專利名稱：擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得很少發(fā)生開(kāi)裂等的高耐氧化性能的擴(kuò)散鋁化 物涂層的局部施工方法。
背景技術(shù)：
在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)用的燃?xì)鉁u輪或陸上發(fā)電用的燃?xì)鉁u輪中，對(duì)于 暴露于高溫腐蝕性氣體中的葉片、羽片、護(hù)罩、燃燒器等金屬部件(以 下稱為高溫金屬部件)，為了提高其耐氧化性，通常在其表面上施以 耐腐蝕性涂層。
該耐腐蝕性涂層通過(guò)在富含特定元素(主要是鋁)的氛圍中將需 要涂層的部件保持在一定溫度下而形成。
施有上述耐腐蝕性涂層的高溫金屬部件在燃?xì)鉁u輪的運(yùn)轉(zhuǎn)中、或 部件的加工中有時(shí)會(huì)在涂層的一部分上產(chǎn)生碎裂等的損傷。當(dāng)在高溫 金屬部件上產(chǎn)生這種部分的損傷時(shí)， 一直以來(lái)都進(jìn)行"全面再次涂覆" 或"局部涂覆"。
"全面再次涂覆"是將未受損傷的涂層也完全除去，再次實(shí)施涂 覆的修補(bǔ)方法，雖然可靠性高，但具有花費(fèi)成本的問(wèn)題。因此，當(dāng)損 傷部分很少時(shí)，進(jìn)行僅修補(bǔ)損傷位置的"局部涂覆"。
作為該局部涂覆方法之一例，已經(jīng)公開(kāi)了專利文獻(xiàn)l記載的方法。
該以往方法是將含有約55~57重量％鋁的鐵-鋁合金膠帶粘貼在需要
包覆的高溫金屬部件上，填充到惰性氧化鋁粉末中，在惰性或還原性
氛圍中加熱至約1800~ 2000。F長(zhǎng)時(shí)間保持的方法。
作為特別適于內(nèi)部通路等的局部涂覆方法，公開(kāi)了專利文獻(xiàn)2、 3。 專利文獻(xiàn)2的方法通過(guò)噴射等將水溶性漿料涂布在內(nèi)部通路等中
使其干燥，除去水溶性溶劑，在非氧化氛圍中、13S0。F ~ 2250°F下加
熱4~24小時(shí)，使鋁擴(kuò)散。特別是，其特征在于水溶性漿料含有鋁源、
惰性陶瓷粒子、卣素活化劑、水溶性分散劑。
專利文獻(xiàn)3的方法是涂布涂覆漿料，使其干燥后除去水分，進(jìn)行
加熱使鋁在表面上擴(kuò)散，其特征在于，涂覆漿料中含有包括水和非有
機(jī)性凝膠形成劑的載體成分、鋁源和氧化物分散劑。
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-41360號(hào)公報(bào)、"在渦輪機(jī)部件的選 擇區(qū)域上施以擴(kuò)散鋁化物被膜的方法，，
專利文獻(xiàn)2:美國(guó)專利第5，366，765號(hào)公報(bào)、"AQUEOUS SLURRY COATING SYSTEM FOR ALUMINIDE COATINGS"
專利文獻(xiàn)3:美國(guó)專利第6,497,920號(hào)公報(bào)、"PROCESS FOR APPLYING AN ALUMINIDE CONTAINING COATING USING AN INORGANIC SLURRY MIX"
作為局部涂覆方法，隨著燃?xì)鉁u輪的高溫化，強(qiáng)烈需求耐氧化性 能高于以往、擴(kuò)散時(shí)的附著層形成在母材的外側(cè)、母材的減薄很少能 夠進(jìn)行反復(fù)修補(bǔ)的外部擴(kuò)散型涂覆。
但是，專利文獻(xiàn)1的以往局部涂覆方法具有以下問(wèn)題容易在表 面附近形成鋁濃度很高、呈現(xiàn)藍(lán)色的藍(lán)色區(qū)域，在普通的耐氧化試驗(yàn) (空氣中112in、 23小時(shí))或者部件使用中，多在表面附近發(fā)生開(kāi)裂 等，品質(zhì)不穩(wěn)定。
