ES3070712T3

ES3070712T3 - Revestimiento que comprende una capa de revestimiento de MCrAI-X

Info

Publication number: ES3070712T3
Application number: ES19720111T
Authority: ES
Inventors: Juergen Ramm; Beno Widrig; Oliver Jarry; Oliver Hunold
Original assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2026-06-17
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: CA3096514A1; US11661657B2; CN112105755B; EP3784813B1; JP7479598B2; KR20210003172A; EP3784813A1; TWI846692B; KR102818447B1; US20210123141A1; TW201945566A; CN112105755A; WO2019206979A1; EP3784813C0; JP2021521338A

Abstract

Sustrato recubierto que comprende un sustrato (1) que comprende una superficie de sustrato metálico (11) recubierta con un sistema de recubrimiento (7) que consiste en o comprende una película de recubrimiento funcional (5), dicha película de recubrimiento funcional (5) que consiste en o comprende al menos una capa de recubrimiento MCr Al-X, donde ° la al menos una capa de recubrimiento MCr Al-X se deposita directamente sobre el sustrato metálico (11), o ° la al menos una capa de recubrimiento MCr Al-X se deposita sobre una capa de recubrimiento intermedia (3) que está formada por al menos una capa de coincidencia de sustrato (31), donde la al menos una capa de coincidencia de sustrato (31) se deposita directamente sobre la superficie del sustrato metálico (11), donde la capa depositada directamente sobre la superficie del sustrato metálico (11), significa respectivamente la capa de recubrimiento MCr Al-X si se deposita directamente sobre la superficie del sustrato metálico (11) o la capa de coincidencia de sustrato (31) si se deposita sobre la superficie del sustrato metálico (11) exhibe: ° crecimiento epitaxial en parte o totalmente, o ° crecimiento heteroepitaxial en parte o totalmente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Revestimiento que comprende una capa de revestimiento de MCrAI-X

[0003] La presente invención se refiere a un nuevo sistema de revestimiento que comprende al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X sintetizada mediante técnicas de deposición física en fase de vapor, siendo aplicable el revestimiento para proteger sustratos metálicos, en particular para proteger los componentes de las turbinas.

[0004] Antecedentes técnicos

[0005] El documento WO 2018/193035 A1 describe una pieza de trabajo de superaleación que comprende: - un sustrato de superaleación - una capa de interfase (IF-1) de prácticamente la misma composición de superaleación directamente sobre una superficie del sustrato de superaleación, seguida de - una capa de transición (TL) de prácticamente la misma superaleación y de óxidos de superaleación o de una composición metálica diferente y de óxidos metálicos diferentes, de modo que el contenido de oxígeno de la capa de transición aumenta desde IF-1 hacia - una capa de barrera (IF-2) de óxidos de superaleación o de óxidos metálicos diferentes.

[0006] El documento EP 3 029113 A1 describe un sustrato revestido que comprende un material de sustrato, que está revestido al menos en parte con un revestimiento resistente a la oxidación, en donde el revestimiento consiste en o comprende una capa de revestimiento abrasivo resistente al desgaste, que consiste en partículas abrasivas revestidas incrustadas en un material de matriz resistente a la oxidación, en donde al menos algunas de las partículas abrasivas consisten en α-Al<2>O<3>y las partículas abrasivas están revestidas con una primera capa de revestimiento de partículas dispuesta sobre las partículas abrasivas y una segunda capa opcional de revestimiento de partículas dispuesta sobre la primera capa de revestimiento de partículas, en donde el material de matriz consiste en o comprende el compuesto MCrAlY, en donde M es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Ni, Co y Fe. También se describe un método para fabricar dicho sustrato revestido.

[0007] El documento EP 1295969 A1 se refiere a un método para el crecimiento de un revestimiento de MCrAIY y a un artículo revestido con el revestimiento de MCrAIY. Un componente de turbina de gas consiste en un material base de superaleación con estructura monocristalina y un revestimiento protector de MCrAIY. El revestimiento de MCrAIY compuesto de MCrAlY tiene una estructura de fase gamma/beta y monocristalina, que es epitaxial con el material base.

[0008] El documento US 2011/0268987 A1 se refiere a una capa de MCrAIX que tiene diferentes contenidos de cromo y aluminio. Se proporciona una capa de MCrAIX de dos capas. La capa de MCrAIX de dos capas que incluye níquel y cobalto, pero también Cr, Al e Y, difiere significativamente, para mejorar tanto la resistencia a la oxidación como la resistencia termomecánica. También se describe un sistema de capas que incluye un sustrato y la capa MCrAIX de dos capas. La capa de MCrAIX incluye una capa interior y una capa exterior.

[0009] Sumario de la invención

[0010] La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0011] Ventajas y descripción de la invención

[0012] El principal objetivo de la presente invención es permitir la síntesis de revestimientos que formen excelentes interfases con "sustratos metálicos" y que puedan exponerse a temperaturas que se aproximen a las temperaturas de fusión del material del sustrato sin que se produzca delaminación.

