制備具有保護涂層的多層元件的方法
【專利說明】制備具有保護涂層的多層元件的方法
[0001]本發(fā)明涉及制備在具有通道的多層元件上的防腐蝕涂層的方法。
[0002]為了提高金屬合金部件經受由氣體混合物引起的化學苛刻條件的耐熱化學性，一種解決方式包括在暴露的表面上沉積保護涂層，從而在最好的情況下獲得抗腐蝕屏障，或至少對腐蝕現(xiàn)象有阻礙作用。
[0003]在組裝后具有復雜結構的部件的情況下，其具有小尺寸和各種幾何形狀的通道并且可能具有高曲折程度和難以接近的區(qū)域，用于施涂這些保護涂層的常規(guī)技術不能獲得在整個結構上的均一和均勻沉積。
[0004]所以必須使用其它方案，例如在組裝構成復雜部件的元件之前制備保護涂層。但是在這種情況下，保護涂層必須選擇性地沉積到待保護的表面上，且不會改變待組裝表面的最終形式，從而不會干擾隨后的組裝步驟。
[0005]目前能施加選擇性沉積的解決方案包括對在涂層沉積步驟期間不是必須涂覆的表面進行掩蔽或蝕刻。因為保護涂層的沉積是在高溫下進行(即600-1100°C)，所以這些掩蔽必須能耐受這些高溫。
[0006]在這些解決方案中，采用機械掩蔽或在油漆或清漆的幫助下掩蔽。
[0007]關于機械掩蔽，此技術的缺點在于一方面，在設備的生產中，在小尺寸復雜表面情況下的機械掩蔽是困難和昂貴的，另一方面存在局部不存在涂層(與掩蔽設備的定位不準確性或設備本身的幾何形狀有關)或局部過量涂覆(對于組裝是有損害的)。
[0008]關于在高溫油漆或清漆的幫助下進行掩蔽，此技術的主要難點仍然是對于小尺寸復雜表面的困難的選擇性施涂，在其施涂中的任何不準確性可能導致局部缺少涂層(優(yōu)先腐蝕位置)或局部過量涂覆(對于組裝步驟是有損害的)。
[0009]因此，一個要解決的問題是提供改進的涂覆在多層結構內引入的通道的方法。
[0010]本發(fā)明的一個解決方案是一種制備含有多層結構的元件的方法，其中所述多層含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接連步驟:
[0011 ] (a)在各層的下表面上制備次級通道2，每個次級通道2要面對在此結構內的相鄰較下層的主要通道1，
[0012](b)沉積涂層，所述涂層抵抗在500-1000°C溫度下的氧化和在所述層的所有下表面和上表面上抵抗腐蝕，
[0013](c)將待組裝的表面進行砂磨或機械清潔，和
[0014](d)經由各層的疊置進行組裝，使得較上層的下表面的每個次級通道2面對相鄰較下層的主要通道I并且對準相鄰較下層的主要通道I的中心，
[0015]每個次要通道2的寬度大于在此結構中其面對的主要通道I的寬度。
[0016]術語“對準…的中心”理解為表示以小于0.15mm的誤差對準中心處。
[0017]術語“次要通道”理解為表示位于在表面上具有主要通道的那些層的對面上的額外通道。
[0018]本發(fā)明方法可以避免在具有復雜結構的區(qū)域中、即在通道中進行掩蔽，這種掩蔽是難以進行的且可能導致涂層或待組裝表面的污染。
[0019]應當注意的是，次要通道的目的是在涂層的沉積和各層的組裝之后提供對通道整個表面的完全和均勻的保護，且不會局部缺少涂層，局部缺少涂層可能產生優(yōu)先腐蝕位置。
[0020]當考慮沿著長度方向切出長方形時，通道將優(yōu)選具有半圓形橫截面，并且相對的通道將優(yōu)選具有一半長方形的橫截面。
[0021]在本發(fā)明中，涂層可以通過從金屬(Ni2Al3)粉末、稀釋劑(Al2O3)粉末和活化劑粉末(例如NH4F, NH4Cl, CrCl3)的混合物進行低活性鍍鋁來包埋滲透而形成。
[0022]在這種情況下，此方法可以在組裝步驟的下游包括以下步驟:
[0023](i)在真空下或在Ar下將包埋在粉末混合物中的元件在950_1000°C的溫度下加熱8-10小時的步驟。此方法使得可以直接形成所需的NiAl涂層。
[0024]另一個可能性是選擇通過從含有Al金屬粉末、稀釋劑(Al2O3)粉末和活化劑粉末(例如NH4F, NH4Cl, CrCl3)的混合物進行高活性鍍鋁來包埋滲透而形成涂層。
[0025]在這種情況下，此方法可以在組裝步驟的下游包括以下步驟:
[0026](i)將包埋在粉末混合物中的元件在600°C的溫度加熱8-10小時的第一個步驟，從而形成第一個NiAlJl ;和
[0027](ii)將來自步驟⑴的元件在1000-1100°C的溫度下退火4-8小時的第二個步驟，從而將(脆性)NiAl3層轉化成NiAl (所需的涂層)。
[0028]制備次要通道的步驟可以包括機械加工或化學研磨。
[0029]組裝步驟可以按照以下方式進行:通過擴散焊接，這是一種主要包括從兩個單獨元件獲得單個均勻塊體的技術，其中通過在真空爐(壓制爐)中在加熱循環(huán)期間施加恒定壓力而擴散處于固態(tài)的材料。
[0030]應當注意的是，這里所述的元件優(yōu)選是由金屬合金制成的元件，并且涂層優(yōu)選是防腐蝕涂層。
[0031]圖2示意性地顯示了本發(fā)明方法的主要步驟:
[0032]步驟(a):在每層的下表面上制備次要通道，每個次要通道要面對在此結構內相鄰較下層的主要通道。這些次要通道將必須對準對面的主要通道的中心，并且具有比主要通道寬度更大的寬度，從而確保在組裝后保護通道的整個表面，包括在組裝期間在疊置這些部件時的輕微誤差的情況。
