由懸浮液沉積腐蝕防護(hù)涂層的方法
【專利說(shuō)明】由懸浮液沉積腐蝕防護(hù)涂層的方法
[0001]本發(fā)明涉及在具有空穴的基材上產(chǎn)生腐蝕防護(hù)涂層。
[0002]產(chǎn)生涂層的技術(shù)可歸為三大類:
[0003]-熱噴涂，
[0004]-化學(xué)氣相沉積，和
[0005]-物理氣相沉積。
[0006]熱噴涂技術(shù)如等離子體或火焰噴涂是指將熔融或部分熔融顆粒高速輸送至待保護(hù)的部件表面。涂層由連續(xù)的層構(gòu)成。這些技術(shù)僅可用于開(kāi)放或易接近的表面。
[0007]氣相沉積技術(shù)使用待產(chǎn)生涂層的氣態(tài)前體。該前體可直接在待涂覆表面附近產(chǎn)生(包埋(pack cementat1n))或經(jīng)由氣體傳輸至待涂覆表面(出自包，使用氣體罐或混合物等的CVD)而產(chǎn)生。包埋遇到的主要困難與用粘合劑粉末(涂層的前體混合物)填充具有復(fù)雜幾何形狀或非常小的尺寸(幾個(gè)mm)的部件有關(guān)。使用氣態(tài)前體的技術(shù)的主要限制涉及反應(yīng)性物質(zhì)由氣態(tài)混合物快速消耗，導(dǎo)致涂層的化學(xué)組成和/或厚度的不均勻性。在大表面上或在復(fù)雜幾何形狀中得到均勻涂層非常困難。
[0008]物理氣相沉積技術(shù)是指使涂層的組成成分在其在待涂覆部件表面上冷凝前蒸發(fā)。蒸發(fā)通常通過(guò)用高能(電子或離子)束沖擊目標(biāo)而進(jìn)行。目標(biāo)與待涂覆表面之間的距離對(duì)于沉積厚度的均勻性而言是一個(gè)主要的參數(shù)。這些技術(shù)非常難以在具有復(fù)雜幾何形狀的部件上或不能接近的表面上使用。
[0009]強(qiáng)化工業(yè)過(guò)程導(dǎo)致材料在越來(lái)越苛刻的條件下使用，并導(dǎo)致所用部件的尺寸減小。
[0010]在大多數(shù)情況下，需要用涂層保護(hù)部件以防其環(huán)境。如在前述段落中所提出的一樣，復(fù)雜的幾何形狀和不能接近的表面具有用常規(guī)技術(shù)產(chǎn)生涂層的問(wèn)題。
[0011 ] 因此，必須開(kāi)發(fā)新的沉積技術(shù)或使現(xiàn)有技術(shù)適應(yīng)新限制。
[0012]包埋是在部件上產(chǎn)生涂層的非常古老的方法。將部件放置在粘合劑粉末床中，所述粘合劑粉末是能夠在高溫下產(chǎn)生反應(yīng)性氣氛的產(chǎn)物混合物。必須將該粘合劑放置在待涂覆表面附近以產(chǎn)生在厚度和化學(xué)組成方面均勻的涂層。涂層通常通過(guò)用粘合劑粉末填充具有幾厘米空穴的部件而在部件上產(chǎn)生。
[0013]然而，當(dāng)空穴具有微米級(jí)的特征尺寸和高的長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)度/寬度的比例)時(shí)，引入粘合劑要復(fù)雜得多。這就是使用粉末的包埋類方法通常用于不具有或幾乎不具有難以接近的區(qū)域的部件的原因。
[0014]因此，面臨的一個(gè)問(wèn)題是改進(jìn)在難以接近的表面，即具有空穴的表面上沉積涂層的方法。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)解決方案是一種在具有至少一個(gè)空穴的基材上沉積涂層的方法，其包括以下連續(xù)步驟:
[0016]a)研磨活化劑粉末和待沉積于基材上的金屬或合金粉末的步驟；
[0017]b)使在步驟a)中研磨的粉末與液體混合以形成懸浮液的步驟；
[0018]c)酸洗(pickling)待涂覆基材部分的步驟；
[0019]d)將懸浮液施加至待涂覆基材部分的步驟；
[0020]e)在150-400°C的溫度下加熱基材-懸浮液組合體(assembly)并持續(xù)20-60分鐘，從而至少部分移除液體的第一步驟；
[0021]f)在500°C至待沉積的金屬或合金中的最不耐熔元素的熔點(diǎn)的溫度下加熱由步驟e)得到的基材-懸浮液組合體并持續(xù)1-10小時(shí)，從而使活化劑與待沉積的金屬或合金反應(yīng)的第二步驟；
[0022]g)移除粉狀殘留物的步驟；以及
[0023]h)回收基材-涂層組合體的步驟。
[0024]根據(jù)一個(gè)替換方案，本發(fā)明方法是一種在具有至少一個(gè)空穴的基材上沉積涂層的方法，其包括以下連續(xù)步驟:
[0025]a)研磨酸洗恪劑(pickling flux)粉末和待沉積于基材上的金屬或合金粉末的步驟；
[0026]b)使步驟a)中研磨的粉末與液體混合以形成懸浮液的步驟；
[0027]c)酸洗待涂覆基材部分的步驟；
[0028]d)將懸浮液施加至待涂覆基材部分的步驟；
[0029]e)在50-300°C的溫度下加熱基材_懸浮液組合體并持續(xù)30分鐘到5小時(shí)，從而至少部分移除液體的第一步驟；
[0030]f)在酸洗熔劑的熔點(diǎn)以上的溫度下加熱由步驟e)得到的基材-懸浮液組合體并持續(xù)20分鐘到6小時(shí)，從而使酸洗熔劑與待沉積的金屬或合金反應(yīng)的第二步驟；
[0031]g)移除酸洗熔劑粉末殘留物的步驟；以及
[0032]h)回收基材-涂層組合體的步驟。
[0033]活化劑是與待沉積元素的前體形成氣態(tài)物質(zhì)的化合物。該氣態(tài)物質(zhì)隨后將沉積于待涂覆部件表面以形成涂層?；罨瘎┛梢允欠锘蚵然?。
[0034]取決于情況，本發(fā)明的兩個(gè)方法可具有一個(gè)或多個(gè)以下特征:
[0035]-步驟e)在每X分鐘更新的氣氛下進(jìn)行，其中I分鐘<X < 20分鐘；
[0036]-步驟f)在靜態(tài)惰性氣體氣氛下進(jìn)行，其中惰性氣體例如是氬氣；
[0037]-在步驟b)中將至少一種有機(jī)化合物加入混合物；
[0038]-該有機(jī)化合物選自粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和分散劑；
[0039]-所述方法在步驟e)和步驟f)之間包括步驟i):在400°C至待沉積的金屬或合金中的最不耐熔元素的熔點(diǎn)的溫度下加熱由步驟e)得到的基材-懸浮液組合體并持續(xù)1-10小時(shí)，從而移除或降解有機(jī)化合物；
[0040]-步驟i)在每X分鐘更新的氣氛下進(jìn)行，其中I分鐘彡20分鐘；
[0041]-施加步驟d)通過(guò)在懸浮液中浸漬基材；通過(guò)將懸浮液注入基材空穴；或通過(guò)將懸浮液刷涂施加至基材空穴而進(jìn)行；
[0042]-移除殘留物的步驟g)通過(guò)振擺或用水溶液洗滌而進(jìn)行；
[0043]-所述方法在步驟h)后包括使基材-涂層組合體在900-1200°C的溫度下加熱并持續(xù)1-5小時(shí)的最后步驟；
[0044]-基材具有最小當(dāng)量直徑^^的空穴并進(jìn)行研磨步驟a)，從而僅得到具有當(dāng)量直徑d的顆粒，其中d彡ecm/10 ；
[0045]-在步驟h)中回收的基材-涂層組合體的涂層具有5-200μ m，優(yōu)選5-80 μ m，更優(yōu)選20-60 μ m的厚度；
[0046]-基材選自金屬基材，例如基于鐵或鎳的金屬基材，由合金制成或由超合金制成的基材，復(fù)合基材，包含一種或多種金屬和/或合金和/或超合金(其含有Ni以與沉積的Al反應(yīng)并形成NiAl)。
[0047]基材選自管、渦輪葉片、熱交換器、反應(yīng)器交換器、貯存容器等的內(nèi)側(cè)，優(yōu)選金屬熱交換器。
[0048]粘合劑顆粒的尺寸可由激光粒徑分析或篩選測(cè)量以確保沒(méi)有粘合劑顆?；蛘澈蟿╊w粒的聚集體超過(guò)所需尺寸。
[0049]解聚步驟可能是必須的，以“破壞”可能超過(guò)所需尺寸的單個(gè)顆粒的聚集體。
[0050]顆粒的尺寸通常在I μ m至1_，優(yōu)選I μ m至100 μ m的范圍內(nèi)。
[0051]當(dāng)量直徑定義為內(nèi)接在接近待涂覆表面的最小橫切面內(nèi)的圓柱或圓的直徑。具體而言，所述待涂覆表面無(wú)需具有標(biāo)準(zhǔn)形狀。
[0052]圖1示意性地顯示了本發(fā)明方法的各個(gè)步驟。
[0053]第一步(步驟a)是研磨活化劑粉末和待沉積于基材上的金屬或合金粉末的步驟。該研磨步驟可得到適合于待涂覆部件的粒度。優(yōu)選基材具有最小當(dāng)量直徑e?的空穴且進(jìn)行研磨步驟a)，從而僅得到具有當(dāng)量直徑d的顆粒，其中d ( ecn/10o這些粉末必須能夠在液相中均勻地分散。聚集體的存在可導(dǎo)致阻塞基材空穴的入口。主要的困難在于在同一懸浮液中分散具有不同性質(zhì)的粉末以得到元素在懸浮液中的均勻分散以及均勻沉積。
[0054]第二步(步驟b)是將步驟a)中研磨的粉末與液體混合以形成懸浮液的步驟?？蓪⒄辰Y(jié)劑或潤(rùn)滑劑類型的有機(jī)化合物加入懸浮液，特別促進(jìn)在待涂覆表面上的潤(rùn)濕并控制沉積的厚度。還必須使懸浮液的特