[0013] La expresión "sustrato metálico" utilizada en la presente descripción y en el contexto de la presente invención se refiere a los sustratos hechos de un material que presenta propiedades metálicas, p. ej., una aleación a base de níquel o un aluminuro de níquel.

[0014] Por ejemplo, puede proporcionarse un revestimiento, de acuerdo con la presente invención, a las superficies de las puntas de los álabes de turbina para mejorar el rendimiento de dichas puntas. De esta manera, la superficie de la punta del álabe, que entra en contacto con material abrasivo (roce) durante el funcionamiento está protegido contra el desgaste mecánico y la corrosión mediante el revestimiento proporcionado antes del funcionamiento de acuerdo con la presente invención.

[0015] Además, un revestimiento de acuerdo con la presente invención puede proporcionar una mejora significativa de los sustratos metálicos. En particular, los álabes de turbina fabricados con un material que comprende o consiste en una aleación a base de níquel o un aluminuro de níquel presentan una resistencia a la oxidación significativamente mayor tras ser revestidos de acuerdo con la presente invención.

[0016] La deposición del revestimiento de la presente invención se realiza mediante métodos de deposición física en fase vapor (PVD), como la evaporación por arco catódico, la pulverización catódica o la pulverización catódica pulsada de alta potencia (comúnmente conocida como pulverización catódica con magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS) o pulverización catódica con magnetrón pulsado de alta potencia (HPPMS)), preferentemente por evaporación por arco catódico.

[0017] La presente invención proporciona un nuevo revestimiento 7 innovador y muy útil que comprende una película de revestimiento funcional 5, en donde la película de revestimiento funcional 5 está formada por al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X 5 sintetizada mediante técnicas de deposición física en fase de vapor, como se muestra esquemáticamente en la Fig.1a, Fig.1b y Fig.1c.

[0018] Opcionalmente, el revestimiento 7 puede comprender una película de revestimiento superior 10 depositada sobre la película de revestimiento funcional 5, como se muestra en la Fig.1b.

[0019] Como alternativa, el sistema de revestimiento 7 inventivo comprende una película de revestimiento funcional 5 y una película de revestimiento intermedia 3, en donde la película de revestimiento intermedia 3 se deposita sobre una superficie 11 de un sustrato metálico 1, de modo que la película de revestimiento intermedia 3 se deposite entre la superficie 11 y la película de revestimiento funcional 5, en donde la película de revestimiento funcional 5 está formada por al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X y la película de revestimiento intermedia 3 está formada por al menos una capa de adaptación al sustrato 31 hecha de un material que se adapta al material de la superficie 11 del sustrato metálico 1.

[0020] Opcionalmente, la película de revestimiento intermedia 3 puede comprender una capa de barrera de difusión 33 depositada sobre la capa de adaptación al sustrato 31 que se deposita directamente sobre la superficie 11 del sustrato metálico 1, como se muestra en la Fig.1c.

[0021] En casos, en los que la al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X constituye ya una capa de adaptación al sustrato, porque la composición de elementos de la capa de revestimiento de MCrAI-X y la composición de elementos del sustrato metálico son similares y la composición de elementos de la capa de revestimiento de MCrAI-X cumple los criterios de la composición de elementos de la capa de adaptación al sustrato, como se define en la presente descripción, entonces, la capa de revestimiento de MCrAI-X puede depositarse directamente sobre la superficie del sustrato metálico sin utilizar ninguna película de revestimiento intermedia, como se muestra en la Fig.1.

[0022] Un sustrato metálico (y por consiguiente la superficie de un sustrato metálico revestido con un revestimiento inventivo) en el contexto de la presente invención consiste preferentemente en uno de los siguientes materiales:

[0023] - una superaleación,

[0024] - una superaleación a base de níquel como Inconel (p. ej., Inconel 718)

[0025] - un aluminuro, más preferentemente aluminuro de níquel.

[0026] La capa de adaptación al sustrato 31 de acuerdo con la presente invención comprende la misma composición química o una similar a la de la superficie 11 del sustrato metálico que se va a revestir. Como alternativa, cuando la capa de MCrAI-X se deposita directamente sobre el sustrato, comprende también la misma estructura cristalina o una similar, con un desajuste máximo en el parámetro de red del 5 %, más preferentemente inferior al 5 %.

[0027] En el caso de que los materiales mencionados anteriormente se usen como superficie 11 del sustrato metálico, entonces, la capa de adaptación al sustrato 31 de acuerdo con la presente invención podría ser, por ejemplo, la siguiente:

[0028] - En el caso de una superficie de sustrato de superaleación: una capa de revestimiento que comprende la misma composición química o una similar a la del material del sustrato de superaleación. Por ejemplo, en el caso de una superficie 11 del sustrato metálico de Inconel, una capa de adaptación al sustrato 31 adecuada podría ser una capa de Ni-Cr.

