[发明专利]使用含铬薄膜保护金属部件以抗腐蚀的方法

说明书

本公开内容的实施方式一般地涉及航空航天部件上的保护涂层和用于沉积保护涂层的方法。在一或多个实施方式中，一种在航空航天部件上沉积保护涂层的方法包括：顺序地将航空航天部件暴露于铬前驱物和反应物以通过原子层沉积工艺在航空航天部件的表面上形成含铬层。含铬层包含金属铬、氧化铬、氮化铬、碳化铬、硅化铬或上述各项的任何组合。

技术领域

本公开内容的实施方式一般地涉及沉积工艺，且特别地涉及在航空航天部件上沉积膜的气相沉积工艺。

背景技术

由于暴露于热气体和/或反应性化学物质(例如，酸、碱或盐)，涡轮发动机通常具有随着时间而腐蚀或降级的部件。此类涡轮部件常常由热和/或化学阻挡涂层保护。在暴露于燃气涡轮发动机中的燃烧热气体的机翼上使用的既用于环境保护又用作热阻挡涂层(thermal barrier coating；TBC)系统中的粘结涂层的当前涂层包括扩散铝化物和各种金属合金涂层。这些涂层被涂布在基板材料(通常是镍基超合金(superalloy))上，以提供抗氧化和腐蚀的保护。这些涂层以多个不同方式形成在基板上。例如，铝化镍层可仅通过将基板在高温下暴露于富铝环境来作为外涂层生长在镍基超合金上。铝扩散至基板中并且与镍结合以形成镍铝合金的外表面。

可通过首先在镍基基板之上电镀铂至预定厚度来形成铂改性的铝化镍涂层。在高温下将镀铂基板暴露于富铝环境引起在固溶体中的含铂的镍铝合金的外部区域生长。在过量铝的存在下，铂铝具有两相，当铝扩散到镍和铂中并且与镍和铂反应时，所述两相可在NiAl基体中沉淀。

然而，由于对于发动机性能的增加的需求提高了发动机的操作温度和/或发动机的寿命要求，所以当涂层用作环境涂层或用作粘结涂层时，需要所述涂层的性能高于这些现有涂层的能力。由于这些需求，所以需要一种可用于环境保护的或可用作粘结涂层能够承受较高操作温度或在需要被去除以进行修复之前操作一段较长时间的或两者的涂层。这些已知的涂层材料和沉积技术具有若干缺点。由低压等离子体喷涂、等离子体气相沉积(plasma vapor deposition；PVD)、电子束物理气相沉积(electron beam PVD；EBPVD)、阴极电弧或类似溅射技术沉积的大部分金属合金涂层是视线涂层，意味着部件内部无法被涂布。外部的铂电镀通常会形成相当均匀的涂层，但是，事实证明，电镀部件的内部具有挑战性。所得的电镀涂层常常太薄而无法起保护作用或太厚而存在其他不利的机械效果，诸如重量增加过高或者疲劳寿命降低。同样地，铝化物涂层亦遭受在部件内部通道上的不均匀性的影响。铝化物涂层是脆性的，当其暴露于疲劳时可能导致寿命降低。

此外，这些涂层中的大部分的厚度约大于10微米，这样可导致部件重量增加，使盘和其他支撑结构的设计更具挑战性。这些涂层的大部分需要高温(例如，大于500℃)步骤以沉积或促进涂层到合金中的足够的相互扩散以实现粘附。许多人期望有这样的涂层：(1)保护金属不受氧化和腐蚀的影响；(2)能够在任意几何形状上具有高的膜厚度和成分均匀性；(3)具有对金属的高粘附力；(4)足够薄以在裸金属的当前设计实践之外不会实质上增加重量或减少疲劳寿命，和/或(5)在足够低的温度(例如，500℃或更低)下沉积而不会引起金属的微结构变化。

因此，需要改进的保护涂层和沉积保护涂层的改进方法。

发明内容

本公开内容的实施方式一般地涉及航空航天部件上的保护涂层和用于沉积保护涂层的方法。在一或多个实施方式中，一种在航空航天部件上沉积保护涂层的方法包括：顺序地将航空航天部件暴露于铬前驱物和反应物以通过原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)工艺在航空航天部件的表面上形成含铬层。含铬层包含金属铬、氧化铬、氮化铬、碳化铬、硅化铬或上述各项的任何组合。