在由超耐熱合金制成的部件上氣相淀積金屬涂層的方法和工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在由耐熱合金制成的部件上氣相沉積金屬涂層的方法，該方法包括將所述部件布置在腔室中，在該腔室中存在能夠一起形成鹵化物金屬涂層的金屬供體顆粒和活化劑，在中性或還原氣體環(huán)境下加熱該腔室到涂層金屬鹵化物與部件的合金反應(yīng)的溫度，其特征在于，所述顆粒的層設(shè)置在至少一個(gè)盒(2)的底部(21)上，然后部件的支撐件被放置在顆粒層上，所述支撐件包括將所述部件保持與顆粒層分離的支撐柱，當(dāng)盒被關(guān)閉時(shí)氣體經(jīng)由位于顆粒層以上的側(cè)面被噴射到所述盒內(nèi)。
【專利說(shuō)明】在由超耐熱合金制成的部件上氣相淀積金屬涂層的方法和工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及保護(hù)涂層在金屬部件上的沉積，特別地基于鋁的保護(hù)涂層。這特別地涉及這種涂層應(yīng)用到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)葉片或靜葉片。

【背景技術(shù)】
[0002]用于在航空領(lǐng)域推進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)渦輪的驅(qū)動(dòng)氣體的溫度下起作用，該溫度需要盡可能高，因?yàn)檫@里涉及能源效率。為此選擇材料以經(jīng)受這些操作條件，并且提供了由熱氣掃過(guò)的部件一渦輪機(jī)可動(dòng)散熱片或噴嘴一的壁，其中適用于內(nèi)冷卻設(shè)備。此外，由于由基于鎳或鈷的超耐熱合金制成的它們的金屬構(gòu)造，也需要保護(hù)它們免受由驅(qū)動(dòng)氣體的成分在這些溫度所導(dǎo)致的侵蝕和腐蝕。
[0003]一種用于保護(hù)這些部件的已知方法是在很容易被氣體降解的表面上沉積金屬涂層，優(yōu)選地基于鋁的金屬涂層。鋁通過(guò)金屬相互擴(kuò)散被固定到基層，并形成保護(hù)表面氧化層。
[0004]涂層的厚度為大約幾十微米。
[0005]本發(fā)明涉及在氣相中沉積鋁的本身已知的技術(shù)，也被稱為通過(guò)氣相沉積的噴鋁。根據(jù)該方法，被處理的部件和包括鹵化鋁的活性氣體布置在半密封腔室內(nèi)，腔室內(nèi)的氣氛由例如氬或氫的惰性或還原氣體的混合物形成。在900°C和1150°C之間的反應(yīng)溫度，鹵化物在部件表面上分解成氣態(tài)鹵素和擴(kuò)散到金屬內(nèi)的鋁。
[0006]鹵化物通過(guò)在具有待處理部件的腔室內(nèi)放置膠結(jié)物并在存在形成活化劑的鹵素化合物、氯或氟的顆粒存在下產(chǎn)生，所述膠結(jié)物作為金屬鋁或金屬鋁合金的供體，所述金屬鋁合金具有一種或多種形成待保護(hù)部件的材料的金屬成分，特別地為鉻。惰性氣體在活化劑上在允許鹵素升華的溫度下循環(huán)，鹵素被傳送到供體并與供體反應(yīng)以產(chǎn)生金屬鹵化物，該金屬鹵化物在該溫度下處于氣態(tài)。
[0007]由于活化劑在涂布溫度下是氣態(tài)以及不會(huì)產(chǎn)生污染物，通常選擇如氯化銨、氟化銨、氟化氫銨的產(chǎn)品。在存在氫或在中性氣體中以及在高溫下，這些分子分解成銨和鹵素。氣化溫度取決于所選擇的鹵化鹽的性質(zhì)。例如，對(duì)于氯化銨是340°C。活化劑僅用于完全安全地運(yùn)輸鹵代酸到反應(yīng)器中，在該反應(yīng)器中進(jìn)行沉積，也就是說(shuō)是半密封盒。連接到該鹵素的陽(yáng)離子(在該情況下是銨)因此對(duì)該反應(yīng)沒(méi)有用。
[0008]然后鹵化物分解與待涂布的金屬基層接觸，使鋁被沉積。在噴鋁過(guò)程中，沉積鋁的循環(huán)過(guò)程開(kāi)始，連續(xù)地持續(xù)直到在基層表面上的鋁活性變得等于由膠結(jié)物賦予的活性。氣體鹵素轉(zhuǎn)化了。所獲得的涂層可用作在金屬基層和該基層的熱保護(hù)屏障層之間的中間層，涂層剛被施加到該基層上。涂層也提高了熱屏障層在基層上的強(qiáng)度以及所述涂層在熱屏障層退化時(shí)保存使用特性的能力。