在專利文獻(xiàn)2、 3的方法中，由于必須在漿料中混合惰性陶瓷粒子、 水溶性分散劑、非有機(jī)性凝膠形成劑、氧化物分散劑等的本質(zhì)上不需 要的添加物，因此成本變高。
本發(fā)明是為了解決該問(wèn)題而完成的。即，本發(fā)明的目的在于提供 能夠容易地在高溫金屬部件的一部分上施以品質(zhì)穩(wěn)定的涂層，該涂層 以正確的鋁含有率使用一定的材料作為鋁源、不使用惰性陶瓷粒子或 氧化物分散劑等多余的添加物，由此，獲得在耐氧化試驗(yàn)或部件使用 中少有開(kāi)裂等發(fā)生的高耐氧化性能的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方 法。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本發(fā)明，可以提供擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其為將 擴(kuò)散鋁化物涂層局部施工在暴露于高溫腐蝕性氣體中的金屬部件的一 部分上的方法，其特征在于具有以下步驟使涂覆的金屬部件的一部 分(已經(jīng)存在的涂層的損傷部)母材露出，使其表面達(dá)到所需表面粗 糙度的準(zhǔn)備部件步驟；準(zhǔn)備包含含鋁的金屬間化合物的粉末、鹵素活 化劑和水溶性有機(jī)粘合劑的涂覆漿料的準(zhǔn)備漿料步驟；將上述涂覆漿
料涂布在金屬部件的一部分上進(jìn)行干燥的涂布干燥步驟；將上述金屬 部件填裝在填充有氧化鋁粉末的耐熱容器內(nèi)的填裝步驟；在惰性氛圍 或還原氛圍中將上述耐熱容器保持在高溫下使鋁在金屬部件的一部分 上擴(kuò)散的擴(kuò)散處理步驟；從上述耐熱容器中取出金屬部件將表面的渣 滓除去的清掃步驟。
通過(guò)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，作為上述金屬間化合物使用鋁的理 論比例為重量比62.8%、雜質(zhì)為0.5%以下的TiAl3或aTiAl3。
優(yōu)選的是，作為上述鹵素活化劑，使用A1F3，以93 ~ 97:3 ~ 7的 重量比混合涂覆源和活化劑，使用水溶性有機(jī)粘合劑制作漿料。
在上述涂布干燥步驟中，反復(fù)交替進(jìn)行涂布和干燥，直至涂布厚 度達(dá)到0.5mm以上。
上述金屬部件為燃?xì)鉁u輪的葉片、羽片、護(hù)罩或燃燒器。
在上述擴(kuò)散處理步驟中，在1900 ~ 2000°F (約1038 ~ 1094TC )下 保持約2~9小時(shí).
通過(guò)上述本發(fā)明的方法，由于使用含有鋁的金屬間化合物(優(yōu)選 TiAl3或aTiAl3)的粉末準(zhǔn)備涂覆漿料，因此可以容易地施工鋁含有率 正確且固定(理論比例為重量比62.8°/ )、品質(zhì)穩(wěn)定的涂層。
通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例，可以不使用惰性陶瓷粒子和氧化物分散劑 等本質(zhì)上不需要的添加物，容易地將品質(zhì)穩(wěn)定的涂層施工在高溫金屬 部件的一部分上，由此耐氧化試驗(yàn)導(dǎo)致的開(kāi)裂等少有發(fā)生，可以獲得 很高的耐氧化性能。
而且，所得的涂層為外部擴(kuò)散型，可以將壁薄的葉片或羽片的母 材減少量控制在最小限度，可以反復(fù)實(shí)施修補(bǔ)。


圖1為本發(fā)明中使用的鋁源的說(shuō)明圖。
圖2為本發(fā)明施工方法的流程圖。
圖3A、 B、 C為圖2施工工序的說(shuō)明圖。
圖4A、 B為顯示本發(fā)明實(shí)施例的剖面組織照片。
圖5A、 B、 C、 D為顯示本發(fā)明其他實(shí)施例的剖面組織照片。
具體實(shí)施例方式
