[发明专利]具有保护性双涂层的钢制品及其生产方法

说明书

一般说来，本发明涉及冶金技术的防腐蚀领域，更具体地说，涉及具有保护性双涂层钢燃气轮机部件之类的新型耐腐蚀复合制品。

工业和航海燃气轮机的钢部件通常用于各种操作条件下，特别是周围的大气条件下。在某些情况下，抽入发动机的空气具有对压气机叶片和其它部件有腐蚀和磨蚀作用的成分，尽管这些部件有比较高的铬含量旦一般具有耐腐蚀性质。

因此，业已建议提供保护性涂层以防止腐蚀破坏，同时还提出并试验了各种金属涂层，它们皆因技术和经济原因而不合格。还提出陶瓷涂层，但是都没有解决问题，因为在通常的燃气轮机操作条件下，即使它们十分坚固也会碎裂，露出底层钢表面受到腐蚀破坏。

按照本发明，基于下述新概念和发现，则可解决在严酷环境中操作的燃气轮机压气机叶片和其它马氏体钢部件的腐蚀问题。因此，据我所知，目前首次有可能提供在严酷的腐蚀性的周围的空气操作条件下长期工作的这些部件所需要的耐腐蚀。而且是以合理的成本并不会带来明显不利的情况下获得这种成果。

实质上，本发明基于我们的新概念，使用一种陶瓷涂层并通过提供一种粘合在基体制品表面并同样与陶瓷外涂层粘合的金属材料保护性底涂层而解决了劈裂和破碎的问题。用这种方法保护的压气机叶片和其它不锈钢部件的表面，由于陶瓷外涂层而不会一开始就曝露在环境空气中，并且尽管陶瓷外涂层劈裂和破碎，只要保护性金属层保持完整无损，就会受到屏蔽。

我们已发现由于陶瓷外涂层破裂使保护性底涂层曝露时，在整个金属底涂层发生腐蚀作用的时间意想不到的长。我们还意外地发现，即使底涂层贯穿之后，其紧邻区的保护性金属材料有助于保护钢基体的曝露表面不受腐蚀损坏。

而且，我们发现这种外延保护的效果是通过使用保护性金属涂层而获得的，该涂层可为极薄的并且甚至可有在制造或工作过程中造成的缺陷或宽度大至1.59毫米的孔。

我们的另一概念是，将电动势序中位于铁上面的任何合适的金属或金属的合金用作保护性底涂层。当然，这不包括高活性金属，例如钠和钾，但包括铝、锌、镉和镁以及它们的合金中那些电势序比铁更活泼的，且必将符合本发明用作保护目的的合金。

我们还发现可用各种方法提供保护性底涂层而都能获得好的结果。因此，镍一镉和镍—锌底涂层已以最低成本电镀形成并提供了具有优良涂覆和粘附性的底涂层。质量同样好的铝底涂层也已制成，其制法是，使用铝涂料，经过浸涂、喷涂或刷涂，随后干燥、热处理和喷砂处理或其它抛光处理以便压实金属粒子沉积物，从而得到与金属基底表面呈电导接触的粘合铝体。用于本发明目的的其它沉积技术包括等离子和火焰喷射、溅射、离子蒸汽沉积(IVD)、物理蒸汽沉积(PVD)和化学蒸汽沉积(CVD)。

保护性金属涂层的厚度一般说来并不是关键性的，因为用约0.005毫米薄的和可能希望厚得多的涂层都可以得到本发明的新结果和优点。

此外，我们还发现，可以用1966年4月16日颁发给Allen的美国专利№3,248,251中描述的方法形成陶瓷外涂层。然后如果需要可再将初始形成的陶瓷外涂层用第2和第3涂层封闭和密封，且每一涂覆步骤后进行干燥和固化步骤。

最后，我们还发现陶瓷涂层形成所需的温度(一般为538℃或更高)与不锈钢抗疲劳保持力所需温度(低于约316℃)的不同温度要求可以由始终如一的好结果而克服。特别是，我们发现通过限制Allen专利方法中干燥和固化步骤的温度低于约316℃，最好是260-288℃，则可得到好的陶瓷外涂层并且不会牺牲喷砂或其它合适的冷加工处理过程中所形成的不锈钢基体的耐疲劳性。

概括说来，新型马氏体不锈钢制品，例如本发明之压气机叶片，具有保护性金属底涂层和防护性陶瓷外涂层的双涂层，两涂层彼此粘结在一起，而且底涂层粘附在叶片的表面上以形成一个整体复合制品。

同样，一般说来，本发明方法包括提供燃气轮机压气机叶片，在叶片上形成最小厚度的连续保护性金属涂层，并在保护性金属涂层外形成陶瓷涂层并与其粘结在一起的步骤。

熟悉本领域的技术人员研究附属并构成本说明书一部分的附图则可进一步和更好地了解本发明。

图1是本发明之燃气轮机压气机叶片复合件的部分横截面显微放大图(100x)，示出粘附在叶片表面的铝—陶瓷双保护涂层系统；

图2是类似于图1的另一压气机叶片的显微放大图(500x)，它具有用陶瓷涂层包覆的镍—镉底涂层的双涂层。

图3是图2之压气机叶片的照片图，曝露在ASTM B117盐雾试验中227小时后，示出无锈斑划痕。