[发明专利]形成含有结晶化氧化铝的保护涂层的方法

说明书

本公开内容的实施方式大体上关于基板上的保护涂层及沉积保护涂层的方法。在一或多个实施方式中，在基板上形成保护涂层的方法包括：在第一气相沉积处理期间在基板的表面上沉积含有非晶氧化铬的氧化铬层；及在第一退火处理期间加热含有包含非晶氧化铬的氧化铬层的基板，以将非晶氧化铬的至少一部分转换成结晶氧化铬。所述方法还包括：在第二气相沉积处理期间在氧化铬层上沉积含有非晶氧化铝的氧化铝层；及在第二退火处理期间加热含有设置在氧化铬层上的氧化铝层的基板，以将非晶氧化铝的至少一部分转换成结晶氧化铝。

技术领域

本公开内容的实施方式大体上关于沉积处理，且更特定地关于在包括航天部件的各种类型的基板上沉积膜的气相沉积处理。

背景技术

由于暴露于热气体及/或反应化学物(例如，酸、碱、或盐)，涡轮引擎通常具有随着时间腐蚀或劣化的部件。此种涡轮部件通常由热及/或化学阻挡涂层保护。使用在暴露于燃气涡轮引擎中燃烧的热气体的机翼上的用于环境保护与作为热阻挡涂层(TBC)系统中的接合涂层两者的现行涂层包括扩散铝化物(diffusion aluminide)与各种金属合金涂层两者。这些涂层被施加在通常为镍基超合金的基板材料之上，以提供对抗氧化和腐蚀攻击的保护。这些涂层以若干不同方式形成在基板上。例如，通过简单地在高温下将基板暴露于富铝环境，可在镍基超合金上生长铝化镍层作为外涂层。铝扩散进入基板并与镍结合以形成镍铝合金的外表面。

然而，由于对于引擎性能提高的需求提升引擎操作温度及/或引擎寿命要求，因此当用作为环境涂层或作为接合涂层时，需要涂层的性能的改进超越且在这些现有涂层的性能之上。因为这些需求，期望可用于环境保护或作为接合涂层或用于上述两者的涂层，此涂层能够承受较高操作温度或在需要被移除以修复之前能够操作更长的时间。这些已知的涂层材料与沉积技术具有数个缺点。通过低压等离子体喷涂、等离子体气体沉积(PVD)、电子束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(lineof sight coating)，意味着部件的内部无法被涂布。外部的铂电镀通常形成相当均匀的涂层，然而，部件内部的电镀已被证明为具有挑战性。完成的电镀涂层经常过薄而没有保护性或者过厚而造成负面机械效果，诸如高重量增加或疲劳寿命弊端(fatigue life debit)。类似地，铝化物涂层受到部件的内部通路上的不均匀的困扰。铝化物涂层是易碎的，其会导致在经受疲劳时寿命减少。

此外，大部分的这些涂层的厚度为大于10微米的量级，其会致使部件重量增加，使得盘片和其他支撑结构的设计变得更具挑战性。许多的这些涂层还需要高温(例如，大于500℃)步骤以沉积涂层或促使涂层到合金的足够相互扩散以达成粘附。许多人期望具有的涂层为：(1)保护金属免于氧化与腐蚀，(2)能够在任意几何形状上具有高膜厚度和组成均匀性，(3)对金属具有高粘附力，(4)足够薄以不显著地增加重量或在裸金属的现行设计实践之外减少疲劳寿命，及/或(5)在足够低的温度(例如，500℃或更低)下沉积以不致使金属的微结构改变。

因此，需要改进的保护涂层及用于沉积保护涂层的方法。

发明内容

本公开内容的实施方式大体上关于在包括航天部件的基板上的保护涂层及用于沉积所述保护涂层的方法。在一或多个实施方式中，在基板上形成保护涂层的方法包括：在第一原子层沉积(ALD)处理期间或第一化学气相沉积(CVD)处理期间将基板暴露于铬前驱物和第一氧化剂，以在基板的表面上形成含有非晶氧化铬的氧化铬层；及在第一退火处理期间加热含有包含非晶氧化铬的氧化铬层的基板，以将非晶氧化铬的至少一部分转换成结晶氧化铬。所述方法还包括：在第二ALD处理期间或第二CVD处理期间将基板暴露于铝前驱物和第二氧化剂，以在氧化铬层上形成含有非晶氧化铝的氧化铝层；及在第二退火处理期间加热含有设置在氧化铬层上的氧化铝层的基板，以将非晶氧化铝的至少一部分转换成结晶氧化铝。