[0009]然而，該方法的工業(yè)實(shí)施是高成本的，特別地由于工具的短壽命以及準(zhǔn)備時(shí)間。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)的裝置包括帶有圓形形狀的盒，其中石墨支架被安裝在圓柱形組件中。該組件在還原或中性環(huán)境中被放置在處理爐。需要同意的是，為了獲得在部件上沉積的足夠厚度，鋁供體必須在待處理的部件之間被垂直地放置在筐籃內(nèi)。
[0011]該解決方案具有幾個(gè)缺點(diǎn)。
[0012]支架和筐籃占用了大量空間，減少了部件可用的體積，以及由于引導(dǎo)、焊接、機(jī)械固定和與他們有關(guān)的重量，使該工具系統(tǒng)很復(fù)雜。
[0013]例如與工具接觸和連接時(shí)，它們還在部件上產(chǎn)生缺陷，使它們不一致。
[0014]由于工具受到與部件相同的處理，它們變形，限制了它們的使用壽命。變形可能導(dǎo)致噴鋁氣氛的泄漏，導(dǎo)致待獲得部件具有在規(guī)定公差以外的沉積。
[0015]工具的很大表面面積包括寄生(parasitic)沉積,其導(dǎo)致供體的高消耗。如果供體設(shè)備不再填充，該方法的效率迅速地下降。
[0016]本申請(qǐng)的 申請(qǐng)人:在專利EP-B-068 950中提出了該類型方法的一種變型，根據(jù)該變型，供體是以例如被設(shè)置在同心圓柱體內(nèi)的薄片形式，使得待涂布的每個(gè)表面面對(duì)薄片或具有相同數(shù)量級(jí)面積的薄片的一部分。
[0017]根據(jù)在同樣以本申請(qǐng)的 申請(qǐng)人:名義的EP-B-349 420中描述的另一變型，該處理在帶有供體層的盒中進(jìn)行，氣體通過(guò)支撐在柵格上的該層底部被引入。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]在盒內(nèi)側(cè)增加可用于布置額外部件的體積時(shí)，通過(guò)在其上減少對(duì)工具的影響， 申請(qǐng)人:自己設(shè)定了改進(jìn)該方法的目的。特別地 申請(qǐng)人:已經(jīng)尋求減少工具相對(duì)于部件的表面面積，以及該設(shè)備的數(shù)量和重量。
[0019]根據(jù)發(fā)明用于在耐熱合金制成的部件上以氣相沉積金屬涂層的方法，包括在存在金屬供體和活化劑的顆粒情況下在腔室內(nèi)布置部件，所述金屬供體和活化劑能夠一起形成金屬鹵化物；在中性或還原氣體氣氛下加熱該腔室到形成的金屬鹵化物與部件的合金反應(yīng)的溫度，其特征在于，所述顆粒的層設(shè)置在至少一個(gè)盒的底部上，然后該部件的支撐件被放置在所述顆粒的層上，所述支撐件包括支撐柱，該支撐柱將該部件保持距離顆粒的層一定距離處；當(dāng)所述盒被關(guān)閉時(shí)，氣體通過(guò)高于顆粒的層的側(cè)面被引入到盒中。
[0020]通過(guò)改變供體的布置，消除了與部件的支撐件相關(guān)的約束。供體顆粒以層設(shè)置在盒底部上，以及活化劑顆粒沉積在供體顆粒上。
[0021]該解決方案是有利的，由于這使得可能，特別地:
[0022]一在處理過(guò)程中在爐內(nèi)增加部件的密度；
[0023]一盡管在每個(gè)操作中有大量的部件，但不增加供體的消耗，
[0024]一通過(guò)促進(jìn)用于保持部件以及形成密封分離部分的水平面，減少了泄漏，提高該方法的效率；
[0025]一降低每個(gè)部件的工具和設(shè)備的成本，以及通常在其上施加更少的壓力，
[0026]一設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單和更長(zhǎng)使用壽命的工具，
[0027]—通過(guò)減少填充準(zhǔn)備操作而減少周期時(shí)間。
[0028]與使用筐籃的現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，氣相噴鋁在氣體在腔室內(nèi)移動(dòng)時(shí)開(kāi)始，氣體更快地填充盒的全部體積。此外，沒(méi)有筐籃或垂直分離，氣體也還更容易地循環(huán)。此外，鋁更容易在僅由部件占據(jù)的空間中沉積。最后，供體在盒底部的沒(méi)有任何屏障的自由表面更大，在供體與部件之間不存在屏障或干擾元件。
