[发明专利]在金属基材表面形成氧化铝层的方法

说明书

本发明涉及一种在包含铝的金属合金基材(201)的表面上形成氧化铝层(203)的方法，该方法至少包括：‑在金属基材的表面上沉积第一铝层，‑通过气相沉积在第一层上沉积第二层，该第二层包含铝、卤素和氧，以及‑在氧化气氛下对涂有第一层和第二层的基材进行热处理，以在金属基材的表面形成氧化铝层。

技术领域

本发明涉及一种在金属基材表面形成氧化铝层以赋予所述基材在高温下防止氧化和腐蚀的方法。本发明尤其涉及对旨在用于航空涡轮机中的基材的保护。

背景技术

在航空涡轮机中使用镍基超合金是已知的。为了减轻涡轮机的重量，已经开发了包含较轻金属(例如铝)的合金。例子包括基于铝化钛(也称为TiAl)的合金，其具有良好的机械特性，并且比镍基超合金轻得多。

然而，希望提高这些合金在高温下(即高于800℃的温度下)的抗氧化和抗腐蚀性能。已经开发出在这些类型的合金表面上形成氧化铝保护层的解决方案。特别是，Hornauer等人的出版物(表面和涂层技术(Surface and Coatings Technology),2003,174,第1182-1186页)提出了一种解决方案，其中首先通过等离子体工艺在部件的表面注入氯，然后在其中形成保护性氧化铝层。然而，这种解决方案的缺点是在形成氧化铝层的过程中导致零件表面附近的局部贫铝。这种贫铝可能导致基材在高温下的性能发生不希望的变化，尤其是由于易碎金属间相的形成，这会降低材料的疲劳寿命。

发明内容

本发明涉及一种在包含铝的金属合金基材的表面上形成氧化铝层的方法，该方法至少包括：

-在金属基材的表面上沉积第一铝层，

-通过气相沉积在第一层上沉积第二层，该第二层包含铝、卤素和氧，以及

-在氧化气氛下对涂有第一层和第二层的基材进行热处理，以在金属基材的表面形成氧化铝层。

本发明提出了一种解决方案，其中在沉积包含铝、卤素和氧的第二层之前，在基材上沉积铝中间层(第一层)。该第一层提供铝以在氧化气氛下热处理期间形成氧化铝层。由于该提供铝的操作，减少或甚至消除了现有技术中遇到的下层金属基材的局部贫铝现象。

在实施方式的一个示例中，第一层的厚度大于或等于20nm。

当形成氧化铝层时，这样的厚度值有利地使得可以进一步减少下层基材的贫铝现象。

在实施方式的一个示例中，第一层的厚度小于或等于1000nm，例如500nm。

限制第一层的厚度避免了铝不从第一层扩散到下层基材并在其中引起结构变化的任何风险。

特别地，第一层的厚度可以在20nm至1000nm之间，例如在20nm至500nm之间。

在实施方式的一个示例中，通过选自物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和表面硬化等的方法来沉积第二层。

第二层包含式AlO_nX_m的化合物，其中n和m各自严格地为正数且X代表卤素。

特别地，第二层可以包含卤化铝和卤氧化铝的混合物，任选地包含氧化铝。

在实施方式的一个示例中，卤素是氟。在此情况下，第二层可以包含式AlO_nF_m的化合物，其中n和m各自严格地为正数。特别地，第二层可以包含氟化铝和氟氧化铝的混合物，任选地包含氧化铝。作为一个变化形式，卤素是氯。

在实施方式的一个示例中，第二层的厚度大于或等于10μm，优选地在10μm至50μm之间。这样的厚度一方面可以改善氧化铝层的生长，另一方面可以使层中的内应力最小化，这使得层能够避免与基材发生粘合缺陷的任何风险。