[发明专利]用于耐火合金部件的涂层

说明书

本发明涉及一种通过化学气相扩散法涂覆由耐火金属合金制成的部件的方法，包括以下步骤：将粉末混合物置于腔室内，将所述部件至少部分地浸入所述粉末混合物中，以及对所述部件施以热处理，所述粉末混合物包括至少一种第一组分和至少一种第二组分，所述第一组分和所述第二组分在热处理步骤过程中形成气态化合物，以使所述第二组分沉积在所述部件上，所述第二组分旨在通过固相扩散与耐火金属合金的至少一种金属物质形成第二合金，从而产生涂层，所述方法的特征在于，所述第二合金在其经受氧化条件时产生钝化氧化物层。

一般技术领域和现有技术

本发明涉及用于机械部件的保护涂层的领域，更确切地说涉及用于耐火合金部件的涂层。

在铸造制造工艺中，通常在注入液态金属之前将型芯放置在铸造模具中，以便在制造过程中在将要制造的部件中形成一个或多个空腔或凹槽。

这些型芯常规是由耐火陶瓷(二氧化硅、氧化铝、氧化锆等)制成的。

或者，已知使用由耐火合金制成的铸造型芯来代替或补充常规使用的陶瓷型芯。

这些耐火合金材料，通常是钼合金，必须涂覆保护层以保持其机械特性，特别是在例如燃气涡轮机超合金叶片制造过程中遇到的极高温度下。

在熔模铸造工艺的情况下，由耐火材料制成的型壳围绕待制造部件的蜡模来制作，以形成该部件模型的模具。然后将型壳加热以固结，事先将蜡在高压釜中在蒸汽下排出，以产生待制造部件的外部形状的印模。

可以起初就将型芯放置在蜡模中，那么在浇筑构成待制造部件的材料之前该型芯就已存在，该型芯限定了部件的内部形状。

在生产燃气涡轮机叶片的情况下，通常是熔模铸造中的超合金涡轮机叶片，叶片型壳的固结在空气中以高于1000℃的温度进行。可能会遇到明显的氧化现象，特别是构成型芯的一部分或整个型芯的耐火金属的氧化现象。

事实上，钼例如可以用作陶瓷型芯中的插入物或者可以构成整个型芯，钼与氧气会发生反应，在400℃至650℃下形成二氧化钼(MoO₂)，然后在高于650℃下形成三氧化钼，三氧化钼极易挥发。钼的氧化速率以公知的方式在400℃至650℃之间线性增加，并且在高于上述温度至1700℃下呈指数增加。

或者，已知使用含有锆和钛的钼基合金(TZM合金)，其在室温下比钼容易机加工并且具有比钼更高的机械强度。已知，TZM从540℃开始发生氧化，并且从790℃开始氧化呈指数增加，伴随有TZM基材的快速挥发(在表面涂层领域，基材是构成待涂覆部件的材料)。

钼或TZM部件的这种非常显著的氧化会导致质量的显著减少和机械性能的快速下降。

在型壳空气固结之后，将超合金熔融并真空浇铸到型壳中，从而与耐火合金接触。

在真空中在高于1500℃的温度下进行的铸造步骤尤其导致超合金元素扩散到型芯的耐火合金中的现象。

耐火合金元素从型芯到超合金的相互扩散会导致所铸合金的组成发生改变，进而导致超合金的机械性能发生改变，并导致所得部件的性能降低。

已知生产硅-钼合金MoSi₂的涂层，该涂层以其能够保护钼和钼合金免受高温氧化的能力而为人所知，该涂层是通过化学气相扩散工艺(也称为活性渗碳法)生产的。

通过使一种或多种化学元素与部件1中所包括的一种物质发生表面扩散来进行该工艺。

扩散在部件1中的化学元素在这里称为掺杂组分，并且来自固体形式的前体组分。

这样的工艺具有易于实施、成本低廉的优点，并且允许待涂覆的物体具有复杂的形状，因为沉积方法是非定向的，这意味着掺杂组分不会由定向射流喷射至部件1上。