PL195224B1 - Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej - Google Patents
Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanejInfo
- Publication number
- PL195224B1 PL195224B1 PL341017A PL34101700A PL195224B1 PL 195224 B1 PL195224 B1 PL 195224B1 PL 341017 A PL341017 A PL 341017A PL 34101700 A PL34101700 A PL 34101700A PL 195224 B1 PL195224 B1 PL 195224B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- coating
- aluminum
- substrate
- diffusion
- aluminized
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 132
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 94
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 10
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 abstract description 6
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- -1 aluminum halide Chemical class 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- GIGQFSYNIXPBCE-UHFFFAOYSA-N alumane;platinum Chemical compound [AlH3].[Pt] GIGQFSYNIXPBCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
- C23C16/12—Deposition of aluminium only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/06—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using gases
- C23C10/08—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using gases only one element being diffused
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
1. Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powloki aluminiowanej, w którym umieszcza sie podlo- ze w komorze powlekania, wprowadza sie do komory powlekania pare zawierajaca alumi- nium, a takze przeprowadza sie przez komore gaz obojetny lub redukujacy i wytwarza sie dyfuzyjna powloke aluminiowana na podlozu, znamienny tym, ze w komorze powlekania utrzymuje sie zasadniczo stala aktywnosc alu- minium w parze zawierajacej aluminium i regu- luje sie predkosc, z jaka aluminium jest osa- dzane na podlozu (10) poprzez zmiane nateze- nia przeplywu gazu obojetnego przez komore powlekania, przy czym czesc nie przereagowa- nej pary zawierajacej aluminium usuwa sie z komory powlekania za pomoca gazu wypy- chajac wieksze ilosci nie przereagowanej pary zawierajacej aluminium z komory powlekania przez zwiekszenie natezenia przeplywu gazu. PL PL PL PL
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej. Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania ochronnej aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej.
Środowisko robocze wewnątrz turbinowego silnika gazowego jest agresywne termicznie i chemicznie. Istotne korzyści w zakresie możliwości wysokotemperaturowych osiągnięto poprzez opracowanie nadstopów na bazie żelaza, niklu i kobaltu oraz zastosowanie powłok odpornych na wpływ utleniający środowiska, zdolnych do zabezpieczenia nadstopów przed utlenianiem, korozją na gorąco i tym podobne.
Aluminiowane powłoki dyfuzyjne znalazły szczególnie zastosowanie dla części z nadstopów w turbinowych silnikach gazowych. Powłoki generalnie wytwarza się takimi sposobami jak nakładanie dyfuzyjne aluminium poprzez osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD), powlekanie z gęstwy lub też w procesie dyfuzyjnym, lub naparowywanie (gazowe).
Aluminiowana powłoka dyfuzyjna generalnie posiada dwie odrębne strefy, zewnętrzną, w której występuje dodatkowa warstwa zawierająca odporny na wpływ środowiska związek międzymetaliczny przedstawiony jako MAI, gdzie M jest żelazem, niklem lub kobaltem, zależnie od materiału podłoża. Międzymetaliczny MAI powstaje z nałożonego aluminium oraz pierwiastków zewnętrznej dyfuzji żelaza, niklu lub kobaltu z podłoża. Poniżej dodatkowej warstwy występuje strefa dyfuzyjna zawierająca różne międzymetaliczne i metastabilne fazy, jakie powstają podczas reakcji powlekania w wyniku gradientów dyfuzyjnych i zmian w rozpuszczalności pierwiastków w lokalnym regionie podłoża. Podczas wysokotemperaturowej ekspozycji w powietrzu dodatkowa warstwa tworzy ochronny tlenek aluminium lub warstwę (nie pokazano), która zapobiega utlenianiu powłoki dyfuzyjnej i leżącego poniżej podłoża.
