料组成的底层；和在第一层和底层之间的任选过渡层。8.权利要求7的芯，其中该基质基于钼。9.权利要求7的芯，其中该材料包括铝合金。10.权利要求9的芯，其中该铝合金包括0.25％-1.0wt％的Ca、Mg、Si和Zr中的一种或其组合。11.权利要求9的芯，其中该铝合金包括0.25％-1.0wt％的Mg。12.权利要求7的芯，其中第一层主要包括α-相。13.权利要求7的芯，其中该材料包括铝-二氧化硅合金。14.权利要求7的芯，其中；第一厚度为至少4.0μ；和底层具有超过2.0μ的第二厚度。15.权利要求7的芯，其为结合有以下的第一芯陶瓷第二芯；和基于烃的材料，第一芯和第二芯至少部分埋置在其中。16.一种涂覆基质的方法，包括施加基本纯的铝初始层到基质的表面上；和氧化初始层的至少第一部分，以便得到未氧化的铝含量不超过总铝含量10％且厚度为至少2.0μ的第一部分。17.权利要求16的方法，其中所述施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：JJ小帕科斯，GM洛马斯尼，JE珀斯基，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]