背景技術(shù)：

本公開(kāi)一般涉及涂布有保護(hù)材料的制品。更具體而言，本公開(kāi)涉及在高溫下使用的涂布有抗氧化和耐腐蝕涂層的制品，和用于制造這種制品的方法。

用于高溫應(yīng)用的材料，例如，燃?xì)鉁u輪組合件部件，通常優(yōu)化以提供高溫下的優(yōu)異機(jī)械性質(zhì)。這種優(yōu)化經(jīng)常稍微犧牲材料對(duì)高溫腐蝕和氧化的抵抗力。為了改進(jìn)用這種材料制成的部件的整體性能，各種類型的涂層經(jīng)常應(yīng)用于增強(qiáng)部件表面性質(zhì)。例如，由鎳基超合金制成的基材可以涂布有抗氧化性材料，例如所謂的“mcralx”涂層，也就是說(shuō)，包括鉻、鋁和（如被通用的“m”表示）鎳、鈷和鐵中的一種或多種的涂層。所述涂層的任選“x”組分，如果存在，通常為一種或多種另外的元素，例如釔、稀土元素或加入以增強(qiáng)材料的某些性質(zhì)的反應(yīng)性元素。

mcralx及其它涂層通常使用熱噴霧技術(shù)施加。例如，燃燒熱噴霧設(shè)備當(dāng)前用于通過(guò)顆粒熔融或部分熔融和加速到基材上來(lái)產(chǎn)生金屬涂層。這種設(shè)備使用燃燒方法以產(chǎn)生高于顆粒的熔點(diǎn)的氣體溫度和氣體壓力以向顆粒賦予速度。在燃燒熱噴霧過(guò)程中遇到的一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題為噴霧的金屬粉末對(duì)氧化的易感性。重要的是減少存在于金屬涂層中的氧氣量以改進(jìn)涂層的可形成性，且使所述涂層較不易碎。

燃燒冷噴霧技術(shù)例如公開(kāi)于共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/790170中的那些業(yè)已發(fā)展以使能夠形成材料的致密沉積物而不基本上加熱材料到高于其熔點(diǎn)。雖然這些技術(shù)提供吸引人的結(jié)果，在一定條件下使用這些技術(shù)涂布的制品顯示次優(yōu)機(jī)械性能。因此，存在對(duì)使可歸因于存在涂層的性能缺點(diǎn)最小化的涂布制品和用于產(chǎn)生這種制品的方法的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供本發(fā)明的實(shí)施方案以滿足這種及其它需要。一個(gè)實(shí)施方案為制品。所述制品包含含有沉淀物增強(qiáng)合金的基材和布置在所述基材上的涂層。所述合金包含：a)γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；或b)具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群。所述涂層包含至少兩種元素，且還包含多個(gè)現(xiàn)有顆粒。所述涂層的至少一部分基本上不含快速固化的偽影(artifacts)。

另一個(gè)實(shí)施方案為一種方法，其包括：熱處理一定量的金屬粉末，所述粉末具有包含至少兩種元素的微粒和所述微粒內(nèi)存在的多個(gè)快速固化的偽影，其中所述熱處理在對(duì)從所述粉末除去基本上所有快速固化的偽影有效的時(shí)間和溫度的組合下執(zhí)行，由此形成具有期望粒徑分布的加工粉末。所述加工粉末可以用于制造如上所述的涂布制品。

另一個(gè)實(shí)施方案為一種方法，其包括：通過(guò)噴霧原料布置涂層到基材上，所述原料包含多個(gè)微粒，所述微粒包含至少兩種元素且所述多個(gè)微粒的至少一部分基本上不含快速固化的偽影；其中噴霧所述原料包括使用不使所述原料中的微粒的主要實(shí)質(zhì)部分熔融的沉積技術(shù)；其中所述基材包含沉淀物增強(qiáng)合金，所述合金包含：a)γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；或b)具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群。

本發(fā)明還涉及以下實(shí)施方案：

1.一種制品，其包含：

包含沉淀物增強(qiáng)合金的基材，所述合金包含

a)γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；或

b)具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群；

和

布置在所述基材上的涂層，其中所述涂層包含至少兩種元素，且其中所述涂層還包含多個(gè)現(xiàn)有顆粒且其中所述涂層的至少一部分基本上不含快速固化的偽影。

2.實(shí)施方案1的制品，其中至少約10體積%的涂層基本上不含快速固化的偽影。

3.實(shí)施方案1的制品，其中至少約50體積%的涂層基本上不含快速固化的偽影。

4.實(shí)施方案1的制品，其中所述基材包含鎳基超合金、鎳鐵基超合金或鈷基超合金。

5.實(shí)施方案1的制品，其中所述基材包含rene88、rene88dt、rene104、rene65、rene95、rr1000、udimet500、udimet520、udimet700、udimet720、udimet720li、waspaloy、astroloy、discaloy、af115、me16、n18或in100。