Proces dyfuzyjny pociąga za sobą reakcję powierzchni części z mieszanką gazu zawierającą aluminium. W procesie nawęglania proszkowego mieszankę gazu zawierającą aluminium wytwarza się poprzez ogrzewanie mieszanki proszku materiału źródła (donor) zawierającego aluminium, nośnika (aktywatora), jak na przykład amon lub halogenek metalu alkalicznego oraz obojętny wypełniacz, jak na przykład kalcynowane aluminium. Składniki mieszanki proszku miesza się i następnie nakłada oraz prasuje wokół części przeznaczonej do pokrywania, po czym część wraz z mieszanką proszku ogrzewa się do temperatury wystarczającej dla odparowania i reakcji aktywatora z materiałem źródła do postaci lotnego halogenku aluminium, który następnie reaguje na powierzchni części tworząc aluminiowaną powłokę dyfuzyjną. Materiałami źródła zawierającego aluminium dla procesu naparowywania mogą być cząstki stopu aluminium lub halogenek aluminium. Jeśli materiałem źródła jest halogenek aluminium, nie będzie potrzebny oddzielny aktywator. Materiał źródła umieszcza się w zetknięciu z aluminiowaną powierzchnią. Podobnie jak w przypadku nawęglania w proszkach, aluminiowanie poprzez naparowywanie (VPA) wykonuje się w temperaturze reakcji halogenku aluminium z powierzchnią części, dla utworzenia aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej.
Szybkość, z jaką następuje dyfuzja aluminiowanej powłoki na podłożu zależy od aktywności aluminium w procesie. Na ogół, proces osadzania CVD oraz procesy naparowywania VPA, gdzie materiał źródła występuje w postaci cząstek (na przykład bryłek lub granulek) o stałym składzie stopowym, wykazują stałą aktywność aluminium do czasu wyczerpania materiału źródła i aktywatora. Natomiast w procesie nawęglania proszkowego i w innych procesach ponad fazą stałą aktywność aluminium maleje z czasem w niekontrolowany sposób, co wynika ze zmniejszenia dostępnego materiału źródła aluminium i/lub aktywatora, w funkcji czasu. Dodatkową komplikacją jest to, że szybkość wyczerpania aktywatora przy nawęglaniu w proszkach i w procesach ponad fazą stałą wzrasta wraz z anomaliami procesowymi, na przykład przedłużonym czasem wstępnego ogrzewania często potrzebnym dla ogrzania dużych mas proszku. W rezultacie grubość powłoki aluminiowanej lepiej może być kontrolowana w procesie naparowywania VPA i osadzania chemicznego CDV niż przy nawęglaniu w proszkach oraz procesie ponad faza stałą. Jednakże podczas powlekania w istniejących procesach aluminiowania zawartość aluminium w powłoce nie może być kontrolowana w żadnym pewnym stopniu.
Dla kontroli końcowej grubości oraz zawartości aluminium w powłoce aluminiowanej konieczna jest kontrola aktywności aluminium podczas procesu dyfuzji. Jedną z korzyści wynikających z możliwości kontrolowania grubości powłoki i zawartości aluminium będzie możliwość zmniejszenia wzrostu powłoki oraz zwiększenia odporności środowiskowej poprzez dostarczenie zewnętrznej powłoki aluminiowanej znamiennej stosunkowo niską zawartością aluminium w pobliżu pierwotnej powierzchni podłoża i dużą zawartością aluminium na powierzchni powłoki. Inną może być korzyść wynikająca podczas powlekania naprawianej części o powierzchni bez powłoki (na przykład zawierającej nowy
PL 195 224 B1 metal po naprawie) i z powłoką (na przykład nie regenerowanych powierzchni), gdzie należy nałożyć dodatkową powłokę na powłokę poprzednią, co może prowadzić do wystąpienia zbyt dużej grubości powłoki. W dotychczasowych metodach brak jest sposobu dokładnego kontrolowania aktywności aluminium podczas nakładania aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej.
Obecny wynalazek dostarcza sposób wytwarzania aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej na podłożu, na przykład na części turbinowego silnika gazowego.
