專利名稱：超級(jí)合金組件以及漿料組合物的制作方法
超級(jí)合金組件以及漿料組合物本發(fā)明涉及一種用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁(aluminisng)的漿料組合物，以及一種包括鋁化物涂層的超級(jí)合金組件。暴露于熱腐蝕性氣體的組件，例如暴露于熱腐蝕性燃?xì)獾娜細(xì)鉁u輪組件，通常由在高溫下可提供高強(qiáng)度的超級(jí)合金制成。這些超級(jí)合金特別是鎳基超級(jí)合金，鐵基超級(jí)合金和鈷基超級(jí)合金。雖然超級(jí)合金在直到1200°C或更高的溫度下具有高強(qiáng)度，但仍需要保護(hù)其免受氧化和/或腐蝕。這種保護(hù)通常通過(guò)形成氧化鋁的涂層例如所謂MCrAlY-覆蓋涂層來(lái)完成，其中M代表鐵(Fe)，鈷(Co)或鎳(Ni)，同時(shí)Y代表釔(Y)，鉿(Hf)或稀土元素。在覆蓋涂層的制備期間，鋁被氧化并形成牢固附著的氧化鋁鱗片(scale)，從而可以 保護(hù)組件免受氧化和腐蝕。例如可以從EP 0486489B1，EP0786017B1或EP1306456A1中獲知這些涂層。另一種形成耐腐蝕和/或氧化的氧化鋁鱗片的方法被稱之為漿料滲鋁。在漿料滲鋁工藝中，在組件的表面涂覆含鋁漿料。接著對(duì)組件熱處理從而導(dǎo)致鋁的熔化。熔化的鋁與組件材料進(jìn)行反應(yīng)并且形成具有氧化鋁鱗片的鋁化物(aluminide)涂層，保護(hù)組件免受氧化和/或腐蝕。除了鋁之外，漿料還可以含有硅從而形成鋁化物-硅化物涂層，其比單獨(dú)的鋁化物涂層具有更好的抗氧化性。通過(guò)漿料工藝形成鋁化物涂層和鋁化物-硅化物涂層在例如 US 5，547，770，US6, 080，246，EP I 820 875A2, US 2007/0298269A1 和 US 6, 126, 758中被披露。除此之外，由美國(guó)專利US 3，720, 537已知漿料技術(shù)可被用于在合金基體上進(jìn)行涂覆。細(xì)分散的鈷-鋁合金，鎳-鋁合金和/或鐵-鋁合金與鉻-鋁合金混合。釔可作為合金被添加。本發(fā)明的目的是提供一種有利的用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁的漿料組合物，其中的超級(jí)合金組件特別為鎳(Ni)基，鈷(Co)或鐵(Fe)基超級(jí)合金組件。本發(fā)明的另一目的是提供一種有利的包括鋁化物涂層的超級(jí)合金組件。第一目的通過(guò)如權(quán)利要求I所要求保護(hù)的用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁的漿料組合物得到解決。第二目的通過(guò)如權(quán)利要求7所要求保護(hù)的包括鋁化物涂層的超級(jí)合金組件得到解決。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)。本發(fā)明的用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁的漿料組合物包含有機(jī)粘結(jié)劑，即具有粘結(jié)劑鹽的溶劑例如水，以及固態(tài)成分。固態(tài)成分包括鋁。根據(jù)本發(fā)明，漿料組合物進(jìn)一步包含鉿(Hf)和/或釔(Y)，特別是鉿和釔。鉿和/或釔可以以粉末形式、片狀、屑狀或類似形式加入到漿料的固態(tài)成分中，或以鹽的形式加入到有機(jī)粘結(jié)劑中。作為本發(fā)明漿料中使用的有機(jī)粘結(jié)劑，在本發(fā)明中特別使用鉻酸鹽和/或磷酸鹽有機(jī)粘結(jié)劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向漿料中加入鉿和/或釔會(huì)改善對(duì)于氧化和腐蝕的保護(hù)，這種保護(hù)通過(guò)對(duì)具有本發(fā)明漿料的超級(jí)合金組件進(jìn)行熱處理后而形成的鋁化物涂層來(lái)提供。有利的鉿含量最多為漿料重量的大約2. 5%，優(yōu)選最多為漿料重量的大約1%。有利的釔含量最多為漿料重量的大約O. 1%，特別是最多為漿料重量的大約O. 05% (5ppm)。