[0029]與EP-B-349 420的解決方案相比，根據(jù)本發(fā)明，提供穿過(guò)僅僅是供體層上方的側(cè)面以及通過(guò)蓋部的氣體，盒完美地被凈化直到350度，以及特別地清除了氧氣的任何蹤跡。另一方面，通過(guò)底部引入的氬帶來(lái)了通過(guò)吹起灰塵對(duì)部件污染的問(wèn)題。而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，在供體以下的管道具有變阻塞的傾向。最后，噴鋁能力不是最佳的，因?yàn)榛罨瘎┫鄬?duì)于氣體供應(yīng)的布置。
[0030]有利地，部件被布置在至少兩個(gè)疊置的盒上，頂部盒的底部形成底部盒的蓋部，底部盒包括支撐該頂部盒的中心柱，蓋部被放置在頂部盒上。
[0031]本發(fā)明還涉及用于實(shí)施該方法的工具。該工具包括由金屬制成的帶有平坦底部的至少第一和第二盒，每個(gè)盒都具有圓形形狀并包括形成支撐件的中心柱以及在其側(cè)壁內(nèi)排氣的管和部件的至少一個(gè)支撐件，該至少一個(gè)支撐件包括支撐柱、覆蓋頂部盒的蓋部。更特別地，盒的頂部邊緣被布置以接收被放置在頂部的盒底部。
[0032]有利地，至少一個(gè)第一盒的中心柱具有管狀形狀，其中空部通過(guò)在盒底部形成中心開(kāi)口而排出，以及至少一個(gè)第二中心盒的中心柱在頂部具有能夠與第一盒底部的中心開(kāi)口邊緣的內(nèi)側(cè)接觸的形狀，當(dāng)所述第一盒被放置在頂部時(shí)。
[0033]通過(guò)在其它內(nèi)側(cè)裝配一個(gè)，每個(gè)盒單獨(dú)的中心柱重新構(gòu)成整體中心柱，該中心柱在其底部中心承擔(dān)每個(gè)盒的負(fù)荷重量，此外，該中心柱用作加強(qiáng)盒堆的中心結(jié)構(gòu)。
[0034]盒包括部件的合適支撐件。根據(jù)一個(gè)應(yīng)用，該支撐件具有平行于的盒底部的板并設(shè)置有用于容納部件的開(kāi)口。有利地，該支撐件包括不超過(guò)一個(gè)柱，該柱支撐用于容納部件的五個(gè)開(kāi)口的板。該裝置因此可獲得在盒內(nèi)待處理的部件的高密度，并不干擾用于沉積鋁層的氣體循環(huán)。該應(yīng)用例如是渦輪動(dòng)葉片或用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片的內(nèi)部護(hù)套的處理。
[0035]根據(jù)另一種應(yīng)用，所述盒包括渦輪噴嘴的單獨(dú)支撐件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]參考附圖，其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從本發(fā)明的非限制性實(shí)施方式的以下描述中顯現(xiàn)，其中:
[0037]一圖1是在彼此上組裝之前，包括三個(gè)盒和一個(gè)蓋部的工具的剖面；
[0038]一圖2是圖1的工具的透視圖；
[0039]一圖3示出了渦輪動(dòng)葉片的支撐扇區(qū)；
[0040]一圖4示出了用于冷卻噴嘴葉片護(hù)套的支撐扇區(qū)；
[0041]一圖5示出了渦輪噴嘴扇區(qū)的支撐件。

【具體實(shí)施方式】
[0042]熱化學(xué)噴鋁處理包括用鋁表面富集部件的表面用于提高抗高達(dá)1100°C的熱氧化、耐腐蝕的目的，特別地在同時(shí)出現(xiàn)氧、通過(guò)煤油的硫和/或通過(guò)鹽霧的氯化鈉時(shí)，以及在由于燃燒氣體的溫度遭遇了氧化/腐蝕現(xiàn)象的區(qū)域。
[0043]圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明的工具的示例實(shí)施方式。它包括一組三個(gè)盒2，在這里三個(gè)盒2可以放置在彼此的上面。每個(gè)盒都具有托盤21的圓形形狀，該托盤21由一個(gè)被加強(qiáng)的板形成，以能夠支撐由供體和活化顆粒形成的層以及待處理部件。板21在這里包括在中心的圓形開(kāi)口，具有被固定在開(kāi)口并形成支撐件的空心中心柱。柱的功能是支撐底部以及防止其變形。盒包括具有與柱22相同高度的側(cè)壁23。該壁由外圍肋加強(qiáng)。管24設(shè)置在壁23上并排出到盒內(nèi)。它用于為盒提供中性氣體，如氬或還原氣體。壁23的頂部邊緣23s設(shè)置有外圍中心薄片23c。蓋部3封閉了頂部盒。