[0029] - En el caso de los Ni-Aluminuros: una capa de adaptación al sustrato 31 adecuada podría ser una capa de Ni-AI. Como ya se mencionó anteriormente, es ventajoso usar una composición similar de los elementos presentes en la capa de adaptación 31 en comparación con la composición de estos elementos en la superficie 11 del sustrato metálico. Igualmente, si el revestimiento comprende o consiste en al menos una capa de MCrAI-X y la al menos una capa de MCrAI-X se deposita directamente sobre la superficie del sustrato metálico, es ventajoso utilizar una composición similar de los elementos presentes en la capa de MCrAI-X (depositada directamente sobre la superficie del sustrato metálico) en comparación con la composición de estos elementos presentes en la superficie del sustrato metálico. La expresión es ventajoso utilizar una "composición similar" de los elementos presentes en la capa de adaptación al sustrato o en la capa de MCrAI-X (si se deposita directamente sobre la superficie del sustrato metálico) en comparación con la composición de estos elementos presentes en la superficie del sustrato metálico se refiere en el contexto de la presente invención al componente principal o a los dos componentes principales del material del sustrato (todos ellos medidos en % en peso). Para explicar mejor lo que significa el componente principal o los componentes principales se usará la Tabla 1 que se muestra en la Figura 11. En referencia a la Tabla 1 (que se muestra en la Figura 11), esto significa que tanto para el material del sustrato de superaleación 1 como para el material del sustrato de superaleación 2, el elemento Ni es el componente principal. Si se refiere a los dos componentes principales, entonces, para el material del sustrato de superaleación 1, los elementos Ni y Cr son los componentes principales, mientras que para el material del sustrato de superaleación 2, los componentes principales son Ni y Co. Una composición similar a este respecto significa que la concentración del componente principal o de los componentes principales en el sustrato difiere de la concentración del componente principal o de los componentes principales en la capa de adaptación al sustrato o en la capa de revestimiento de MCrAI-X depositada directamente sobre la superficie del sustrato en no más de un 30 % en composición (% en peso), preferentemente no más del 10 % (% en peso). Esto significa que al menos el componente principal o preferentemente los dos componentes principales del material que forma el sustrato metálico, respectivamente, la superficie del sustrato metálico que se reviste, debe estar presente en la capa de adaptación al sustrato o en la capa de MCrAI-X que se deposita directamente sobre la superficie del sustrato metálico y deben cumplirse los requisitos de los criterios antes mencionados relativos a la "composición similar". En referencia de nuevo a la Tabla 1 (que se muestra en la Figura 11), se puede ver que NiCrAIY1 cumple este requisito en cuanto al contenido de Ni, tanto para el sustrato de superaleación 1 como para el 2. Pero este no es el caso ni para el contenido de Ni, ni para el contenido de Cr, ni para el contenido de Co del NiCrAIY2. Sin embargo, el NiCrAIY3 cumple este requisito tanto para el Ni como para el Cr para la superaleación 1 y para el Ni para la superaleación 2. Esto significa que NiCrAIYI y NiCrAIY3 pueden depositarse directamente sobre el sustrato de superaleación 1 y 2, mientras que NiCrAIY2 necesita una capa de adaptación y la formación de un gradiente entre composición y composición del revestimiento de MCrAlY.

[0030] Además, como también se ha mencionado anteriormente, como alternativa, tanto la capa de adaptación al sustrato 31 como la superficie 11 metálica del material 1 tienen la misma estructura cristalina o una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %.

[0031] En el caso de que la capa de MCrAI-X se deposite directamente sobre la superficie del sustrato sin utilizar ninguna capa de revestimiento intermedia, entonces, también es aplicable que tanto la capa de MCrAI-X- como la superficie 11 metálica del material 1 tengan la misma estructura cristalina o una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %.

[0032] Siempre que se cumplía al menos una de las condiciones antes mencionadas, p. ej., similitud en la composición y/o estructura cristalina entre el sustrato y la capa de adaptación o la capa de MCrAI-X, se descubrió sorprendentemente que se podía conseguir el crecimiento epitaxial de la capa de adaptación o el crecimiento heteroepitaxial de la capa de MCrAI-X en la interfase entre el sustrato y la capa. Este crecimiento epitaxial o heteroepitaxial, en otras palabras, significa que el registro cristalográfico entre el sustrato y la capa se mantiene y la interfase es coherente. Para las definiciones de los términos epitaxia, heteroepitaxia y coherencia consúltese el libro de L.B. Freund y S. Suresh: "Thin Film Materials: Stress, Defect Formation and Surface Evolution", Cambridge, Cambridge University Press, 2003. Existen diferentes métodos para investigar las interfases para el crecimiento epitaxial o heteroepitaxial. La microscopía electrónica de transmisión de la sección transversal de una interfase es uno de los métodos para estudiar la alineación de los planos de red entre el sustrato y la capa. El otro método es la llamada difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) con cartografía de la orientación del cristal. En la Figura 10, se muestra una sección transversal de la interfase entre un sustrato de superaleación monocristalina (PWA1483-SX) y un NiCrAIY1. La interfase entre el sustrato y la capa está marcada con una línea discontinua. Las regiones por encima de la interfase en las que se observa un crecimiento de la capa con la misma orientación cristalina están marcadas con círculos. El crecimiento coherente puede observarse en grandes áreas de la interfase y el grosor del crecimiento coherente está normalmente entre 200 nm y 2 µm. Este crecimiento coherente se consiguió como resultado de la deposición del NiCrAIYI sobre el sustrato de la superaleación 1. Esto significa que esta interfase coherente ya se consiguió durante la deposición, es decir,in-situ.