除了鋁，固態(tài)成分中可包括占固態(tài)成分總重量1%至40%的硅。與鉿和/或釔類似，通過(guò)形成鋁化物-硅化物涂層而不是單獨(dú)的鋁化物涂層，硅改善了具有涂覆后的超級(jí)合金組件的抗氧化和耐腐蝕性。在本發(fā)明漿料組合物的進(jìn)一步改進(jìn)中，該漿料包含最多為漿料重量5ppm的硫(S)含量。由于硫?qū)Τ?jí)合金材料具有腐蝕性，因此漿料中硫的存在會(huì)在具有漿料涂層的組件的熱處理過(guò)程中形成氧化鋁鱗片時(shí)削弱超級(jí)合金組件。通過(guò)盡可能的降低漿料中的硫含量，可以避免熱處理期間硫?qū)M件的削弱。本發(fā)明的超級(jí)合金組件包括鋁化物涂層。該涂層材料包括至少一層，該層除了鋁之外還包括鉿和/或釔-特別是鉿和釔。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)除了鋁之外如果含有鉿和/或釔，鋁化物涂層的耐腐蝕性和/或抗氧化性可以得到改善。在本發(fā)明超級(jí)合金組件的特殊實(shí)施方式中，該涂層包括至少兩層，其中一層的涂 層材料包括鋁而沒有鉿和釔。另一層的涂層材料包括鉿和/或釔。在進(jìn)一步的改進(jìn)中，該涂層包括至少三層，其中兩層的涂層材料包括鋁而沒有鉿和釔。第三層的涂層材料除了鋁之外還包括鉿和/或釔。特別是該第三層可夾在沒有鉿和/或釔的兩層之間。應(yīng)當(dāng)指出，盡管在本發(fā)明的所述改進(jìn)中存在具有鉿和/或釔的層和沒有鉿和/或釔的層，本發(fā)明并不限于存在沒有鉿和釔的層的情形。特別地，在本發(fā)明的上下文中，兩個(gè)層均可以含有鉿和/或釔，或者在三個(gè)層的情形中，兩個(gè)層或全部三個(gè)層可以含有鉿和/或釔。如果本發(fā)明的超級(jí)合金組件的涂層除了鋁之外還包括鉿，則鉿含量?jī)?yōu)選最多為該層組分重量的大約3%。這樣的層例如可以通過(guò)包含占漿料重量70%的粘結(jié)劑和最多1%的鉿的漿料來(lái)得到。如果該層除了鋁之外還包括釔，則釔含量?jī)?yōu)選最多為該層組分重量的大約0.17%。這樣的層可以通過(guò)使用包含占漿料重量最多70%的粘結(jié)劑和O. 05% (5ppm)的釔的漿料來(lái)得到。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步發(fā)展，該涂層材料包括至少一層。該至少一層的涂層材料除了鋁之外還包括硅。該層的硅含量可為該層組分重量的1%-40%。需要注意的是，所有含鋁層也可以含有娃。通過(guò)對(duì)本發(fā)明接下來(lái)的實(shí)施方式的說(shuō)明以及結(jié)合附圖
可以更清晰的了解本發(fā)明進(jìn)一步的特點(diǎn)，性能和優(yōu)點(diǎn)。圖I顯示了本發(fā)明組件的第一實(shí)施方式。圖2顯示了本發(fā)明組件的第二實(shí)施方式。圖3顯示了本發(fā)明組件的第三實(shí)施方式。在圖I中顯示了本發(fā)明超級(jí)合金組件的第一實(shí)施方式。圖中顯示了該組件的截面粗略示意圖，該組件可以是燃?xì)鉁u輪組件，例如渦輪葉片，或者高溫氣體流通路徑的襯板元件。附圖顯示了超級(jí)合金1，其上涂覆有涂層3。超級(jí)合金I可以特別是EP 1204776BLEP1306454B1,EP 1319729A1,W0 99/67435A1 或 WO 00/44949A1 中披露的超級(jí)合金中的一個(gè)。具體根據(jù)EP 1204776B1，超級(jí)合金I可以由鎳基超級(jí)合金制成，其組成包括以下元素，以重量百分比計(jì)11-13%鉻，3-5%鎢，O. 5-2. 5%鑰，3-5%鋁，3-5%鈦，3-7%鉭，0-12 % 鈷，0-1 % 鈮，0-2 % 鉿，0-1 %鋯，0-0. 05 %硼，0-0. 2 % 碳，1-5 % 錸，0-5 % 釕，其余為鎳和雜質(zhì)。從EP 1306454B1中已知一種用于在高溫下保護(hù)組件抗腐蝕和抗氧化的保護(hù)性涂層，其由以下元素(詳細(xì)為重量百分比)構(gòu)成0. 5-2%錸，15-21%鉻，9-11. 5%鋁，O. 05-0. 7%釔和/或至少一種由鈧和稀土構(gòu)成的組中的等效金屬，0-1%釕，以及其余為鈷和/或鎳以及與生產(chǎn)相關(guān)的雜質(zhì)。根據(jù)EP 1319729A1，超級(jí)合金I可以由鎳基超級(jí)合金制成，其組成包括以下元素，以重量百分比計(jì)9-10. 75%鉻，3-5%鎢，O. 5-2. 5%鑰，3-5%鋁，3-5%鈦，3-7%鉭，0-12%鈷，0-1 %鈮，0-2%鉿，0-1 %鋯，0-0. 