6.實(shí)施方案1的制品，其中所述基材包含in718合金、in725合金或in706合金。

7.實(shí)施方案1的制品，其中所述涂層包含鋁、鉻和m，其中m為選自鎳、鈷和鐵中的至少一種元素。

8.實(shí)施方案7的制品，其中所述涂層包含至少約5重量%鋁。

9.實(shí)施方案7的制品，其中所述涂層包含mcralx組合物，其中ｘ包含選自釔、錸、鉭、鉬、稀土元素、鉿、鋯、硅中的至少一種元素及其組合。

10.實(shí)施方案７的制品，其中所述涂層包含鈷；約28%-約35%鎳；約17%-約25%鉻；約5%-約15%鋁；和約0.01-約1%釔。

11.實(shí)施方案7的制品，其中所述涂層包含γ相和β相。

12.實(shí)施方案11的制品，其中所述涂層包含小于1體積%的σ相。

13.實(shí)施方案11的制品，其中所述γ相以所述涂層的至少約25體積%的濃度存在。

14.實(shí)施方案13的制品，其中所述β相以所述涂層的至少約10體積%的濃度存在。

15.實(shí)施方案1的制品，其中所述涂層與所述基材在界面直接接觸布置，且其中在所述涂層和所述基材之間的相互擴(kuò)散區(qū)域具有小于約5微米的厚度。

16.實(shí)施方案1的制品，其中所述制品為燃?xì)鉁u輪組合件的部件。

17.實(shí)施方案1的制品，其中所述制品為渦輪盤。

18.一種制品，其包含：

包含鎳基超合金的基材，所述鎳基超合金包含γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；和

在界面布置在所述基材上的涂層，所述涂層包含

a)mcralx組合物，

b)多個(gè)現(xiàn)有顆粒邊界，和

c)所述涂層的至少約25體積%的γ相和所述涂層的約10%-約75體積%范圍的β相；

其中至少約50體積%的涂層基本上不含快速固化的偽影；和

其中從所述界面延伸到所述基材中的相互擴(kuò)散區(qū)域具有小于約5微米的厚度。

19.一種方法，其包括：

熱處理一定量的金屬粉末，所述粉末具有包含至少兩種元素的微粒和所述微粒內(nèi)存在的多個(gè)快速固化的偽影，其中所述熱處理在對(duì)從所述粉末除去基本上所有快速固化的偽影有效的時(shí)間和溫度的組合下執(zhí)行，由此形成具有期望粒徑分布的加工粉末。

20.實(shí)施方案19的方法，其中熱處理還包括在熱處理期間攪拌所述粉末。

21.實(shí)施方案19的方法，還包括機(jī)械加工在熱處理期間形成的燒結(jié)材料。

22.實(shí)施方案21的方法，其中機(jī)械加工包括研磨所述燒結(jié)材料。

23.實(shí)施方案19的方法，還包括布置涂布材料在基材上，其中所述加工粉末用作用于所述涂布材料的原料。

24.實(shí)施方案23的方法，其中所述布置步驟包括使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的技術(shù)噴霧所述原料。

25.實(shí)施方案24的方法，其中所述技術(shù)包括冷噴霧、火焰噴霧、液體注射火焰噴霧、空氣等離子體噴霧、液體注射空氣等離子體噴霧、高速氧燃料噴霧、液體注射高速度氧燃料噴霧、高速空氣燃料噴霧或液體注射高速空氣燃料噴霧。

26.實(shí)施方案24的方法，其中所述技術(shù)包括液體注射高速空氣燃料噴霧。

27.實(shí)施方案23的方法，其中所述基材包含鎳基超合金、鎳鐵基超合金或鈷基超合金。

28.實(shí)施方案19的方法，其中所述微粒包含mcraly組合物。

29.實(shí)施方案28的方法，其中所述組合物包含鈷；約28%-約35%鎳；約17%-約25%鉻；約5%-約15%鋁；和約0.01-約1%釔。

30.實(shí)施方案28的方法，其中所述涂層包含β相、至少約25體積%的γ相，和小于約1體積%的σ相。

31.一種方法，其包括：

在約925℃-約1200℃范圍的溫度下熱處理一定量的具有包含mcralx組合物的微粒的粉末至少約5分鐘以形成加工粉末；和

使用冷噴霧、火焰噴霧、空氣等離子體噴霧、高速氧燃料噴霧或高速空氣燃料噴霧布置涂布材料在基材上，其中所述加工粉末用作用于所述涂布材料的原料，且其中所述基材包含鎳基超合金；

其中所述布置步驟包括使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的技術(shù)噴霧所述原料。

32.一種方法，其包括：

通過(guò)噴霧原料布置涂層到基材上，所述原料包含多個(gè)包含至少兩種元素的微粒且所述多個(gè)微粒的至少一部分基本上不含快速固化的偽影；

其中噴霧所述原料包括使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的沉積技術(shù)；

其中所述基材包含沉淀物增強(qiáng)合金，所述合金包含

a)γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；或b)具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群。

33.實(shí)施方案32的方法，其中所述基材包含鎳基超合金、鎳鐵基超合金或鈷基超合金。

34.實(shí)施方案32的方法，其中所述原料包含mcraly組合物。

35.實(shí)施方案34的方法，其中所述原料包含鈷；約28%-約35%鎳；約17%-約25%鉻；約5%-約15%鋁；和約0.01-約1%釔。

36.實(shí)施方案34的方法，其中所述原料包含γ相和β相。

37.實(shí)施方案36的方法，其中所述原料包含小于約1體積%的σ相。

38.實(shí)施方案36的方法，其中所述涂層與所述基材在界面直接接觸布置，且其中從所述界面延伸到所述基材中的相互擴(kuò)散區(qū)域具有小于約5微米的厚度。