以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。需要說(shuō)明的是，各圖 中共通的部分帶有同一符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明中使用的鋁源的說(shuō)明圖。該圖顯示含有鋁(Al)和 鈦(Ti)2元素的合金和金屬間化合物。該圖中，橫軸為鋁的重量比例、 縱軸為溫度，圖中的各符號(hào)表示合金或金屬間化合物。
合金(Alloy)是指純金屬熔合而成的金屬結(jié)合體，原子排列不規(guī) 則。 一般來(lái)說(shuō)Ti-Al合金時(shí)，是指在鈦中熔有一定比例鋁的合金，鋁的
含有率以重量比表示。
另 一方面，金屬間4匕合物(Intermetallic Compound)是金屬原子
以一定比例共價(jià)結(jié)合，其原子排列規(guī)則而成的。其結(jié)合比一定， 一般 如TiAl3那樣用原子數(shù)比表示。因此，鋁的含有率固定，為TiAls時(shí)， 重量比為62.8%。
圖2為本發(fā)明施工方法的流程圖，圖3為圖2施工工序的說(shuō)明圖。 如圖2所示，本發(fā)明的方法為在暴露于高溫腐蝕性氣體的金屬部 件1的一部分(已經(jīng)存在的涂層的損傷部)上局部施工擴(kuò)散鋁化物涂 層的方法，含有準(zhǔn)備部件步驟10、準(zhǔn)備漿料步驟12、涂布干燥步驟14、 填裝步驟16、擴(kuò)散處理步驟18和清掃步驟20。各步驟按照?qǐng)D2所示的
順序，根據(jù)需要反復(fù)實(shí)施。
涂覆的金屬部件1例如為燃?xì)鉁u輪的葉片、羽片、護(hù)罩、燃燒器
等高溫金屬部件，但本發(fā)明并不局限于這些，通?？梢赃m用于暴露于
高溫腐蝕性氣體的高溫金屬部件。
在準(zhǔn)備部件步驟10中，使涂覆的金屬部件1的一部分(已經(jīng)存在
的涂層的損傷部)的母材暴露，使其表面達(dá)到易于進(jìn)行涂覆的所需表
面粗糙度。該步驟含有例如摻混、脫脂洗滌、噴射的3個(gè)工序。
在摻混步驟中，如圖3A和圖3B所示，摻混涂層損傷部。即，當(dāng)
在渦輪葉片、羽片等金屬部件l的涂層上產(chǎn)生工作中的涂層缺損等時(shí)，
僅摻混如斜線部的損傷部2，將涂層完全地除去。
在脫脂洗滌工序中，對(duì)摻混的母材表面的油脂進(jìn)行脫脂洗滌。 噴射工序中，使表面變得粗糙使得漿料易于密合。 在準(zhǔn)備漿料步驟12中，準(zhǔn)備含有含鋁的金屬間化合物3的粉末、
卣素活化劑和水溶性有機(jī)粘合劑的涂覆漿料4。作為金屬間化合物3，
優(yōu)選^:用鋁的理論比例為62.8%、雜質(zhì)為0.5%以下的TiAl3或aTiAls。
作為卣素活化劑，使用A1F3，以93~97:3~7 (優(yōu)選95:5)的重量比混 合涂覆源和活化劑，使用水溶性有機(jī)粘合劑制作漿料。
需要說(shuō)明的是，準(zhǔn)備部件步驟10和準(zhǔn)備漿料步驟12不必按順序
進(jìn)行，可以并列進(jìn)行，也可以反著進(jìn)行。
涂布干燥步驟14中，將涂覆漿料4涂布在金屬部件1的一部分上 進(jìn)行干燥。在該步驟中， 一邊交替進(jìn)行涂布和干燥，使每層干燥，同 時(shí)反復(fù)進(jìn)行涂布，直至涂布厚度達(dá)到0.5mm以上。需要說(shuō)明的是，涂
布厚度可以根據(jù)需要改變。
填裝步驟16中，將金屬部件1填裝到填充有氧化鋁粉末5的耐熱
容器6內(nèi)。即，如圖3C所示，在耐熱容器6(盒)中放入氧化鋁粉末 5達(dá)到耐熱容器的一半左右(Sl )、均等地排列金屬部件l(制品)(S2 )、 填充氧化鋁(S3)、蓋上蓋子。耐熱容器6 (盒)含有在擴(kuò)散處理步驟 18中不會(huì)嚴(yán)重變形或變質(zhì)的耐熱材料.