[0033] La Tabla 1 (que se muestra en la Figura 11) muestra que, para la capa de NiCrAIYI y el sustrato de la superaleación 1, las composiciones químicas del Ni son similares según la definición anterior. Adicionalmente, se midieron las constantes de red de NiCrAIYI y del sustrato de superaleación 1 mediante el método de difracción de rayos X (DRX). El NiCrAIYI tiene una celda cúbica mayor con a= 3,560Å, que es aproximadamente solo un 1 % menor (corresponde a un desajuste máximo en el parámetro de red de aproximadamente un 1 %, lo que confirma una capa de revestimiento de MCrAI-X con una estructura cristalina similar a la del material del sustrato de acuerdo con la presente invención, tal como se ha explicado anteriormente) en comparación con el sustrato de superaleación 1 (PWA1483) con a= 3,591 Å. Esto significa que también se cumplió el segundo criterio para el crecimiento epitaxial o heteroepitaxial.

[0034] Sin embargo, en muchos casos en los que no se cumplen las condiciones anteriores para la coherencia, se pudo observar que un breve recocido a aproximadamente 1000 °C durante una hora después de la deposición da lugar a la formación de interfases coherentes entre el sustrato de superaleación y la capa de MCrAI-X. Esto se investigó y se debe a procesos de difusión en la interfase que se inician por la diferencia de composición de elementos entre el sustrato de superaleación y la capa de MCrAI-X. Siempre que estas diferencias no sean muy grandes, el proceso de difusión no da lugar a la formación de orificios ni a la inestabilidad mecánica.

[0035] En lo sucesivo, se dan algunos ejemplos de capas MCrAI-X y MCrAI-X-O de acuerdo con la presente invención. Los revestimientos se depositaron mediante evaporación por arco catódico utilizando blancos fabricados por pulvimetalurgia del material MCrAI-X respectivo.

[0036] Por ejemplo, se usó un blanco que tiene una composición química NiCrAIY167/22/10/1 (% en peso) para depositar por evaporación de arco una capa de NiCrAIYI (MCrAI-X con M=Ni y X=Y). La composición de la capa producida era:

[0037] Elemento % en peso % At

[0038] AlK 4,92 9,85

[0040] YL 0,58 0,36

[0041] CrK 22,32 24,24

[0042] NiK 71,18 65,55

[0043] Total 100,00 100,00

[0044] El flujo de oxígeno fue de 0 sccm y las propiedades mecánicas que se midieron utilizando técnicas de nanoindentación fueron:

[0045] Propiedades mecánicas: EIT = 218 Gpa, HIT = 9 GPa

[0046] En la Figura 3 se muestra una micrografía SEM de una sección transversal de esta capa de NiCrAlY (Ni<65,5>Cr<24>AI<10>Y<0,5>) depositada sobre un sustrato de carburo de wolframio.

[0047] Como otro ejemplo, para depositar por evaporación de arco una capa de NiCrAIYO (MCrAI-X-O con M=Ni y X=Y) se usó también un blanco que tiene una composición química NiCrAIYI 67/22/10/1 (% en peso). La composición de la capa producida era:

[0048] Elemento % en peso % At

[0050] OK 26,73 54,05

[0051] AlK 7,48 8,97

[0053] YL 1,14 0,42

[0054] CrK 13,42 8,35

[0055] NiK 51,22 28,22

[0056] Total 100,00 100,00

[0057] El flujo de oxígeno fue de 800 sccm y las propiedades mecánicas se midieron mediante nanoindentación:

[0058] Propiedades mecánicas: EIT = 280 Gpa, HIT = 25 GPa

[0059] En la Figura 4 se muestra una micrografía SEM de la sección transversal de esta capa depositada de NiCrAIYO (Ni<28>Cr<8,5>AI<9>Y<0,5>O<54>) sobre un sustrato de carburo de wolframio. Este ejemplo ilustra que la adición de oxígeno a la capa provoca un aumento drástico de la dureza de indentación HIT. La sección transversal muestra también la morfología mucho más densa del revestimiento sintetizado si se compara con el revestimiento sin adición de oxígeno. Como otro ejemplo, para depositar por evaporación de arco una capa de NiCrAIYO (MCrAI-X-O con M=Ni y X=Y) se usó también un blanco que tiene una composición química NiCrAIY167/22/10/1 (% en peso). La composición de la capa producida era:

[0060] Elemento % en peso % At

[0062] OK 27,31 54,15

[0063] AlK 8,96 10,53

[0065] YL 0,94 0,34

[0066] CrK 15,19 9,27

[0067] NiK 47,59 25,71

[0068] Total 100,00 100,00

[0069] El flujo de oxígeno fue de 100 sccm y las propiedades mecánicas se midieron mediante técnicas de nanoindentación: Propiedades mecánicas: EIT = 286 Gpa, HIT = 29 GPa

[0070] En la Figura 5 se muestra una micrografía SEM de la sección transversal de esta capa depositada de NiCrAIYO (Ni<26>Cr<9>AI<10,5>Y<0,5>O<54>) sobre un sustrato de carburo de wolframio. Este ejemplo ilustra de nuevo que la adición de oxígeno a la capa provoca un aumento drástico de la dureza de indentación HIT. La sección transversal muestra también una morfología mucho más densa del revestimiento sintetizado si se compara con el revestimiento sin adición de oxígeno. También muestra que la morfología de la capa puede verse influida por la cantidad de oxígeno añadida al revestimiento sintetizado (comparando con la Figura 4 y 5).

[0071] En otro ejemplo, para depositar por evaporación de arco una capa de NiCrAIY/NiCrAIYO (MCrAI-X MCrAI-X-O con M=Ni y X=Y) se usó también un blanco que tiene una composición química NiCrAIYI 67/22/10/1 (% en peso). La composición de la capa más exterior de NiCrAIYO producida era:

[0072] Elemento % en peso % At

[0074] OK 27,00 54,59

[0075] AlK 6,71 8,04

[0077] YL 1,17 0,43

[0078] CrK 14,89 9,27

[0079] NiK 50,23 27,68

[0080] Total 100,00 100,00

[0081] El flujo de oxígeno se fijó en 0 sccm para la deposición de la capa de NiCrAlY y después se fijó en 200 sccm para la deposición de la capa de NiCrAIYO y las propiedades mecánicas que se midieron en la superficie de la capa más externa de NiCrAIYO mediante técnicas de nanoindentación:

[0082] Propiedades mecánicas: EIT = 240 Gpa, HIT = 27 GPa

[0083] En la Figura 6 se muestra una micrografía SEM de la sección transversal de esta capa depositada de NiCrAIY/NiCrAIYO (Ni<28>Cr<9>Al<8>Y<0,5>O<54,5>)sobre un sustrato de carburo de wolframio. Estos ejemplos demuestran que se puede realizar una combinación de revestimiento de MCrAI-X y revestimiento de MCrAI-X-O en un solo proceso de deposición y sin interrupción del vacío.

[0084] Descripción de las figuras

[0085] Las Figuras 1a, 1b y 1c muestran esquemáticamente diferentes arquitecturas de un sistema de revestimiento depositado sobre un sustrato de acuerdo con la presente invención.

[0086] La Figura 2 muestra un ejemplo de arquitectura de revestimiento de acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, en la que la película de revestimiento intermedia 3 comprende una primera capa de Cr depositada directamente sobre la superficie 11 del sustrato 1 y una segunda capa de Al-Cr depositada sobre la primera capa. Además, la película de revestimiento funcional 5 se deposita sobre la película de revestimiento intermedia 3 y comprende una película multicapa que comprende capas MCrAI-X y capas MCrAI-X-O depositadas de forma alternante una sobre otra.

[0087] La Figura 3 muestra una micrografía SEM de una capa de MCrAI-X depositada directamente sobre el sustrato - Flujo de oxígeno: 0 sccm

[0088] La Figura 4 muestra una micrografía SEM de una capa de MCrAI-X-0 depositada directamente sobre el sustrato - Flujo de oxígeno: 800 sccm

[0089] La Figura 5 muestra una micrografía SEM de una capa de MCrAI-X-O depositada directamente sobre el sustrato -Flujo de oxígeno: 100 sccm

[0090] La Figura 5 muestra una micrografía SEM de una capa de MCrAI-X/MCrAI-X-O depositada directamente sobre el sustrato - Al principio, el flujo de oxígeno se fijó en 0 sccm para la deposición de la capa de MCrAI-X, siguiendo el flujo de oxígeno se fijó en 200 sccm para la deposición de la capa de MCrAI-X-O.

[0091] Las Figuras 5-9 muestran arquitecturas ventajosas de sistemas de revestimiento para producir sustratos revestidos de acuerdo con la presente invención.