39.一種方法，其包括：

通過(guò)噴霧原料布置涂層到基材上，所述原料包含多個(gè)包含mcralx組合物的微粒且所述多個(gè)微粒的至少一部分基本上不含快速固化的偽影；

其中噴霧所述原料包括使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的沉積技術(shù)；

其中所述基材包含含有γ'沉淀物的群的鎳基超合金，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參考附圖閱讀以下詳述時(shí)，本發(fā)明的這些及其他特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中類似的字符表示類似的部件，其中：

圖1提供本發(fā)明的示意性非限制性實(shí)施方案的橫截面示意圖。

具體實(shí)施方式

如文中在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的，近似語(yǔ)言可以應(yīng)用以修飾任何定量表述，所述定量表述可以可容許地變化而不導(dǎo)致與其有關(guān)的基本功能改變。因此，被一個(gè)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)例如“約”和“基本上”修飾的值不限于所規(guī)定的精確值。在一些情況下，近似語(yǔ)言可以對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值的儀器的精度。除非上下文或語(yǔ)言另有說(shuō)明，否則在此處和遍布說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，范圍限制可以組合和/或互換；這樣的范圍識(shí)別和包括其中包含的所有子范圍。

除非上下文另有明確規(guī)定，否則在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，單數(shù)形式“一”和“該”包括復(fù)數(shù)對(duì)象。如文中使用的，除非上下文另有明確規(guī)定，否則術(shù)語(yǔ)“或”并不表示排他性而是指存在的參考部件的至少一種且包括其中可以存在參考部件的組合的情形。

如文中使用的，術(shù)語(yǔ)“可以”和“可以為”表明以下可能性：在一組情形內(nèi)發(fā)生；擁有規(guī)定的性質(zhì)、特征或功能；和/或通過(guò)表達(dá)能力、容量或與所限定動(dòng)詞相關(guān)的可能性中的一個(gè)或多個(gè)限定另一個(gè)動(dòng)詞。因此，使用“可以”和“可以為”表明所修飾的術(shù)語(yǔ)對(duì)指定的能力、功能或用途明顯適合、能夠或合適，同時(shí)考慮在一些情況下，該修飾術(shù)語(yǔ)可能有時(shí)不適合、能夠或合適。

如文中使用的，術(shù)語(yǔ)“涂層”是指以連續(xù)的或非連續(xù)的方式布置在下面表面的至少一部分上的材料。此外，術(shù)語(yǔ)“涂層”不必表示均勻厚度的布置材料，且該布置材料可以具有均勻的或可變的厚度。術(shù)語(yǔ)“涂層”可以指涂布材料的單層或可以指涂布材料的多層。涂布材料在多個(gè)層中可以相同或不同。

mcralx材料例如conicraly材料的涂層向超合金基材賦予合乎需要的抗氧化性和耐腐蝕性。然而，當(dāng)超合金基材經(jīng)由燃燒冷噴霧高速空氣燃料(hvaf)技術(shù)涂布有mcralx材料時(shí)，涂布樣本在特定的溫度和應(yīng)力范圍中相對(duì)于不具有涂層的樣本來(lái)說(shuō)顯示次等的低循環(huán)疲勞壽命。實(shí)際上，與施加覆蓋涂層例如mcralx型涂層相關(guān)的基材機(jī)械性質(zhì)降低的這個(gè)問(wèn)題在技術(shù)文獻(xiàn)中充分記載多年。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)低循環(huán)疲勞壽命中的這個(gè)缺點(diǎn)至少部分由于在涂層中存在脆性相；這些相在試驗(yàn)期間提供裂紋引發(fā)位點(diǎn)。其他分析證明這些相存在于用于產(chǎn)生涂層的原樣粉末中，或在沉積到超合金基材上之后涂層熱處理期間形成。

在這些mcralx涂層中的有害相含量的這個(gè)問(wèn)題的來(lái)源最終追溯到用于形成所述粉末的制造方法。這些材料經(jīng)由霧化形成，其中所需組合物的熔融金屬通過(guò)噴嘴噴霧以形成微小的液體金屬液滴，其快速固化以形成固體顆粒。高合金材料例如mcralx材料的固化導(dǎo)致多個(gè)不同特點(diǎn)，包括但不限于枝晶的形成、枝晶和枝晶間區(qū)域之間的顯著化學(xué)偏析的產(chǎn)生和有害枝晶間相例如σ相的形成。高合金材料的這些快速固化特點(diǎn)可歸因于化學(xué)偏析，在金屬加工的領(lǐng)域中是公知的且在文中統(tǒng)稱為“快速固化的偽影”。

用于產(chǎn)生mcralx涂層的基于hvaf的方法一般不使用作原料的粉末顆粒的實(shí)質(zhì)部分熔融；因此，所述涂層保留原樣粉末中存在的快速固化的偽影。涂布材料中的高化學(xué)偏析程度提供有利于在涂布制品的隨后熱處理期間保留偽影相的條件。由于超合金基材的溫度敏感性而限制用于涂布后的熱處理的時(shí)間和溫度的組合，但高的化學(xué)偏析水平一般可以進(jìn)一步促進(jìn)形成不合乎需要的金屬間相，例如σ相和α-鉻，如果在熱處理或工作期間熱暴露在足夠高溫和/或延長(zhǎng)的暴露時(shí)間下出現(xiàn)。另外，用確實(shí)使原料顆粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的典型熱噴霧方法產(chǎn)生的涂層將從原料顆粒在沉積時(shí)固化而獲得快速固化的偽影，由于在噴霧沉積方法期間出現(xiàn)快速冷卻。