[0044]為了組裝該工具，中間盒被放置在底部盒上，底部在外圍中心薄片23c內(nèi)側(cè)的底部盒邊緣上對(duì)接以及在中心在柱22上對(duì)接，其上部截錐形能夠接觸依靠在其頂部上的盒中心開(kāi)口的邊緣。頂部盒以相同方式被放置在中間盒上。垂直力沿側(cè)壁通過(guò)盒和中心柱的邊緣傳遞。
[0045]為了裝載盒，布置了適合于待處理部件的支撐件。圖3示出了動(dòng)葉片35的支撐扇區(qū)30。葉片根部被封閉在掩模35’內(nèi)，掩模35’的功能是精確地防止部件的該部分的噴鋁。事實(shí)上需要的是該部件不被處理。葉片因此在支撐件的板31內(nèi)頭向下地懸掛，確定了其艙室的數(shù)量和布置，以相對(duì)于部件尺寸以及不接觸的需求具有最大裝載。與現(xiàn)有技術(shù)的工具不同，由于所述供體被放置在部件以下而不是被放置在其間，不存在有關(guān)待處理部件相對(duì)于供體的位置的約束。支撐件的柱32的高度對(duì)應(yīng)于盒側(cè)壁23的高度以及用底部保持足夠空間的需要，使得在供體和部件之間沒(méi)有接觸。例如，支撐件30的板31在盒2的內(nèi)部環(huán)形空間內(nèi)覆蓋了 60°的扇區(qū)，該板可接收57個(gè)葉片35，僅分布在其表面上的9個(gè)柱32足夠提供穩(wěn)定座位。為了裝載盒2，第一步驟是在盒2的底部上布置一層供體顆粒，然后一層活化劑顆粒。葉片被放置在支撐扇區(qū)30內(nèi)。然后被裝載的支撐件被放置在盒2內(nèi)。事實(shí)上，供體顆粒層是用作總是平坦的壓載物，支撐件以非常穩(wěn)定的方式被放置在該壓載物上，沒(méi)有導(dǎo)致部件之間接觸的任何失衡風(fēng)險(xiǎn)。相同程序隨后用于其它盒，然后蓋部被放置在一組三個(gè)裝載盒上以及被加載工具放置在爐內(nèi)用于處理。對(duì)于該處理，清洗了構(gòu)成該盒和封閉板的單獨(dú)封閉腔室；然后被氬氣清掃的腔室，氬氣例如通過(guò)管24被引入，被逐漸加熱到350度。在該溫度下停止清洗。
[0046]圖4示出了用于內(nèi)部噴嘴護(hù)套45的支撐件40的扇區(qū)，例如在以 申請(qǐng)人:名義的專利申請(qǐng)F(tuán)R 2 921 937中描述的。與動(dòng)葉片不同，部件可在其整個(gè)表面上處理，并且不需要屏蔽。如在圖中可以看出的，這是可能的由于這可在支撐件40上設(shè)置更大數(shù)量的部件。該支撐件包括其內(nèi)部帶有用于護(hù)套45的單獨(dú)艙室的板41，該單獨(dú)艙室因此在一端由其套環(huán)懸掛和保持。如之前根據(jù)由沉積在盒底部上的供體和活化劑顆粒形成的層確定了柱42的高度。在這個(gè)示例中，支撐件40的板可接收三百三十三個(gè)噴嘴護(hù)套45而僅用七個(gè)柱42作為其支撐件。
[0047]圖5示出了渦輪噴嘴扇區(qū)55的支撐件50。所述扇區(qū)形狀不允許其懸掛通過(guò)板。噴嘴單獨(dú)地支撐在支撐件50上，該支撐件50包括底座51和三個(gè)支撐柱52的。噴嘴扇區(qū)包括將扇區(qū)的葉片連接在一起的兩個(gè)平臺(tái)55p以及相對(duì)于該平臺(tái)55p在葉片外部的徑向凸緣55b。該扇區(qū)通過(guò)徑向凸緣55r依靠在支撐柱52上。在該工具的盒內(nèi)，該支撐件通過(guò)底座51依靠在供體和活化劑顆粒層上。該柱的高度足夠以防止供體和噴嘴扇區(qū)之間的任何接觸。
[0048]本發(fā)明的解決方案相對(duì)于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)采用包含供體顆粒的筐籃的方法獲得顯著的進(jìn)步，提高了鋁層質(zhì)量。該收益導(dǎo)致了每批被處理部件的更大密度。對(duì)于動(dòng)葉片，密度至少增加2.5倍，以及對(duì)于護(hù)套增加高達(dá)10倍。