05%硼，0-0. 2%碳，選自由錸、釕構(gòu)成的組的 至少一種元素，其中使用1-5%錸和/或O. 1-5%釕，其余為鎳和雜質(zhì)。鎳招合金涂層也可以通過(guò)Sermatech International公司下的品牌“SermaLoy. J ”和“ SermaLoy 1515 ”來(lái)提供。“ SermaLoy J ”為漿料用鋁化物擴(kuò)散涂層，其用于保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)熱段組件和承受熱腐蝕的工業(yè)組件。其涂覆于組件表面，接著進(jìn)行擴(kuò)散。結(jié)果獲得緊密附著于部件表面的涂層。“SermaLoy. 1515”被設(shè)計(jì)用于保護(hù)高強(qiáng)度低鉻鎳基合金制成的組件能夠極好地抵抗高溫和低溫的熱腐蝕以及氧化。其專門設(shè)計(jì)來(lái)保護(hù)渦輪葉片的內(nèi)部冷卻通道。涂層3為鋁化物-硅化物涂層，其包含鉿和釔。鉿含量為層組分重量的大約3%，而釔含量為層組分重量的大約O. 17%。對(duì)應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求的“第一層”，涂層3通過(guò)漿料滲鋁工藝形成。在該工藝中，固體成分與有機(jī)粘結(jié)劑混合從而形成能夠涂覆于超級(jí)合金I表面的漿料，其中固態(tài)成分包括鋁以及任選地包括含量為固體成分總重量1% -40%的硅，有機(jī)粘結(jié)劑包括鉻酸鹽和磷酸鹽。漿料中加入含量為漿料重量I %的鉿粉末。更進(jìn)一步，漿料中加入含量為漿料重量O. 05%的釔粉末。當(dāng)形成漿料時(shí)，仔細(xì)控制漿料中的硫含量為低于5ppm的非常低的痕量。漿料隨后被涂覆于超級(jí)合金組件的表面，例如噴涂漿料于接收部分。將其涂覆于組件表面之后，通過(guò)大約300°C的熱處理固化漿料。然后通過(guò)在700°C至1100°C溫度下的擴(kuò)散熱處理，固化漿料中含有的鋁，任選的硅，鉿和釔擴(kuò)散到超級(jí)合金I的表面中。通過(guò)使用擴(kuò)散熱處理，鋁，任選的硅，釔和鉿納入到超級(jí)合金I的表面層中，同時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑的的溶劑得到揮發(fā)。粘結(jié)劑的未揮發(fā)殘留成分可以很容易地通過(guò)機(jī)械手段例如對(duì)表面輕微噴砂來(lái)去除。圖2顯示了本發(fā)明組件的第二實(shí)施方式。該實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于第二涂層5涂覆于第一實(shí)施方式的涂層3上。因此，涂層3被設(shè)置在超級(jí)合金I和第二涂層5之間。對(duì)于第二實(shí)施方式，涂層3也可以被稱為第一涂層3。第二涂層5原則上可以為對(duì)于第一實(shí)施方式的第一涂層3所述的涂層。然而，也可以提供既不含釔也不含鉿的涂層作為第二涂層5。在第二實(shí)施方式的變體中，第一涂層3只含有鉿和釔元素中的一種，而第二涂層含有這些元素中的另一種。例如，第一涂層3可以含有鉿，而第二涂層5含有釔。這些層可以通過(guò)對(duì)于第一實(shí)施方式所述的用于制備涂層3的方法來(lái)制備，如果只有鉿或釔被加入到各自的漿料中的話。圖3中顯示了本發(fā)明超級(jí)合金組件的第三實(shí)施方式，第三實(shí)施方式的涂層為三層涂層，其中從超級(jí)合金基體I看起，第一涂層7 (對(duì)應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求的“第二層”)既不含鉿也不含釔，第二涂層9(對(duì)應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求的“第一層”)含釔和鉿，第三涂層11(對(duì)應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求的“第三層”)既不含釔也不含鉿。所有的層可以通過(guò)上述的工藝來(lái)制備，只需向各自的漿料中添加或不添加釔和/或鉿。圖3所示的實(shí)施方式可以更改為第一涂層7、第二涂層9和第三涂層11中的任意一個(gè)可以含有元素鉿和釔中的至少一種。