本領(lǐng)域中熟知超合金在高溫例如接近800℃的溫度下具有合乎需要的強(qiáng)度及其它機(jī)械性質(zhì)。這些性質(zhì)通常大部分受合金微觀結(jié)構(gòu)的某些特點(diǎn)控制，例如金屬間沉淀物的量、尺寸和尺寸分布、晶粒大小和晶粒形態(tài)。已知這些特點(diǎn)對(duì)溫度敏感；實(shí)質(zhì)熱偏移到接近或高于超合金的關(guān)鍵增強(qiáng)沉淀相的固溶溫度的溫度例如將改變沉淀物尺寸和形態(tài)特征，其繼而將改變部件的性質(zhì)。

從mcralx涂層除去快速固化的偽影需要的溫度高于應(yīng)用于涂布制品而不顯著損壞超合金基材的機(jī)械性質(zhì)的溫度。因此，本發(fā)明已經(jīng)開(kāi)發(fā)如本文所述的技術(shù)以產(chǎn)生克服常規(guī)方法所注意到的缺點(diǎn)的制品。因此，根據(jù)本文所述的實(shí)施方案的制品包括熱敏基材，例如具有超合金的基材，其保留其期望的微觀結(jié)構(gòu)，而且還具有由合金材料制成的涂層，所述合金材料的狀態(tài)通常歸因于經(jīng)受顯著的高溫?zé)崽幚?，也就是說(shuō)，具有基本上不含有害的金屬間相、枝晶結(jié)構(gòu)和伴隨的化學(xué)偏析(為常規(guī)粉末生產(chǎn)方法及其從熔體經(jīng)由霧化的相關(guān)快速固化的偽影和/或?yàn)槌Ｒ?guī)熱噴霧方法及其從熔融顆粒經(jīng)由沉積的快速固化的偽影)的微觀結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在來(lái)看圖1，制品100包含基材110和布置在基材110上的涂層120。制品100用于高溫工作，例如渦輪機(jī)部件。在一個(gè)實(shí)施方案中，制品100為燃?xì)鉁u輪組合件的部件，例如渦輪盤。

基材110包括沉淀增強(qiáng)合金，表示包括充當(dāng)增強(qiáng)合金的作用的沉淀物的一個(gè)或多個(gè)群的合金。超合金，例如鎳基超合金和鎳鐵基超合金，為沉淀增強(qiáng)合金的實(shí)例。鎳基超合金的實(shí)例非限制性包括本領(lǐng)域中已知的那些合金，如rene88、rene88dt、rene104、rene65、rene95、rr1000、udimet500、udimet520、udimet700、udimet720、udimet720li、waspaloy、astroloy、discaloy、af115、me16、n18和in100。其他超合金組合物包括美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/474,580和12/474,651中所述的那些。超合金的其他實(shí)例非限制性包括本領(lǐng)域中已知的那些合金，如in718、in725和in706。

在許多超合金材料中，增強(qiáng)的顯著部分通過(guò)所謂的γ'沉淀物提供。更具體而言，γ'沉淀物的群具有多峰尺寸分布且所述群的至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米例如約10納米-約50納米的尺寸。這種多峰分布為例如用于渦輪盤應(yīng)用的鎳基超合金的特征，其中在沉淀物尺寸分布中的可辨別的峰可以經(jīng)常歸因于一次、二次且有時(shí)三次的γ'。如果合金被加熱到高于約800℃的溫度，在該條件中超合金微觀結(jié)構(gòu)易受分布中的細(xì)小γ'的不合乎需要的粗化影響，取決于具體的合金。

此外，在其它超合金例如in718、in706和in725中，增強(qiáng)的顯著部分通過(guò)所謂的γ''沉淀物提供。更具體而言，γ''沉淀物的群具有小于約300納米例如約10納米-約150納米的中值尺寸。細(xì)小的γ''對(duì)獲得這些合金中的期望水平的高溫性質(zhì)非常重要，但如果合金被加熱到高于約600℃的溫度，在該條件中微觀結(jié)構(gòu)易受分布中的細(xì)小γ''的不合乎需要的粗化影響，取決于具體的合金。

涂層120包含至少兩種元素。因?yàn)槠浒^(guò)一種元素，其在固化期間潛在易受化學(xué)偏析影響，部分取決于組成元素的性質(zhì)和加工細(xì)節(jié)。一般地，當(dāng)組成元素在材料中的數(shù)目提高時(shí)，材料的固化將經(jīng)受一些化學(xué)偏析的可能性更大。

涂層120還包含多個(gè)現(xiàn)有顆粒邊界，表示其業(yè)已使用與其它方法相反的熱噴霧方法沉積，例如濺射、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積，和不包括加速粉末顆粒到所述基材上的其他方法。使用先前所述的燃燒冷噴霧技術(shù)保持顆粒在基本固態(tài)中，導(dǎo)致涂層包括在其顆粒邊界粘附在一起的變形的現(xiàn)有顆粒。這些邊界使用顯微鏡法在加工涂層中一般可見(jiàn)。