[0049]同時(shí)，工具的成本和耗材除以三:盒的使用壽命延長(zhǎng)三倍，供體的使用壽命增加四倍，省去供體的筐籃以及固定設(shè)備。也可以進(jìn)行簡(jiǎn)化以使操作循環(huán)的持續(xù)時(shí)間縮短一半。
【權(quán)利要求】
1.在由耐熱合金制成的部件(35、45、55)上氣相沉積金屬涂層的方法,該方法包括:在存在所述涂層金屬的供體和活化劑的顆粒情況下在腔室內(nèi)布置所述部件，所述涂層金屬的供體和所述活化劑能夠一起形成涂層金屬的鹵化物；在中性或還原氣體的氣氛下加熱該腔室到形成的所述涂層金屬的鹵化物與所述部件的合金反應(yīng)的溫度；其特征在于，所述顆粒的層設(shè)置在至少一個(gè)盒(2)的底部(21)上，然后所述部件(35、45、55)的支撐件(30、40、50)被放置在所述顆粒的層上，所述支撐件包括支撐柱(32、42、52)，該支撐柱保持該部件距離所述顆粒的層一定距離處，當(dāng)所述盒被關(guān)閉時(shí)，氣體通過(guò)高于所述顆粒的層的側(cè)面被引入到所述盒中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，根據(jù)該方法，所述部件被設(shè)置在至少兩個(gè)疊置的盒內(nèi)，頂部盒的底部(21)形成底部盒的蓋部，所述底部盒包括支撐所述頂部盒的中心柱，蓋部(3)被放置在所述頂部盒上。
3.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法的工具，該工具包括由金屬制成的帶有平坦底部(21)的至少第一和第二盒(2)，每個(gè)盒都具有圓形形狀并包括形成支撐件的中心柱(22)，覆蓋頂部盒的蓋部(3)，以及在所述盒的側(cè)壁內(nèi)側(cè)排氣的管(24)以及至少一個(gè)包括支撐柱(32、42、52)的部件支撐件(30,40,50) ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工具，其中，布置所述盒的頂部邊緣(23s)以接收被放置在頂部的盒的底部(21)。
5.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的工具，該工具包括至少一個(gè)第一盒以及至少一個(gè)第二盒；該第一盒的中心柱(22)具有管狀形狀，該第一盒的中心柱的中空部通過(guò)在所述盒的底部(21)形成中心開(kāi)口來(lái)排氣；當(dāng)所述第一盒放置在頂部時(shí)，所述第二盒的中心柱(22)在頂部的形狀允許與所述第一盒的底部(21)的中心開(kāi)口邊緣的內(nèi)側(cè)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5任一所述的工具，其中，所述盒(2)包括用于部件的至少一個(gè)支撐件(30、40)，所述支撐件具有平行于所述盒的底部(21)的板(31、41)以及設(shè)置有用于容納所述部件的開(kāi)口。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的工具，其中，所述支撐件(30、40)包括不超過(guò)一個(gè)用于支撐容納所述部件的五個(gè)開(kāi)口的所述板(31、41)的柱(32、42)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的工具，其中，布置所述支撐件(30)以接收渦輪動(dòng)葉片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的工具，其中，布置所述支撐件(40)以接收渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中空葉片的內(nèi)部護(hù)套。
10.根據(jù)權(quán)利要求3到5任一所述的工具，其中，所述盒包括用于渦輪噴嘴的單獨(dú)支撐件(50)。
【文檔編號(hào)】C23C10/08GK104428438SQ201380035227
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】加布里埃拉·羅德里格斯埃利桑多, 斯特凡·維特拉克 申請(qǐng)人:斯奈克瑪