Według wynalazku, sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej, w którym umieszcza się podłoże w komorze powlekania, wprowadza się do komory powlekania parę zawierającą aluminium, a także przeprowadza się przez komorę gaz obojętny lub redukujący i wytwarza się dyfuzyjną powłokę aluminiowaną na podłożu, charakteryzuje się tym, że w komorze powlekania utrzymuje się zasadniczo stałą aktywność aluminium w parze zawierającej aluminium i reguluje się prędkość, z jaką aluminium jest osadzane na podłożu poprzez zmianę natężenia przepływu gazu obojętnego przez komorę powlekania, przy czym część nie przereagowanej pary zawierającej aluminium usuwa się z komory powlekania za pomocą gazu wypychając większe ilości nie przereagowanej pary zawierającej aluminium z komory powlekania przez zwiększenie natężenia przepływu gazu.
Jako podłoże korzystnie stosuje się nadstop, a zwłaszcza jako podłoże stosuje się część turbinowego silnika gazowego. Naparowywanie prowadzi się w temperaturze od około 950°C do około 1150°C przez dwie do dziesięciu godzin.
Korzystne jest, że według wynalazku zmniejsza się natężenie przepływu gazu obojętnego poprzez komorę powlekania podczas wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej, zwiększając zawartość aluminium na części zewnętrznej dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej w porównaniu z jej częścią wewnętrzną.
Według wariantu wynalazku, przed umieszczeniem podłoża w komorze powlekania osadza się dyfuzyjną powłokę aluminiowaną na pierwszej części powierzchni podłoża, zaś drugą część powierzchni podłoża pozostawia się pozbawioną dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej, a następnie utrzymuje się zasadniczo stałą aktywność aluminium w parze zawierającej aluminium na zasadniczo wysokim poziomie zwiększając dyfuzję aluminium do podłoża względem osadzania aluminium na podłożu i utrzymuje się dyfuzję aluminium do drugiej części powierzchni szybszą niż do pierwszej części powierzchni, przy czym utrzymuje się natężenie przepływu gazu obojętnego wystarczająco wysokie dla zapobiegania osadzaniu aluminium na pierwszej części powierzchni podłoża, wyrównując do końca procesu dyfuzyjną powłokę aluminiowaną częściach powierzchni podłoża pierwszej i drugiej do zasadniczo równomiernej grubości.
Jako gaz można stosować argon, który przeprowadza się przy natężeniu przepływu 0,305m3/h (10 SCFH) do około 0,915m3/h (30 SCFH).
Wynalazek zapewnia sposób kontrolowania grubości i zawartości aluminium w aluminiowanej powłoce dyfuzyjnej. Podczas procesu aluminiowania według wynalazku kontroluje się ilość nie przereagowanego aluminium w komorze poprzez zmianę natężenia przepływu gazu obojętnego przez komorę, gdzie część nie przereagowanego aluminium będzie porywana z komory przez ten gaz. W rezultacie większe ilości nie przereagowanego aluminium są porywane z komory przy wyższych natężeniach przepływu gazu, co zmniejsza szybkość aluminiowania i zawartość aluminium w powstającej powłoce aluminiowanej. Natomiast mniejsze natężenia przepływu porywają mniejsze ilości nie przereagowanego aluminium z komory, umożliwiając zwiększenie szybkości aluminiowania i zwartości aluminium w powstającej powłoce aluminiowanej.
Wobec powyższego proces według wynalazku umożliwia wytworzenie aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej, której grubość może być dokładnie regulowana, wraz z zawartością aluminium na grubości tej powłoki. Można zatem wytworzyć aluminiowaną powłokę, której grubość i zawartość aluminium będą dostosowane do szczególnego przeznaczenia. Przykładowo, można wytworzyć powłokę wykazującą mniejszą szybkość wzrostu i lepszą odporność środowiskową, co wynika z początkowego nałożenia aluminiowanej powłoki typu zewnętrznego znamiennej stosunkowo małą zawartością aluminium w pobliżu pierwotnej powierzchni podłoża i o rosnącej zawartości aluminium w kierunku powierzchni powłoki.