值得注意地，涂層120的至少一部分基本上不含快速固化的偽影，例如枝晶和枝晶狀結(jié)構(gòu)、在枝晶和枝晶間區(qū)域之間的顯著化學(xué)偏析和有害的枝晶間相。在一些實(shí)施方案中，該部分為所述涂層的至少約10體積%，且在某些實(shí)施方案中，所述涂層的至少約50體積%。在具體的實(shí)施方案中，該部分為所述涂層的至少約70體積%。相對(duì)于可從由燃燒冷噴霧方法使用常規(guī)霧化合金粉末作為原料制造的涂層所預(yù)期的，涂層120的該部分的微觀結(jié)構(gòu)更大程度指示化學(xué)平衡。這提供較少裂紋引發(fā)位點(diǎn)且提高所得涂層120內(nèi)的延展性，且有助于改進(jìn)制品100的機(jī)械性能。

在一些實(shí)施方案中，涂層120包括包含鋁、鉻和m的組合物，其中m限定為包括鎳、鈷和鐵中的一種或多種。在具體的實(shí)施方案中，所述涂布組合物設(shè)計(jì)成賦予比通過(guò)超合金基材加工的更高程度的抗氧化性和/或耐腐蝕性。涂布組合物的環(huán)境抵抗力在這方面經(jīng)常通過(guò)相對(duì)于超合金組合物升高水平的鋁和/或鉻提供。例如，在一些實(shí)施方案中，所述涂布組合物包含濃度高于基材110中的鋁濃度的鋁。在某些實(shí)施方案中，涂層120包含至少約2重量%的濃度的鋁，且在具體的實(shí)施方案中，鋁濃度為至少約5重量%。在一些實(shí)施方案中，所述涂布組合物包含至少約10重量%的濃度的鉻。在具體的實(shí)施方案中，所述涂布組合物包括至少約5重量%鋁和至少約10重量%鉻。m組分（鎳、鈷、鐵或這些的組合）通常以比鋁和鉻更高的水平例如至少約50重量%的水平存在。

所述涂布組合物可還包含其它元素。mcraly組合物為典型的實(shí)例，其中上述組合物還包含釔，經(jīng)常以小于約3重量%的量，例如小于約1重量%。更一般地，在一些實(shí)施方案中，所述組合物為“mcralx”組合物，表示其包含m(如先前限定)、鉻、鋁和任選地ｘ，其中ｘ包括一種或多種另外的元素例如釔、錸、鉭、鉬、稀土元素和/或所謂的反應(yīng)性元素例如鉿、鋯或硅。在某些實(shí)施方案中，所述涂層包括conicraly組合物。這類材料在本領(lǐng)域中公知且容易商業(yè)可得。conicraly組合物的一個(gè)實(shí)例包括以下（所有百分比以涂層的重量計(jì)）：約28%-約35%鎳、約17%-約25%鉻、約5%-約15%鋁，和約0.01-約1%釔，且鈷存在于余量中以及任何其它合金元素和附帶的雜質(zhì)。

值得注意地，在某些實(shí)施方案中，涂層120的材料，例如mcralx材料，包括γ相（面心立方鎳富集相）和β相（標(biāo)稱組成nial的有序體心立方相）。β相的特征在于高抗氧化性，但一般不存在于超合金組合物中。另一方面，由此霧化的mcralx材料經(jīng)常包含很高量的β，例如90體積%或更多。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，涂層120包括至少約10體積%的β相，但不超過(guò)約90體積%，且在某些實(shí)施方案中，不超過(guò)約75體積%。在具體的實(shí)施方案中，涂層120包括約10體積%-約60體積%的β相。通常，使用原樣mcralx粉末例如作為原料獲得顯著部分的γ相是困難的，由于粉末在其制造期間快速固化。在嚴(yán)格對(duì)比中，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的涂層120包括至少約10體積%的γ相，且在某些實(shí)施方案中包括至少約25體積%的γ相。在具體的實(shí)施方案中，γ相以至少約40體積%的濃度存在。此外，在一些實(shí)施方案中，所述涂層包含約10體積%-約75體積%范圍的β相，和至少約25體積%的γ相。此外，涂層120的微觀結(jié)構(gòu)在有害的金屬間相中顯著地低；在一些實(shí)施方案中，包含γ和β相（包括先前所述的這些相的濃度范圍的任何組合）的涂層120還具有小于1體積%的σ相。這些微觀結(jié)構(gòu)屬性可以基本上降低可歸因于在基材110上存在涂層的機(jī)械性質(zhì)缺點(diǎn)。

如上所述，在其顯著低水平的快速固化缺陷的情況下，涂層120具有一般與熱處理過(guò)的材料相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)屬性，以例如允許偏析作用在一定溫度下通過(guò)隨時(shí)間擴(kuò)散而消散。另一方面，具有其細(xì)小沉淀物結(jié)構(gòu)的基材材料具有一般與未加熱到接近沉淀物固溶溫度的溫度的材料相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)屬性。在其中涂層120包含高溫材料例如mcralx的實(shí)施例中，這種對(duì)比是顯著的，因?yàn)檗D(zhuǎn)化mcralx材料的快速固化的偽影所需要的熱處理將使加熱涂布制品到將基本上改變基材110的微觀結(jié)構(gòu)的溫度成為必要，如果所述制品通過(guò)常規(guī)方法產(chǎn)生。