在擴(kuò)散處理步驟18中，在惰性氛圍或還原氛圍中將耐熱容器6保 持在高溫下使鋁在金屬部件的一部分上擴(kuò)散。在該擴(kuò)散處理步驟18 中，在1900 ~ 2000。F (約1038 ~ 1094")保持約2 ~ 9小時(shí)(優(yōu)選4 小時(shí))。惰性氛圍或還原氛圍可以通過(guò)將耐熱容器6放在惰性氣體 (He、 Ar等)或還原氣體(例如氫氣)中而得到。需要說(shuō)明的是，還 可以根據(jù)需要在耐熱容器6中直接導(dǎo)入惰性氣體或還原氣體。
在清掃步驟20中，從耐熱容器6中取出金屬部件1，除去表面的 渣滓。該步驟含有拆裝(unpack)和噴射的2個(gè)工序。
拆裝工序中，將擴(kuò)散處理完的制品(金屬制品l)從氧化鋁粉末中 取出。在噴射工序中，為了除去產(chǎn)生在涂層表面上的渣滓，實(shí)施噴射.
實(shí)施例1
為了形成外部擴(kuò)散型、耐氧化性優(yōu)異的涂層，選擇以下物質(zhì)作為 涂覆源、活化劑。
涂覆源TiAb粉末 活化劑卣化物(A1F3)
作為金屬間化合物，使用鋁的理論比例為重量比62.8%、雜質(zhì)為 0.5%以下的TiAl3。以95:5的重量比混合該涂覆源和活化劑，使用水 溶性粘合劑制作漿料。
將如此制作的漿料涂布在損傷位置上，進(jìn)行干燥后，填充到氧化
鋁粉末中，在惰性氣體或氳氛圍中、1038 1094TC下保持4小時(shí)。 其他工序如上所述。
圖4A和圖4B為顯示本發(fā)明實(shí)施例的剖面組織照片。在該圖中， 圖4A為通過(guò)上述本發(fā)明獲得的涂層的剖面組織照片、圖4B為耐氧化 試驗(yàn)后的同樣的剖面組織照片。耐氧化試驗(yàn)是在通常的試驗(yàn)條件(空 氣中1121 TC、 23小時(shí))下實(shí)施。
圖4A為在表面上施以了 Ni電鍍的狀態(tài)。由該照片可知，在母材 的表面附近形成約30nm厚的擴(kuò)散層，在其外側(cè)形成約40^im厚的附著 層。因此，通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的涂層為外部擴(kuò)散型，可以將壁厚 很薄的葉片或羽片的母材減少量抑制在最小，可以反復(fù)實(shí)施修補(bǔ)。
由圖4B的耐氧化試驗(yàn)后的剖面組織照片可確認(rèn)，擴(kuò)散層和附著層 在試驗(yàn)后變厚，但任何層都沒(méi)有開(kāi)裂等的缺損，具有極為良好的耐氧 化性。
實(shí)施例2
圖5A、 B、 C、 D是顯示本發(fā)明其他實(shí)施例的剖面組織照片。該圖 中，圖5A是通過(guò)上述本發(fā)明方法獲得的其他涂層的剖面組織照片、圖 5B為其耐氧化試驗(yàn)后的剖面組織照片.圖5C是通過(guò)上述以往方法獲 得的涂層的剖面組織照片、圖5D為其耐氧化試驗(yàn)后的剖面組織照片， 耐氧化試驗(yàn)均在普通的試驗(yàn)條件下(空氣中1121TC、 23小時(shí))實(shí)施。
如果僅考慮耐氧化性，優(yōu)選鋁濃度高，但如果鋁濃度過(guò)高，則成 為非常脆的涂層，因此會(huì)產(chǎn)生缺損或開(kāi)裂，反而成為易于氧化的涂層。 因此，需要平衡的鋁濃度。 一般來(lái)說(shuō)，在組織照片中可見(jiàn)附著層中鋁 濃度為27%以上的區(qū)域呈現(xiàn)藍(lán)色，因此稱為藍(lán)色區(qū)域，作為判斷鋁濃 度的標(biāo)準(zhǔn)。
圖5C是以往的試驗(yàn)前剖面組織照片，可清楚地看到上述藍(lán)色區(qū) 域，另外由于占據(jù)了附著層的大部分，因此可知鋁濃度很高、易于產(chǎn) 生涂層的缺損。
與此相對(duì)，在本發(fā)明的圖5A中，藍(lán)色區(qū)域很少，僅呈現(xiàn)在附著層 的表面部分上。其濃度比圖5C稀，鋁濃度低，為更為穩(wěn)定的涂層。
在圖5D的以往試驗(yàn)后剖面組織照片中，在附著層上有多處呈現(xiàn)黑 色的開(kāi)裂。與此相對(duì)的本發(fā)明圖5B中，完全沒(méi)有呈現(xiàn)黑色的開(kāi)裂，可