Wynalazek umożliwia również regenerację aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej na części, na przykład po naprawie powierzchni. Aktywność aluminium reguluje się tu w takim zakresie, aby dyfuzja aluminium w podłoże następowała w kontrolowanym zabiegu wzrostu powłoki. Na nie pokrytych (na przykład po naprawie) powierzchniach części siła napędowa wzrostu powłoki będzie znaczna, ponieważ zawartość aluminium kontroluje się poprzez skład stopowy. Dla powierzchni części, które zacho4
PL 195 224 B1 wały poprzednią powłokę aluminiowaną siła napędowa powlekania aluminium będzie zależna od poziomu aluminium pozostającego w powłoce. Obszary o znacznej zawartości aluminium w istniejącej powłoce będą wykazywać minimalny wzrost powłoki, a obszary o zubożonej zawartości aluminium będą zwiększać zawartość aluminium przy słabym potencjale wzrostu powłoki. W rezultacie unika się nadmiernej grubości powłoki na powierzchniach pierwotnie pokrytych.
Oprócz powyższych korzyści obecny wynalazek dostarcza opłacalny sposób aluminiowania w porównaniu z istniejącymi metodami i urządzeniami. Ponadto sposób ten może być wdrożony selektywnie bez zakłócania procesów innych części, które nie wymagają korzyści wynikających z tego wynalazku.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia przykładową dyfuzyjną powłokę aluminiowaną typu zewnętrznego na podłożu, pokazaną w przekroju.
Wynalazek dotyczy w ogólności części pracujących w termicznie i chemicznie agresywnym środowisku i tym samym narażonych na utlenianie i korozję na gorąco. Przykłady takich części obejmują wysoko- i niskociśnieniowe dysze turbinowe, łopatki oraz bandaże turbinowych silników gazowych. Choć zalety wynalazku będą opisane w odniesieniu do osprzętu turbinowego silnika gazowego, wynalazek w ogólności dotyczy dowolnej części, na której aluminiowana powłoka może posłużyć do zabezpieczenia tej części przed środowiskiem.
Na rysunku przedstawiono aluminiowaną powłokę dyfuzyjną 12, jaką można wytworzyć sposobem według tego wynalazku. Powłokę 12 pokazano jako warstwę pokrywającą podłoże 10, typowo będące pospolitym materiałem części zabezpieczonej przez powłokę 12. Typowymi materiałami dla podłoża 10 (i tym samym części) są nadstopy na bazie niklu, żelaza i kobaltu, choć mogą być również użyte inne stopy. Aluminiowana powłoka 12 jest generalnie znamienna dodatkową warstwą 16 pokrywającą strefę dyfuzyjną 14, pierwsza z których zawiera odporną na utlenianie międzymetaliczną fazę MAI, na przykład niklowo-aluminiowaną fazę beta (NiAl). Dodatkowa warstwa 16 korzystnie zawiera inne fazy międzymetaliczne, zależnie od tego, czy nałożono inne metale, bądź też w inny sposób występują na podłożu 10 przed aluminiowaniem zanurzeniowym. Przykładowo, dodatkowa warstwa 16 może zawierać PtAh lub platynę w roztworze w fazie MAI, jeśli podłoże 10 pokryto platyną. Skierowana do wewnątrz dyfuzyjna powłoka aluminiowana może generalnie różnić się od powłoki 12 typu zewnętrznego pokazanej na rysunku grubszą dodatkową warstwą, która głównie występuje wewnątrz i poniżej pierwotnej powierzchni podłoża, lecz jest poza tym podobna pod względem składu. Aluminiowane powłoki dyfuzyjne obu typów tworzą tlenek aluminium (nie pokazano) na ich powierzchni w warunkach środowiska silnika. Tlenek aluminium powstrzymuje utlenianie aluminiowanej powłoki 12 i podłoża 10. Stosowna grubość powłoki 12 typowo wynosi około 25 do 125 mikrometrów.