此外，在形式類似于制品100的涂布制品的典型的高溫?zé)崽幚碇?，其中涂層及其基材在界面接觸，相互擴(kuò)散區(qū)域在界面發(fā)展。該區(qū)域由于在熱處理期間擴(kuò)散而發(fā)展，由于元素一般向較低相應(yīng)濃度區(qū)域擴(kuò)散。取決于所述基材和所述涂層內(nèi)的各種元素的相對(duì)濃度，和所述涂層和基材材料中的這些元素的擴(kuò)散相對(duì)速率，這種相互擴(kuò)散區(qū)域可以延伸到涂層中，延伸到基材中，或兩者。出于本公開(kāi)的目的，不管其是否延伸到基材中，延伸到涂層中，或兩者，所述相互擴(kuò)散區(qū)域描述位于所述涂層和所述基材之間。

因?yàn)樵诩庸け景l(fā)明的制品100以從涂層120除去快速固化的缺陷中并不需要充分熱處理，例如，相對(duì)于在更常規(guī)加工的制品中將產(chǎn)生的形成相互擴(kuò)散區(qū)域的驅(qū)動(dòng)力(將需要充分熱處理以獲得類似于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的涂層120和基材110的微觀結(jié)構(gòu)屬性)，存在小得多的形成相互擴(kuò)散區(qū)域的驅(qū)動(dòng)力。在一些實(shí)施方案中，涂層120與基材110在界面130直接接觸布置，且在涂層120和基材110之間的相互擴(kuò)散區(qū)域140具有小于約5微米的厚度。應(yīng)當(dāng)了解“小于5微米”考慮其中相互擴(kuò)散區(qū)域并不可檢測(cè)，即，具有零厚度的實(shí)施方案。降低的相互擴(kuò)散區(qū)域140通過(guò)限制可以在混合的化學(xué)組成的該區(qū)域中出現(xiàn)的有害相形成的程度來(lái)增強(qiáng)制品100的性質(zhì)。

涂層120厚度經(jīng)常選擇為盡可能地薄同時(shí)保持期望的保護(hù)水平。在一些實(shí)施方案中，標(biāo)稱厚度為小于約250微米；在某些實(shí)施方案中，厚度為小于100微米，且在具體的實(shí)施方案中，厚度為小于約50微米。

提供以下實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明上述描述。在一個(gè)實(shí)施方案中，制品100包含含有鎳基超合金的基材110。所述鎳基超合金包含具有多峰尺寸分布的γ'沉淀物的群且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸。涂層120在界面130布置在基材110上。其至少約50體積%基本上不含快速固化的缺陷的涂層120包括：a)mcralx組合物，b)多個(gè)現(xiàn)有顆粒邊界，和c)所述涂層的至少約30體積%的γ相和至少約10體積%的β相。相互擴(kuò)散區(qū)域140具有小于約5微米的厚度。

制品100的上述屬性源自于用于其制造的方法的某些方面。特別地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于沉積涂層120的金屬粉末的組成可以在發(fā)展上述有利特點(diǎn)中起重要作用。本發(fā)明的實(shí)施方案因此包括用于制備原料粉末的方法，和這種制備的粉末在制造制品100中的用途。

在一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括熱處理一定量的金屬粉末。所述粉末包括包含至少兩種元素的微粒和所述微粒內(nèi)存在的多個(gè)快速固化的偽影，這對(duì)于由霧化技術(shù)或包括從熔融態(tài)快速固化的其它技術(shù)形成的粉末來(lái)說(shuō)是典型的。熱處理所述粉末在對(duì)除去粉末的基本上所有快速固化的偽影有效的時(shí)間和溫度的組合下執(zhí)行，因此使該粉末材料變成比熱處理之前的材料更大程度指示化學(xué)平衡的狀況。

為了有效消除快速固化的偽影，熱處理通常在一定的溫度下執(zhí)行，組成元素的充分?jǐn)U散在該溫度下在實(shí)施的加工時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。選擇的時(shí)間和溫度因此大部分取決于加工的材料的類型。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，粉末的微粒包含針對(duì)上文涂層120所述的mcralx組合物。在這種實(shí)施方案中，熱處理溫度可以為約925℃（約1700℉）-約1200℃(約2200℉)范圍，部分取決于熱處理所分配的時(shí)間。在一些實(shí)施方案中，熱處理溫度保持至少5分鐘的時(shí)間，且可以在至多幾小時(shí)內(nèi)變化。

值得注意地，在某些實(shí)施方案中，在熱處理步驟之后的mcralx材料包括γ相(面心立方鎳富集相)和β相(標(biāo)稱成分nial的有序體心立方相)。通常，使用原樣mcralx材料例如conicraly粉末例如作為原料獲得顯著部分的γ相是困難的，由于粉末在其制造期間快速固化。在嚴(yán)格對(duì)比中，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的粉末組合物在熱處理步驟之后包括至少約25體積%的γ相。此外，粉末微粒的微觀結(jié)構(gòu)在熱處理之后在有害的金屬間相中顯著地低；在一些實(shí)施方案中，所述組合物包含γ和β相，且還具有小于1體積%的σ相。通過(guò)涂層120的這些屬性提供的優(yōu)點(diǎn)業(yè)已在上文描述。