[0092] La Figura 10 muestra la cartografía de la orientación cristalina basada en EBSD de una sección transversal de la interfase de la capa de NiCrAlY depositada sobre un sustrato de superaleación 1 monocristalina (PWA1483SX). La interfase está marcada con una línea discontinua. Las regiones de crecimiento heteroepitaxial (coherencia) de la capa con respecto al sustrato están marcadas con círculos. Estas regiones confirman un crecimiento en parte heteroepitaxial (esto significa un crecimiento heteroepitaxial local) de la capa de MCrAI-X depositada directamente sobre la superficie del sustrato metálico. Un crecimiento local epitaxial o heteroepitaxial debe tener preferentemente un grosor (en la dirección del grosor del revestimiento) de al menos 100 nm, más preferentemente superior a 500 nm para conseguir una interfase más estable entre la superficie del sustrato y la capa de revestimiento de MCrAI- X.

[0093] La Figura 11 muestra la Tabla 1, que comprende ejemplos de composiciones de elementos en % en peso de dos sustratos de superaleación (Superaleación 1, Superaleación 2) y tres capas de revestimiento de MCrAI-X (NiCrAlY 1, NiCrAlY 2 y NiCrAlY 3).

[0094] En concreto, la presente invención se refiere a:

[0095] Un sustrato revestido que comprende un sustrato (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y que comprende una superficie (11) de sustrato metálico revestida con un sistema de revestimiento (7) que consiste en o que comprende una película de revestimiento funcional (5), consistiendo en o comprendiendo dicha película de revestimiento funcional (5) al menos una capa de revestimiento de MCrAI- X, en donde:

[0096] • la al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X se deposita directamente sobre el sustrato (11) metálico, o bien

[0097] • la al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X se deposita sobre una capa de revestimiento intermedia (3) que está formada por al menos una capa de adaptación al sustrato (31), en donde la al menos una capa de adaptación al sustrato (31) se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico, y en donde la capa depositada directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico, esto es respectivamente la capa de revestimiento de MCrAI-X si se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico o la capa de adaptación al sustrato (31) si se deposita sobre la superficie (11) del sustrato metálico, presenta:

[0098] • crecimiento epitaxial parcial o totalmente, o

[0099] • crecimiento heteroepitaxial parcial o totalmente.

[0100] Preferentemente, el material de la superficie (11) del sustrato metálico es una superaleación o un aluminuro de níquel. Preferentemente, la superficie (11) del sustrato metálico es una superaleación del tipo superaleación a base de níquel o superaleación a base de cobalto o una superaleación a base de níquel/cobalto.

[0101] Como alternativa a la capa de revestimiento anterior, dentro del ámbito de la presente invención, la capa de revestimiento de MCrAI-X comprende al menos dos subcapas, una primera subcapa y una segunda subcapa, en donde la primera subcapa se deposita lo más cerca posible de la superficie (11) del sustrato metálico y la segunda subcapa se deposita sobre la primera subcapa, en donde tanto la primera subcapa como la segunda subcapa comprenden los mismos elementos, pero la segunda subcapa tiene un contenido de Al mayor que la primera.

[0102] La capa de MCrAI-X comprende al menos dos subcapas, una primera subcapa y una segunda subcapa, en donde la segunda capa comprende oxígeno y es, por tanto, una capa de MCrAI-X-O.

[0103] Preferentemente, la concentración de Al en la segunda subcapa respecto a la primera subcapa, teniendo en cuenta únicamente la concentración de los componentes metálicos M, Cr y Al en porcentaje atómico, es el doble.

[0104] El oxígeno de la segunda subcapa puede aumentar gradualmente.

[0105] El aluminio de la segunda subcapa también puede aumentar gradualmente.

[0106] Preferentemente en la capa de MCrAI-X y, si está presente, entonces el material de MCrAI-X-O:

[0107] - M es Ni o Co o Ni-Co, y

[0108] - X es Y o Er o Zr.

[0109] De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, al menos una capa de material de MCrAI-X-O presente en la película de revestimiento funcional (5) tiene una dureza de indentación (HIT), medida utilizando técnicas de nanoindentación, en el intervalo de entre 18 GPa y 35 GPa /-2 GPa, incluyendo el intervalo los valores límite 18 GPa y 35 GPa. Preferentemente, al menos una capa de material de MCrAI-X presente en la película de revestimiento funcional (5) tiene una dureza de indentación (HIT), medida mediante técnicas de nanoindentación, de 9 GPa /-2 GPa.

[0110] Preferentemente, al menos una capa de material de MCrAI-X-O presente en la película de revestimiento funcional (5) tiene un módulo elástico (EIT), medido mediante técnicas de nanoindentación, en el intervalo de entre 270 GPa y 320 GPa /-5 GPa, incluyendo el intervalo los valores límite 270 GPa y 320 GPa.

[0111] Preferentemente, al menos una capa de material de MCrAI-X presente en la película de revestimiento funcional (5) tiene un módulo elástico (EIT), medido mediante técnicas de nanoindentación, de 220 GPa /-5 GPa.

[0112] De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, en la que al menos una capa de material de MCrAI-X-0 está presente en la película de revestimiento funcional (5), esta capa comprende un contenido de oxígeno correspondiente a un valor entre 50 % at. y 60 % at. /- 3 % at. - incluyendo el intervalo los valores límite 50 % at. y 60 % at. - considerando todos los elementos presentes en esta capa para la determinación de la composición de elementos en porcentaje atómico.