[0033]步驟(b):在這些層的所有上表面和下表面上沉積保護涂層。在此情況下，掩蔽是完全可以忽略的。
[0034]步驟(c):將待組裝的表面進行機械研磨。通過此技術(待解釋)，僅僅主要通道和次要通道的表面保留涂層，其它表面被剝離從而更容易地組裝。
[0035]步驟(d):經由各層的疊置進行組裝，使得較上層的下表面的每個次級通道面對相鄰較下層的主要通道，并且對準相鄰較下層的主要通道的中心。這獲得了在組裝之后得到具有在整個其表面上被均勻涂覆的通道的組裝部件。
[0036]本發(fā)明的另一個主題是一種含有多層結構的金屬熱交換器，其中每層含有在其上表面上的主要通道，其特征在于:
[0037]-每個這些層的下表面含有次要通道，所述次要通道對準在此結構內的相鄰較下層的通道的中心，并且所述次要通道的寬度比主要通道寬度更大，和
[0038]-涂層，其抵抗在500-1000°C溫度下的氧化和抵抗腐蝕，并且在主要通道和次要通道的所有表面上的所述涂層的厚度變化小于10微米。
[0039]優(yōu)選，所述熱交換器具有一個或多個以下特征:
[0040]-涂層的厚度是50-100微米，
[0041]-這些通道是毫米尺寸的通道，
[0042]-所述結構中的層具有1.6-2mm的厚度。
[0043]優(yōu)選，根據本發(fā)明的熱交換器將用于制備氫氣。
【主權項】
1.一種制備含有多層結構的元件的方法，其中所述多層含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接連步驟: (a)在各層的下表面上制備次級通道(2)，每個次級通道(2)要面對在此結構內的相鄰較下層的主要通道， (b)沉積涂層，所述涂層抵抗在500-1000°C溫度下的氧化和在所述層的所有下表面和上表面上抵抗腐蝕， (c)將待組裝的表面進行砂磨或機械清潔，和 (d)經由各層的疊置進行組裝，使得較上層的下表面的每個次級通道(2)面對相鄰較下層的主要通道(I)并且對準相鄰較下層的主要通道(I)的中心， 每個次要通道(2)的寬度大于在此結構中其面對的主要通道(I)的寬度。2.根據權利要求1的方法，其特征在于涂層是從含有活化劑粉末、Ni2A13金屬粉末和溶劑Al2O3的混合物形成的。3.根據權利要求2的方法，其特征在于所述方法在組裝步驟的下游包括以下步驟: (i)在真空下或在Ar下將包埋在粉末混合物中的元件在950-1000°C的溫度下加熱8-10小時的步驟。4.根據權利要求1的方法，其特征在于涂層是從含有活化劑粉末、Al金屬粉末和溶劑Al2O3的混合物形成的。5.根據權利要求4的方法，其特征在于所述方法在組裝步驟的下游包括以下步驟: (i)將包埋在粉末混合物中的元件在600°C的溫度加熱8-10小時的第一個步驟，從而形成第一個NiAlJl ;和 (ii)將來自步驟⑴的元件在1000-1100°C的溫度下退火4-8小時的第二個步驟，從而形成將NiAlJl轉化成NiAl。6.一種含有多層結構的金屬熱交換器，每層含有在其上表面上的主要通道，其特征在于: -每個這些層的下表面含有次要通道，所述次要通道對準在此結構內的相鄰較下層的通道的中心，并且所述次要通道的寬度比主要通道的寬度更大，和 -涂層，其抵抗在500-1000°C溫度下的氧化和抵抗腐蝕，并且在主要通道和次要通道的所有表面上的所述涂層的厚度變化小于10微米。7.根據權利要求6的熱交換器，其特征在于涂層的厚度是50-100微米。8.根據權利要求6或7的熱交換器，其特征在于這些通道是毫米尺寸的通道。9.根據權利要求6-8中任一項的熱交換器，其特征在于所述結構中的層具有1.6-2mm的厚度。10.權利要求6-9中任一項所述的熱交換器用于制備氫氣的用途。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制備含有多層結構的元件的方法，其中所述多層含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接連步驟：(a)在各層的下表面上制備次級通道(2)，每個次級通道(2)要面對在此結構內的相鄰較下層的主要通道，(b)沉積涂層，其能抵抗在500-1000℃溫度下的氧化和在所述層的所有下表面和上表面上抵抗腐蝕，(c)將待組裝的表面進行砂磨或機械清潔，和(d)經由各層的疊置進行組裝，使得較上層的下表面的每個次級通道(2)面對相鄰較下層的主要通道(1)并且對準相鄰較下層的主要通道(1)的中心，每個次要通道(2)的寬度大于在此結構中其面對的主要通道(1)的寬度。
【IPC分類】F28F3/08, F28F21/08, F28F19/06
【公開號】CN105190218
【申請?zhí)枴緾N201480021430
【發(fā)明人】D·薩拉伊斯, L·普羅斯特, P·戴-嘉羅, M·瓦格納, M·維拉斯, T·馬澤, S·馬修
【申請人】喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司, 科學研究國家中心, 洛林大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年3月17日
【公告號】EP2986925A1, US20160061539, WO2014170570A1