熱處理所述粉末可以以任何多種方式進(jìn)行。例如，所述粉末可以布置在惰性表面例如陶瓷坩堝上的薄層中，且該坩堝布置在爐中。熱處理期間的氣氛一般保持為對(duì)粉末材料基本上惰性以避免有害的反應(yīng)，例如氧化。氬氣氛為一個(gè)實(shí)例，且金屬熱處理領(lǐng)域中的從業(yè)者熟悉這及其它的備選方案。用于熱處理所述粉末的一個(gè)有利考慮為在升高的溫度下燒結(jié)相鄰微粒。在粉末作為靜止層加熱的情況下，松散燒結(jié)的微粒的片可以在熱處理期間形成。即使在加熱期間采用顆粒的攪拌的實(shí)施方案中，如通過(guò)使用流化床爐、旋轉(zhuǎn)爐或超聲攪拌，可以出現(xiàn)一些程度的燒結(jié)。在此情況下，熱處理過(guò)的產(chǎn)物隨后機(jī)械加工，例如通過(guò)在球磨機(jī)、擺動(dòng)碾壓機(jī)、磨碎機(jī)或用于機(jī)械加工領(lǐng)域中的類似裝置中使燒結(jié)片粉碎和/或研磨燒結(jié)材料，以獲得具有所需的尺寸分布的加工粉末。所需的尺寸分布將大部分取決于使粉末形成到涂層120中所用的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理過(guò)的和研磨過(guò)的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)635目篩網(wǎng)以提供具有小于約20微米的最大粒度的產(chǎn)品。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括由上述方法形成的粉末。

業(yè)已熱處理過(guò)且，如果需要，機(jī)械加工以提供期望粒徑分布，所述粉末隨后準(zhǔn)備沉積到基材上，例如，但不限于基材110，以形成涂層，例如，但不限于，制品100的涂層120。本發(fā)明的實(shí)施方案因此包括布置涂布材料120在基材110上，其中如上所述加工的粉末用作用于涂布材料120的原料。該布置步驟可以作為上述粉末加工步驟的延伸來(lái)執(zhí)行，或可以作為獨(dú)立方法執(zhí)行，其中如上所述加工的粉末作為輸入單獨(dú)供應(yīng)到方法中。在任一情況下，沉積加工粉末所選擇的方法為噴霧方法，其不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融。文中“實(shí)質(zhì)部分”表示足以形成上述涂層的微粒的一部分。這樣做以保持通過(guò)上述熱處理獲得的粉末材料的有利的微觀結(jié)構(gòu)屬性；熔融且快速重新固化所述材料，如在空氣等離子體噴霧方法中，會(huì)去除所有這些有利特點(diǎn)且產(chǎn)生具有快速固化的偽影的涂層?？山邮芊椒ǖ膶?shí)例包括冷噴霧、火焰噴霧、空氣等離子體噴霧（aps）高速氧燃料噴霧（hvof）和高速空氣燃料噴霧（hvaf）。后四種技術(shù)通常包括使用液體注射以幫助保持原料溫度低于所述材料的熔點(diǎn)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，沉積步驟包括使用液體注射hvaf，還稱為燃燒冷噴霧，如美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2／790,170中描述。

在旨在提供具有增強(qiáng)的耐高溫腐蝕性和/或抗氧化性的基于超合金的基材的實(shí)施方案中，采用液體注射的涂層施加，尤其其中液體還充當(dāng)原料顆粒的載體的那些，例如液體注射hvaf，為特別合乎需要的。這是因?yàn)樵谶@些實(shí)施方案中，其中所述涂層主要用于化學(xué)功能（即耐腐蝕性）而不是結(jié)構(gòu)功能（例如機(jī)械增強(qiáng)），相對(duì)薄的涂層為合乎需要的以避免與基材的機(jī)械性質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題，例如疲勞強(qiáng)度中的缺點(diǎn)。細(xì)小顆粒通常產(chǎn)生比粗糙顆粒較高品質(zhì)的薄涂層，但采用基于氣體的粉末進(jìn)料系統(tǒng)的技術(shù)例如常規(guī)冷噴霧難以與細(xì)小粉末一起使用，由于所述顆粒難以良好進(jìn)料到氣流中且易于堵塞。另一方面，液體進(jìn)料系統(tǒng)使其本身使用細(xì)小顆粒原料，因?yàn)橐后w避免堵塞且提供期望動(dòng)量以確保所述顆粒充分夾帶在氣柱內(nèi)。

此外，能夠具有很高的顆粒速度和動(dòng)量的冷噴霧方法，產(chǎn)生其中所述顆粒冶金結(jié)合到基材及其本身的涂層結(jié)構(gòu)。在一些條件下，這種高程度的結(jié)合可以與基材材料的機(jī)械性能缺點(diǎn)例如疲勞強(qiáng)度有關(guān)。相比之下，采用顆粒的液體注射的涂布方法允許顆粒的足夠的顆粒速度以機(jī)械結(jié)合到基材及其本身。顆粒結(jié)合水平提供足夠的涂層粘附到基材，但其降低基材的機(jī)械性能缺點(diǎn)的潛在性。

