[发明专利]包含MCrAl-X涂覆层的涂层

说明书

涂覆基材包含基材(1)，该基材包含涂覆有涂层体系(7)的金属基材表面(11)，该涂层体系包含功能涂覆膜(5)或由其构成，所述功能涂覆膜(5)由至少一个MCrAl‑X涂覆层构成或包含至少一个MCrAl‑X涂覆层，其中，该至少一个MCrAl‑X涂覆层被直接沉积在该金属基材(11)上，或者该至少一个MCrAl‑X涂覆层被沉积在由至少一个基材匹配层(31)形成的中间涂覆膜(3)上，其中，该至少一个基材匹配层(31)被直接沉积在该金属基材表面(11)上，其中，直接沉积在该金属基材表面(11)上的层，即分别是指在其被直接沉积在该金属基材表面(11)上情况下的MCrAl‑X涂覆层或者在其被沉积在该金属基材表面(11)上情况下的基材匹配层(31)，显示出部分或完全外延生长或者部分或完全异质外延生长。

本发明涉及新型涂层体系，其包含通过使用物理气相沉积技术所合成的至少一个MCrAl-X涂覆层，该涂层可适用于保护金属基材，尤其是保护涡轮机部件。

本发明的主要目的是允许合成如下涂层，其形成出色的与“金属基材”的界面并且能暴露在接近基材材料熔点的温度而不会脱层。

本说明书和本发明上下文所用的术语“金属基材”是指由显示出金属性能的材料如镍基合金或铝化镍制造的基材。

例如，根据本发明的涂层可以设置在涡轮机叶片尖的表面上以改善这些涡轮机叶片尖的性能。这样一来，根据本发明，在工作中接触到可磨耗材料(擦磨)的叶片尖表面通过在工作前提供的涂层被保护以免机械磨损和腐蚀。

此外，根据本发明的涂层可以提供金属基材的显著改善。尤其是，用由镍基合金或铝化镍构成的或含有镍基合金或铝化镍的材料制造的涡轮机叶片在根据本发明被涂覆之后显示出明显增强的抗氧化能力。

本发明涂层的沉积通过物理气相沉积(PVD)方法执行，例如像阴极电弧蒸镀、溅射或高功率脉冲化溅射(通常称为高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)或高功率脉冲化磁控溅射(HPPMS))，优选通过阴极电弧蒸镀。

本发明提供一种新型的、创新的且非常有用的涂层7，其包括功能涂覆膜5，其中，该功能涂覆膜5由通过使用物理气相沉积技术所合成的至少一个MCrAl-X涂覆层5形成，如在图1a、图1b和图1c中示意性所示的那样。

可选地，涂层7可以包含一个沉积在功能涂覆膜5之上的顶涂覆膜10，如图1b所示。

根据本发明的一个优选实施例，本发明的涂层体系7包含功能涂覆膜5和中间涂覆膜3，其中，中间涂覆膜3被沉积在金属基材1的表面11上，使得中间涂覆膜3沉积在表面11和功能涂覆膜5之间，其中，该功能涂覆膜5由至少一层MCrAl-X涂覆层形成，而中间涂覆膜3由至少一个基材匹配层31形成，所述基材匹配层由与金属基材1的表面11材料相匹配的材料形成。

可选地，中间涂覆膜3可以包含沉积在基材匹配层31上的扩散阻挡层33，该基材匹配层直接沉积在金属基材1的表面11上，如图1c所示。

在至少一个MCrAl-X涂覆层已经构成基材匹配层的情况下，因为MCrAl-X涂覆层的元素组成和金属基材的元素组成相似并且MCrAl-X涂覆层的元素组成满足了如本说明书所限定的基材匹配层元素组成的标准，故MCrAl-X涂覆层可以被直接沉积在金属基材表面而不使用任何中间涂覆膜，如图1所示。

在本发明上下文中的金属基材(因此涂覆有本发明涂层的金属基材表面)优选由以下材料之一构成：

-超合金，

-镍基超合金如因康镍合金(如因康镍718)，

-铝化物，更优选是铝化镍。

根据本发明，基材匹配层31可以例如包含与待涂覆的金属基材表面11相同的或相似的化学组成。优选地，它也可以包含相同的或相似的晶体结构，伴随优选为5％的晶格参数中的最大失配，更优选是小于5％。