特別是所有三層可以含有釔和/或鉿。另一方面也可以例如第一涂層7既不含釔也不含鉿，第二涂層9含有釔，而第三涂層11含有鉿。應(yīng)注意對(duì)每一涂層，上述的熱處理或激光處理將在所述涂層包括超過(guò)一個(gè)涂層時(shí)進(jìn)行實(shí)施。 在全部三個(gè)實(shí)施方式中，鉿含量?jī)?yōu)選最多為該層組分重量的大約3%和/或釔含量最多為層組分重量的大約O. 17%，這例如可以通過(guò)使用含下列組分的漿料來(lái)實(shí)現(xiàn)按漿料重量計(jì)70%的有機(jī)粘結(jié)劑，1%重量的鉿和/或O. 05%重量的釔，其余為固體成分，其中固體成分包括鋁以及可以進(jìn)一步包括占固體含量重量的1%至40%、特別是占固態(tài)重量的1%至大約20%、以及在特殊實(shí)施方式中占固態(tài)含量重量的大約10%至15%的硅。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁的組合物，特別是漿料組合物，其中該組合物包含有機(jī)粘結(jié)劑和包括鋁在內(nèi)的固體成分，其特征在于該組合物進(jìn)一步包含鉿和釔。
2.權(quán)利要求I所要求的組合物，其特征在于該組合物包含最多占組合物重量大約2.5%、特別為最多大約1%的鉿。
3.權(quán)利要求I或2所要求的組合物，其特征在于該組合物包含最多占組合物重量大約0.I %、特別為最多大約0. 05%的鉿。
4.權(quán)利要求I至3中任意一項(xiàng)所要求的組合物，其特征在于所述固體成分包括占總固體成分重量I %至40 %的硅。
5.權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所要求的組合物，其特征在于包含不大于組合物重量5ppm的硫含量。
6.權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)所要求的組合物，其特征在于有機(jī)粘結(jié)劑包括鉻酸鹽和/或磷酸鹽有機(jī)粘結(jié)劑。
7.包括鋁化物涂層的超級(jí)合金組件(I)，其特征在于所述涂層至少包括第一層(3，9)，且該第一層(3，9)的涂層材料除了鋁之外還包括鉿和釔。
8.權(quán)利要求7所要求的超級(jí)合金組件(I)，其特征在于所述涂層包括至少兩層(3，5;7，9)，該至少兩層(3，5 ;7，9)包括第一層(3 ；9)和至少第二層(5 ;7)，其中第二層(5 ；7)的涂層材料包括鋁但不含鉿和釔。
9.權(quán)利要求8所要求的超級(jí)合金組件，其特征在于包括至少三層(7，9，11)，該至少三層(7，9，11)包括第一層(9)，第二層(7)和第三層(11)，其中第三層(11)的涂層材料包括鋁但不含鉿和釔，且第一層(9)夾于第二層(7)和第三層(11)之間。
10.權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所要求的超級(jí)合金組件(I)，其特征在于第一層(3，9)中的鉿含量最多為該層組分重量的大約3%。
11.權(quán)利要求7至10中任意一項(xiàng)所要求的超級(jí)合金組件(1)，其特征在于第一層(3，9)中的釔含量最多為該層組分重量的大約0. 17%。
12.權(quán)利要求7至11中任意一項(xiàng)所要求的超級(jí)合金組件(I)，其特征在于所述涂層包括至少一層，該至少一層的涂層材料除了鋁還包括硅。
13.權(quán)利要求12所要求的超級(jí)合金組件(I)，其特征在于所述至少一層的硅含量占該層組分重量的1% -40%。
全文摘要
提供用于對(duì)超級(jí)合金組件滲鋁(aluminising)的漿料組合物，其中該漿料包含有機(jī)粘結(jié)劑和包括鋁在內(nèi)的固態(tài)成分。該漿料進(jìn)一步包含鉿和釔。此外，還提供了包括鋁化物涂層的超級(jí)合金組件(1)。該涂層材料包括至少一層(3)，該層除了鋁之外還包含鉿和釔。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102859017SQ201080016021
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2010年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者P·M·沃克 申請(qǐng)人:西門子公司