Zgodnie z wynalazkiem powłokę 12 wytwarza się metodą aluminiowania zanurzeniowego znamiennego zasadniczo stałą aktywnością aluminium. Choć opisano tu naparowywanie (VPA) jako szczególnie odpowiednie do wykorzystania w tym wynalazku przewiduje się, że mogą być użyte lub opracowane do zastosowania w sposobie według tego wynalazku procesy naparowywania VPA dające zasadniczo stałą aktywność aluminium.
Procesy naparowywania są dobrze znane w tej dziedzinie i tradycyjnie wykonywane w atmosferze obojętnej lub redukującej wewnątrz komory do powlekania (retorta) zawierającej część powlekaną, materiał źródła aluminium (donor) oraz jeden z aktywatorów, który z materiałem źródła wytwarza pary (na przykład lotny halogenek aluminium), reagujące na powierzchni części dla wytworzenia aluminiowanej powłoki dyfuzyjnej. Jednakże w tym wynalazku poprzez komorę przepływa gaz obojętny, na przykład argon lub gaz redukujący, na przykład wodór, z szybkością zmieniającą ilość nie przereagowanego aluminium w komorze, co umożliwia dostosowanie szybkości powlekania i zawartości aluminium w powłoce do szczególnych wymagań powłoki. Zwiększenie dopływu gazu do komory powoduje „porywanie” poprzez wylot poza komorę nie przereagowanego aluminium, skutecznie obniżając aktywność aluminium w procesie powlekania. Poza tym w komorze mogą być zastosowane i utrzymywane tradycyjne warunki powlekania, włącznie z użyciem tradycyjnych materiałów powlekających, temperatur powlekania od około 950°C do około 1150°C i czasów od około dwóch do około dziesięciu godzin.
Przy zastosowaniu tego wynalazku najwyższą pożądaną aktywność aluminium w procesie powlekania ustala się poprzez dobór materiału źródła i aktywatora (aktywatorów) zastosowanych dla procesu powlekania i kontroluje się efektywną aktywność aluminium w dowolnym danym czasie poprzez dozowanie dopływu gazu do komory. Przykładowo, zastosowanie materiału źródła o minimalnej zawartości aluminium 25% wagowych i fluorku aluminium jako aktywatora utrzymuje stosunkowo wyPL 195 224 B1 soką aktywność aluminium, która może być efektywnie zredukowana przepływem argonu przez komorę z minimalnym natężeniem około 0,283 m3/h.
Przynoszące korzyść zastosowanie sposobu według wynalazku występuje tam, gdzie pożądane jest zminimalizowanie potencjału wzrostu powłoki na części podczas eksploatacji silnika. Dla zminimalizowania wzrostu powłoki podczas eksploatacji korzystna jest aluminiowana powłoka typu zewnętrznego, gdzie występuje taka dyfuzja niklu podczas tworzenia powłoki, aby uzyskać minimalną dyfuzję wzajemną aluminium z powłoki i niklu z podłoża (to znaczy wzrost powłoki) podczas późniejszego oddziaływania podwyższonych temperatur. Wysoka zawartość aluminium będzie pożądana na powierzchni powłoki dla zwiększenia odporności na wpływ środowiska. W tej sytuacji materiały źródła i jeden lub więcej aktywatorów dobiera się dla uzyskania maksymalnie wysokiej aktywności aluminium podczas powlekania. W czasie powlekania, dla efektywnego obniżenia aktywności aluminium, dobiera się stosunkowo wysokie natężenie przepływu gazu obojętnego (około 0,57m3/h), przez co tworzy się żądaną strukturę powłoki typu zewnętrznego w większości procesu powlekania. Następnie, przy końcu procesu powlekania zmniejsza się lub nawet przerywa przepływ gazu dla zwiększenia aktywności aluminium i wzbogacenia w aluminium zewnętrznej powłoki.