知具有充分的耐氧化性。
如上所述，通過(guò)本發(fā)明的方法形成了約50-60pm厚的涂層，該涂 層的耐氧化性優(yōu)異。另外，由于是外部擴(kuò)散型，因此可以將壁厚很薄 的葉片或羽片的母材減少量抑制在最小，易于反復(fù)實(shí)施修補(bǔ)。
需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例和實(shí)施方式，當(dāng)然可 以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其為將擴(kuò)散鋁化物涂層局部施工在暴露于高溫腐蝕性氣體中的金屬部件的一部分上的方法，其特征在于具有以下步驟使涂覆的金屬部件的一部分、即已經(jīng)存在的涂層的損傷部的母材露出，使其表面達(dá)到所需的表面粗糙度的準(zhǔn)備部件步驟，準(zhǔn)備包含含鋁的金屬間化合物的粉末、鹵素活化劑和水溶性有機(jī)粘合劑的涂覆漿料的準(zhǔn)備漿料步驟，將上述涂覆漿料涂布在金屬部件的一部分上進(jìn)行干燥的涂布干燥步驟，將上述金屬部件填裝在填充有氧化鋁粉沫的耐熱容器內(nèi)的填裝步驟，在惰性氛圍或還原氛圍中將上述耐熱容器保持在高溫下使鋁在金屬部件的一部分上擴(kuò)散的擴(kuò)散處理步驟，和從上述耐熱容器中取出金屬部件將表面的渣滓除去的清掃步驟。
2. 權(quán)利要求l的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其特征在于， 作為所述金屬間化合物，使用鋁的理論比例為重量比62.8%、雜質(zhì)為 0.5。/o以下的TiAl3或aTiAls。
3. 權(quán)利要求2的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其特征在于， 作為所述囟素活化劑，使用A1F3，以93~97:3~7的重量比混合涂覆 源和活化劑，使用水溶性有機(jī)粘合劑制作漿料。
4. 權(quán)利要求l的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其特征在于， 在所述涂布干燥步驟中，反復(fù)交替進(jìn)行涂布和干燥，直至涂布厚度達(dá) 到0.5mm以上。
5. 權(quán)利要求1的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其特征在于，在所述擴(kuò)散處理步驟中，在i卯o-:2000。f、即約1(ws-iomtc下保持約2~9小時(shí)。
6. 權(quán)利要求l的擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其特征在于， 所述金屬部件為燃?xì)鉁u輪的葉片、羽片、護(hù)罩或燃燒器。
全文摘要
本發(fā)明提供擴(kuò)散鋁化物涂層的局部施工方法，其具有以下步驟使涂覆的金屬部件1的一部分母材露出，使其表面達(dá)到所需表面粗糙度的準(zhǔn)備部件步驟10；準(zhǔn)備含有含鋁的金屬間化合物3的粉末、鹵素活化劑和水溶性有機(jī)粘合劑的涂覆漿料的準(zhǔn)備漿料步驟12；將涂覆漿料涂布在金屬部件的一部分上進(jìn)行干燥的涂布干燥步驟14；將金屬部件填裝在填充有氧化鋁粉沫的耐熱容器內(nèi)的填裝步驟16；在惰性氛圍或還原氛圍中將耐熱容器保持在高溫下使鋁在金屬部件的一部分上擴(kuò)散的擴(kuò)散處理步驟18；從耐熱容器中取出金屬部件將表面的渣滓除去的清掃步驟20。
文檔編號(hào)C23C10/30GK101102867SQ20058004691
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者佐佐木亞紀(jì)子, 大井成人, 宗田茂和, 高橋秀夫 申請(qǐng)人:石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社