[发明专利]抗侵蚀涂层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年10月18日提交的美国临时申请No.60/ 728,425的申请日期的权益，通过引用将其教导并入本文。

发明领域

本发明涉及包含金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物及其组合 的抗侵蚀涂层

背景技术

诸如飞机发动机的燃气涡轮压缩机叶片以及直升机旋翼的部件遭 受严重的砂蚀，尤其在多尘环境中。在过去，使用单层、厚、硬的金 属氮化物涂层来产生关于这些部件的抗侵蚀性。然而，明显地由于高 的内应力，金属氮化物涂层倾向于脱层。

概述

本发明涉及涂层，包括在部件上形成这种涂层的方法。所述涂层 可包括嵌入非晶态相的过渡金属化合物纳米晶体或者包括具有非晶态 相的过渡金属化合物的多层结构。所述过渡金属化合物可选自金属氮 化物、金属碳化物、金属硅化物及其组合。非晶态基体可包括陶瓷。 所述方法可包括将金属原子沉积在一个或多个部件表面上，在对产生 金属化合物涂层有效的条件下使所述一个或多个部件表面经受反应气 体。所述反应气体可包括气态陶瓷前体。

附图简述

参考附图可更好地理解下面的详细描述，提供所述附图是出于说 明性目的，并且不应认为对本发明的任何方面构成限制。

图1是适用于制备涂层的等离子体增强磁控管溅射系统的示意 图。

图2是说明示例性纳米复合涂层的形貌的示意图。

图3a是实施例2的TiSiCN-8纳米复合物的X-射线衍射数据。

图3b是实施例3的TiSiCN-9纳米复合物的X-射线衍射数据。

图4是用于进行实施例3的砂蚀测试的装置的示意图。

图5是实施例3的砂蚀测试数据的坐标图。

图6是说明实施例2的3个TiSiCN-8样品的侵蚀速率的坐标图。

图7是说明实施例2的3个TiSiCN-9样品的侵蚀速率的坐标图。

图8是纳米压痕测试的示例性载荷位移曲线。

详细描述

本发明涉及抗侵蚀的保护涂层。该涂层可包括金属化合物例如金 属氮化物、金属碳化物、金属硅化物及这些化合物的组合。该涂层可 由许多方法和系统制得。这些方法或系统可适于在反应气体存在下， 在对产生所需保护涂层有效的条件下，将金属原子沉积到部件的表面 上。示例性的系统可包括磁控管溅射系统、电弧沉积系统、反应蒸发 系统、电弧蒸发系统、溅射化学气相沉积系统、反应磁控管溅射系统、 空心阴极磁控管溅射系统、等离子体增强磁控管溅射系统和其它合适 的系统。

在一个示例性实施方案中，可使用常规磁控管溅射系统制备涂层。 可将磁控管放入真空室中。在系统被抽真空之后，可将惰性气体例如 Ar输入到系统中至约几毫托的压力。可以向磁控管施加典型为几百伏 特的负电压，在磁控管前面产生“磁控管等离子体”。磁控管上的负 偏压将离子从等离子体拉向靶，从而导致靶材(例如Ti)的离子溅射， 该靶材可随后沉积到放置在磁控管下游的样品上，形成金属沉积物(例 如Ti)。如果使用反应气体例如氮气，则可形成金属氮化物(例如TiN)。

使用常规磁控管溅射时，几个变量可控制涂层的品质。例如，可 改变磁控管上的偏压，使得可调节离子能量。然而，如果离子能量过 高，惰性气体(典型地是Ar)的原子可能被引入到膜中，这可导致散 裂。另一参数是离子与原子的比例，该比例可以决定到达工件表面以 便使原子沉积到工件表面上的离子的数目。较高的离子与原子的比例 可导致相对较高品质的膜，该膜可以是致密且光滑的。为了提高至样 品表面的离子通量，可提高给予磁控管的功率，除提高给予磁控管的 功率以外还可以提高向工件上沉积金属原子的速率。因为沉积金属原 子的净增加，离子与原子的比例可能不随离子通量成比例地增加。

在另一个示例性实施方案中，可使用等离子体增强磁控管溅射 (PEMS)来制备涂层，如图1中所示，使用包含独立可控电子源的磁 控管溅射系统。磁控管溅射系统10可包括处在真空室14内的磁控管 12，真空室14具有气体端口16和与真空室14流体连通的泵15。用 以通过气体端口16引入的合适气体进料包含反应气体，该反应气体可 与惰性气体组合供应。惰性气体和反应气体的组合可被称作“混合气 体”。惰性气体可包括例如氩气、氪气、氙气及其组合。