W innym zastosowaniu tego wynalazku naprawia się części, na przykład płaty turbinowe po odzysku z eksploatacji, przykładem czego jest naprawa przez spawanie końcówki łopatki. Nowy metal na końcówce łopatki wymaga pełnego pokrycia, z dostosowaniem do minimalnej grubości powłoki utworzonej dla łopatki. Lecz nie naprawiane regiony powierzchni łopatki mogą w dalszym ciągu być całkowicie lub częściowo pokryte pierwotną powłoką aluminiowaną, w związku z czym będą najprawdopodobniej przekraczać maksymalną dopuszczalną grubość jeśli zostaną poddane tym samym warunkom pokrywania jak regiony niepokryte. W przypadku tego wynalazku dopływ gazu obojętnego do komory powlekania dostosowuje się dla zwiększania wzrostu powłoki na odsłoniętych powierzchniach materiału, przy jednoczesnym zminimalizowaniu wzrostu powłoki na powleczonych powierzchniach.
Podczas badań prowadzących do tego wynalazku łopatki turbinowe o powierzchniach pokrytych i nie pokrytych dyfuzyjnymi powłokami aluminiowanymi i powłokami platynowo-aluminiowymi poddano procesowi z zastosowaniem stopu CrAl jako materiału źródła oraz fluorku aluminium jako aktywatora, w retorcie o objętości około 1,13 m3. Do retorty wprowadzano argon przy natężeniu przepływu około 0,3 do 0,9 m3/h, podczas pokrywania łopatek w parowej fazie aluminiowania, w około 1038 do 1080°C przez około dwie do sześciu godzin. Aktywność aluminium w retorcie wytworzono poprzez źródło i aktywator, przez co dyfuzja aluminium w odsłonięte powierzchnie łopatek wyznaczała maksymalną szybkość wzrostu powłoki, a natężenie przepływu gazu poprzez retortę dobierano dla zminimalizowania wzrostu powłoki na pokrytych regionach łopatek. W rezultacie końcowe grubości aluminiowanych powłok pozostawały w przedziale minimalnych i maksymalnych granic ustalonych dla łopatek.
Choć wynalazek opisano w stosunku do korzystnego przykładu wykonania jest oczywistym, że specjaliści dostosują inne formy zastosowania. Przykładowo, skład aluminiowanej powłoki może być inny niż podano, a sposób może być zastosowany do różnych części, których powierzchnie zyskują w wyniku zastosowania powłoki aluminiowanej. W związku z tym zakres tego wynalazku będzie ograniczony wyłącznie poniższymi zastrzeżeniami.
Claims (7)
1. Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanejj w którym umieszcza się podłoże w komorze powlekania, wprowadza się do komory powlekania parę zawierającą aluminium, a także przeprowadza się przez komorę gaz obojętny lub redukujący i wytwarza się dyfuzyjną powłokę aluminiowaną na podłożu, znamienny tym, że w komorze powlekania utrzymuje się zasadniczo stałą aktywność aluminium w parze zawierającej aluminium i reguluje się prędkość, z jaką aluminium jest osadzane na podłożu (10) poprzez zmianę natężenia przepływu gazu obojętnego przez komorę powlekania, przy czym część nie przereagowanej pary zawierającej aluminium usuwa się z komory powlekania za pomocą gazu wypychając większe ilości nie przereagowanej pary zawierającej aluminium z komory powlekania przez zwiększenie natężenia przepływu gazu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako podłoże (10) stosuje się nadstop.
3. Sposób według zastrz. 1, tym, że naparowywanie prowadzi się w teemperaturze od około 950°C do około 1150°C przez dwie do dziesięciu godzin.
PL 195 224 B1
4. Sposób wedługzastrz. 2, znamienny tym, że jako podłoże (10) stosujesię turbinowego silnika gazowego.
5. Sposób według z^^ti^. 1, znam ienny t^r^, że zmnieesza się natężenie przepływu gazu obojętnego poprzez komorę powlekania podczas wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej (12), zwiększając zawartość aluminium na części zewnętrznej dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej (12) w porównaniu z jej częścią wewnętrzną.