[0113] Preferentemente, el contenido de oxígeno corresponde a un valor superior al 50 % at.

[0114] Preferentemente, el contenido de oxígeno corresponde a un valor inferior al 60 % at.

[0115] De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, al menos una capa de material de MCrAI-X está presente en la película de revestimiento funcional (5), en donde esta capa presenta una estructura cristalina fcc. Un método para producir un sustrato revestido de acuerdo con cualquiera de las realizaciones mencionadas anteriormente y definidas de acuerdo con la reivindicación 11 comprende una etapa en la que la al menos una capa del tipo MCrAI-X se deposita utilizando una técnica de deposición física en fase vapor (PVD), en donde la técnica de PVD utilizada es la evaporación por arco o la pulverización catódica con magnetrón, y en donde un blanco compuesto de M, Cr, Al y X se usa como material fuente de revestimiento y en caso de deposición de al menos una capa del tipo MCrAI-X-O, se utiliza como gas reactivo el gas de flujo de oxígeno.

[0116] El método de deposición para depositar la al menos una capa de revestimiento del tipo MCrAI-X puede ser una técnica de pulverización catódica con magnetrón del tipo pulverización catódica con magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS).

[0117] De acuerdo con la presente invención, la capa que se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico tiene una estructura cristalina similar en comparación con la estructura cristalina del material del sustrato metálico (1), respectivamente de la superficie (11) del sustrato metálico, en donde el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %, preferentemente un máximo del 1 %.

[0118] La presente invención se refiere también a sustratos revestidos que comprenden al menos una superficie (11) de sustrato metálico revestida con un sistema de revestimiento (7) que comprende una película de revestimiento funcional (5) y una película de revestimiento intermedia (3) depositada entre la al menos una superficie (11) metálica y la película de revestimiento funcional (5), en donde la película de revestimiento funcional (5) comprende al menos una capa del tipo MCrAI-X y/o al menos una capa del tipo MCrAI-X-O y la película de revestimiento intermedia (3), en donde la al menos una capa del tipo MCrAI-X y/o la al menos una capa del tipo MCrAI-X-O se deposita mediante evaporación por arco o pulverización catódica con magnetrón, si se trata de pulverización catódica, preferentemente HiPIMS, directamente sobre al menos una superficie (11) metálica.

[0119] Un método para producir un sustrato revestido de acuerdo con la realización descrita justo anteriormente, comprende una etapa en la que la al menos una capa del tipo MCrAI-X se deposita mediante la al menos una capa del tipo MCrAI-X y/o la al menos una capa del tipo MCrAI-X-O se deposita mediante una técnica de deposición física en fase vapor (PVD), en donde la técnica de PVD usada es la evaporación por arco o la pulverización catódica con magnetrón, si se trata de pulverización catódica, preferentemente HiPIMS, en donde un blanco compuesto por M, Cr, Al y X se usa como material fuente de revestimiento y en caso de deposición de al menos una capa del tipo MCrAI-X-O, se utiliza como gas reactivo el gas de flujo de oxígeno.

[0120] Para la deposición por PVD de las capas de MCrAI-X y MCrAI-X-O, tal como se describe en la presente invención, pueden usarse los parámetros de revestimiento habituales.

[0121] Por ejemplo, para la deposición de una capa de revestimiento de MCrAI-X mediante técnicas de PVD por evaporación de arco y un blanco compuesto de M, Cr, Al y X como se ha descrito anteriormente, la corriente de arco puede ajustarse para que esté en un intervalo o corriente de arco típico de este tipo de procesos de PVD, por ejemplo un valor entre 100A y 200A. La temperatura del sustrato durante la deposición puede ajustarse también para que esté en los intervalos conocidos de temperatura del sustrato, por ejemplo, entre 200 °C y 800 °C o entre 400 °C y 600 °C.

[0122] Antes de la deposición del revestimiento, las superficies de sustrato que se van a revestir deben/pueden limpiarse y pretratarse de forma conocida (p. ej., utilizando procesos de limpieza y procesos de pretratamiento con plasma conocidos).

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un sustrato revestido que comprende un sustrato (1) que comprende una superficie (11) de sustrato metálico revestida con un sistema de revestimiento (7) que consiste en o que comprende una película de revestimiento funcional (5), consistiendo en o comprendiendo dicha película de revestimiento funcional (5) al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X, en donde

• la al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X se deposita directamente sobre el sustrato (11) metálico, o bien

• la al menos una capa de revestimiento de MCrAI-X se deposita sobre una capa de revestimiento intermedia (3) que está formada por al menos una capa de adaptación al sustrato (31), en donde la al menos una capa de adaptación al sustrato (31) se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico, en donde la capa depositada directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico, es decir, respectivamente la capa de revestimiento de MCrAI-X si se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico o la capa de adaptación al sustrato (31) si se deposita sobre la superficie (11) del sustrato metálico, presenta:

• crecimiento epitaxial parcial o totalmente, o

• crecimiento heteroepitaxial parcial o totalmente,

I. en donde la concentración del componente principal en el sustrato (1) difiere de la concentración del componente principal en la capa de adaptación al sustrato (31) o en la capa de revestimiento de MCrAI-X depositada directamente sobre la superficie del sustrato en no más de un 30 % en composición (% en peso),

II. o en donde tanto la capa de adaptación al sustrato (31) como la superficie (11) metálica del sustrato (1) tienen una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %, o en el caso de que la capa de MCrAI-X se deposite directamente sobre la superficie del sustrato, entonces es aplicable que tanto la capa de MCrAI-X- como la superficie (11) metálica del sustrato (1) tengan una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %,

caracterizado por que

la capa de revestimiento de MCrAI-X comprende al menos dos subcapas, una primera subcapa y una segunda subcapa, en donde la primera subcapa se deposita lo más cerca posible de la superficie (11) del sustrato metálico y la segunda subcapa se deposita sobre la primera subcapa, en donde tanto la primera subcapa como la segunda subcapa comprenden los mismos elementos, pero la segunda subcapa tiene un contenido en Al superior al de la primera subcapa, y

la capa de MCrAI-X comprende al menos dos subcapas, una primera subcapa y una segunda subcapa, en donde la segunda capa comprende oxígeno y es, por tanto, una capa de MCrAI-X-O.

2. El sustrato revestido de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado por queel material de la superficie (11) del sustrato metálico es una superaleación o un aluminuro de níquel.

3. El sustrato revestido de acuerdo con la reivindicación 2,caracterizado por queel material de la superficie (11) del sustrato metálico es una superaleación del tipo superaleación a base de níquel o superaleación a base de cobalto o una superaleación a base de níquel/cobalto.

4. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3,caracterizado por quela concentración de Al en la segunda subcapa respecto a la primera subcapa, teniendo en cuenta únicamente la concentración de los componentes metálicos M, Cr y Al en porcentaje atómico, es el doble.

5. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4,caracterizado por queel oxígeno de la segunda subcapa aumenta gradualmente.

6. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5,caracterizado por queel aluminio de la segunda subcapa aumenta gradualmente.

7. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6,caracterizado por queen la capa de MCrAI-X, y si está presente entonces también en el material de MCrAI-X-O:

- M es Ni o Co o Ni-Co, y

- X es Y o Er o Zr.

8. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7,caracterizado por queen la película de revestimiento funcional (5) está presente al menos una capa de material de MCrAI-X-O, en donde esta capa comprende un contenido de oxígeno correspondiente a un valor entre 50 % at. y 60 % at. /- 3 % at. -incluyendo el intervalo los valores límite 50 % at. y 60 % at. - considerando todos los elementos presentes en esta capa para la determinación de la composición de elementos en porcentaje atómico.

9. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8,caracterizado por queal menos una capa de material de MCrAI-X está presente en la película de revestimiento funcional (5), en donde esta capa presenta una estructura cristalina fcc.

10. El sustrato revestido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9,caracterizado por quela capa que se deposita directamente sobre la superficie (11) del sustrato metálico tiene una estructura cristalina similar en comparación con la estructura cristalina del material del sustrato (1) metálico, respectivamente de la superficie (11) del sustrato metálico, en donde el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %, preferentemente un máximo del 1 %.

11. Un método para producir un sustrato revestido que comprende al menos una superficie (11) de sustrato metálico revestida con un sistema de revestimiento (7) que comprende una película de revestimiento funcional (5) y una película de revestimiento intermedia (3) que está formada por al menos una capa de adaptación al sustrato (31) o una capa de MCrAI-X y se deposita entre la al menos una superficie (11) metálica y la película de revestimiento funcional (5), en donde la película de revestimiento funcional (5) comprende al menos una capa del tipo MCrAI-X y/o al menos una capa del tipo MCrAI-X-O, en donde tanto la capa de adaptación al sustrato (31) como la superficie (11) metálica del sustrato (1) tienen una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 % o en el caso de que la capa de MCrAI-X se deposite directamente sobre la superficie del sustrato, entonces es aplicable que tanto la capa de MCrAI-X como la superficie (11) metálica del sustrato (1) tengan una estructura cristalina similar definida como similar si el desajuste máximo en el parámetro de red es del 5 %,caracterizado por quela al menos una capa del tipo MCrAI-X y/o la al menos una capa del tipo MCrAI-X-O se deposita mediante una técnica de deposición física en fase vapor (PVD), en donde la técnica de PVD usada es la evaporación por arco o la pulverización catódica con magnetrón, si se trata de pulverización catódica, preferentemente HiPIMS, en donde un blanco compuesto por M, Cr, Al y X se usa como material fuente de revestimiento y en caso de deposición de al menos una capa del tipo MCrAI-X-O, se utiliza como gas reactivo el gas de flujo de oxígeno.