在該步驟中其上布置涂層120的基材110可以為用于基材120的上述任何材料。在具體的實(shí)施方案中，基材120包含鎳基超合金、鎳鐵基超合金或鈷基超合金。

由本文所述的方法形成的所得制品100可以具有上文制品100所述的任何屬性。例如，在涂層120沉積之后，制品100可以熱處理，但熱處理通常局限于不基本上改變基材110的微觀結(jié)構(gòu)（特別是沉淀物尺寸和/或分布）的時(shí)間／溫度組合。相互擴(kuò)散區(qū)域140可以由于涂布方法和/或任何隨后的熱處理而形成，但在一些實(shí)施方案中，相互擴(kuò)散區(qū)域的厚度保持低于約5微米。

在一個(gè)示意性實(shí)施方案中，根據(jù)本文所述的實(shí)施方案的方法包括在約925℃-約1200℃范圍的溫度下熱處理一定量的具有包含mcralx組合物的微粒的粉末至少約5分鐘，以形成加工粉末；和使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的技術(shù)布置涂布材料120在基材110上，所述技術(shù)例如為冷噴霧、火焰噴霧、空氣等離子體噴霧、高速氧燃料噴霧或高速空氣燃料噴霧，其中所述加工粉末用作用于涂布材料的原料?；?10包含具有γ'沉淀物的群的鎳基超合金，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸?；蛘撸?10包含具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群的鎳鐵基超合金。

在另一個(gè)示意性實(shí)施方案中，方法包括通過(guò)噴霧原料布置涂層120到基材110上，所述原料包含多個(gè)包含至少兩種元素的微粒，例如任何先前所述的mcralx材料，且所述多個(gè)微粒的至少一部分基本上不含快速固化的偽影。噴霧所述原料包括使用不使所述原料中的微粒的實(shí)質(zhì)部分熔融的沉積技術(shù)，例如通過(guò)冷噴霧、火焰噴霧、空氣等離子體噴霧、高速氧燃料噴霧或高速空氣燃料噴霧，如先前所述。基材110包含沉淀物增強(qiáng)合金，所述合金包含a)γ'沉淀物的群，所述群具有多峰尺寸分布且至少一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于小于約100納米的尺寸；或b)具有小于約300納米的中值尺寸的γ''沉淀物的群。

實(shí)施例

提供以下實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案。

實(shí)施例1：粉末加工

將約50克conicraly粉末（～10微米平均尺寸）放入氧化鋁舟皿中且輕輕搖動(dòng)以分布在薄的均勻?qū)又?。將該粉末放入管式爐中且在1121℃的氬氣氛下熱處理15分鐘的時(shí)間，接著自然爐冷卻。在熱處理之后，金屬粉末部分燒結(jié)以形成實(shí)心片。將該片用手粉碎成約25毫米尺寸的薄片，且該薄片隨后加載到擺動(dòng)碾壓機(jī)中。運(yùn)行該擺動(dòng)碾壓機(jī)6分鐘，其產(chǎn)生細(xì)小的自由流動(dòng)粉末。粉末最終通過(guò)#635網(wǎng)孔篩分以形成用于隨后的熱噴霧實(shí)驗(yàn)的起始坯料。

實(shí)施例2：涂層沉積

熱噴霧實(shí)驗(yàn)使用先前在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2／790,170中詳細(xì)描述的液體注射高速空氣燃料（hvaf）熱噴霧方法進(jìn)行以沉積具有約20微米的標(biāo)稱厚度的涂層。在噴霧期間粉末溫度充分低地保持以避免在沉積期間熔融和過(guò)度氧化。使用這種方法與實(shí)施例1的熱處理過(guò)的conicraly粉末獲得的典型微觀結(jié)構(gòu)包括γ相和β相區(qū)域，其經(jīng)由掃描電子顯微鏡法可明顯觀察到。為了比較，在相同條件下但使用原樣(由此霧化的)粉末噴霧的相同組合物的涂層顯示從霧化方法快速固化的偽影。例如，用常規(guī)粉末制備的涂層的透射電子顯微鏡法分析顯示存在σ相以及β相。相比之下，由熱處理過(guò)的粉末制備的涂層主要由更合乎需要的γ相構(gòu)成，且包括β相，沒(méi)有可檢測(cè)的σ相。

實(shí)施例3：機(jī)械試驗(yàn)

一般地，可預(yù)期由熱處理過(guò)的粉末制備的涂層具有改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)，由于γ相固有地可延展，而σ相通常脆性。進(jìn)行低循環(huán)疲勞實(shí)驗(yàn)以試驗(yàn)粉末熱處理的益處。約25微米厚的涂層應(yīng)用于鎳基超合金試條且在400℉（約204℃）與～0.6%的峰應(yīng)變和等于1的a比率下循環(huán)至失效。相對(duì)于未涂布材料的平均壽命，涂布有原樣粉末的試條顯示約-1.2標(biāo)準(zhǔn)偏差的缺點(diǎn)。相比之下，使用熱處理過(guò)的粉末產(chǎn)生沒(méi)有可測(cè)量性質(zhì)缺點(diǎn)和等于未涂布材料的疲勞壽命。

雖然在文中說(shuō)明和描述本發(fā)明的僅某些特點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解隨附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神的所有這些修改和變化。