6. Sposóbwedług 1, znamienny t^r^, że przed urm^^^(^^^ni^rπp(^(^d^^ίt (10) w powlekania osadza się dyfuzyjną powłokę aluminiowaną (12) na pierwszej części powierzchni podłoża (10), zaś drugą część powierzchni podłoża (10) pozostawia się pozbawioną dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej (12), a następnie utrzymuje się zasadniczo stałą aktywność aluminium w parze zawierającej aluminium na zasadniczo wysokim poziomie zwiększając dyfuzję aluminium do podłoża (10) względem osadzania aluminium na podłożu (10) i utrzymuje się dyfuzję aluminium do drugiej części powierzchni szybszą niż do pierwszej części powierzchni, przy czym utrzymuje się natężenie przepływu gazu obojętnego wystarczająco wysokie dla zapobiegania osadzaniu aluminium na pierwszej części powierzchni podłoża (10), wyrównując do końca procesu dyfuzyjną powłokę aluminiowaną częściach powierzchni podłoża (10) pierwszej i drugiej do zasadniczo równomiernej grubości.
7. Sposób wedłu g zas^z. 1, znamien ny tym, że j ako gaz się argon, się przy natężeniu przepływu 0,3m3/h do około 0,9m3/h.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14165999P | 1999-06-30 | 1999-06-30 | |
| US09/417,468 US6334907B1 (en) | 1999-06-30 | 1999-10-13 | Method of controlling thickness and aluminum content of a diffusion aluminide coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL341017A1 PL341017A1 (en) | 2001-01-02 |
| PL195224B1 true PL195224B1 (pl) | 2007-08-31 |
Family
ID=26839328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL341017A PL195224B1 (pl) | 1999-06-30 | 2000-06-27 | Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6334907B1 (pl) |
| EP (1) | EP1065293B1 (pl) |
| JP (1) | JP4615677B2 (pl) |
| BR (1) | BR0002912A (pl) |
| DE (1) | DE60016095T2 (pl) |
| PL (1) | PL195224B1 (pl) |
| SG (1) | SG91289A1 (pl) |
| TR (1) | TR200001845A2 (pl) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6488986B2 (en) * | 2001-01-29 | 2002-12-03 | General Electric Company | Combined coat, heat treat, quench method for gas turbine engine components |
| US6560870B2 (en) * | 2001-05-08 | 2003-05-13 | General Electric Company | Method for applying diffusion aluminide coating on a selective area of a turbine engine component |
| US7113430B2 (en) * | 2002-05-31 | 2006-09-26 | Freescale Semiconductor, Inc. | Device for reducing sub-threshold leakage current within a high voltage driver |
| US6969457B2 (en) * | 2002-10-21 | 2005-11-29 | General Electric Company | Method for partially stripping a coating from the surface of a substrate, and related articles and compositions |
| US7026011B2 (en) † | 2003-02-04 | 2006-04-11 | General Electric Company | Aluminide coating of gas turbine engine blade |
| US20040180232A1 (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-16 | General Electric Company | Selective region vapor phase aluminided superalloy articles |
| US7122224B2 (en) * | 2003-06-11 | 2006-10-17 | General Electric Company | Methods and apparatus for turbine engine component coating |
| US7163718B2 (en) | 2003-10-15 | 2007-01-16 | General Electric Company | Method of selective region vapor phase aluminizing |
| JP4907072B2 (ja) * | 2003-10-15 | 2012-03-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 選択的領域気相アルミナイズ方法 |
| US7094444B2 (en) * | 2003-11-13 | 2006-08-22 | General Electric Company | Method for repairing coated components using NiAl bond coats |
| US7078073B2 (en) * | 2003-11-13 | 2006-07-18 | General Electric Company | Method for repairing coated components |
| US7371426B2 (en) * | 2003-11-13 | 2008-05-13 | General Electric Company | Method for repairing components using environmental bond coatings and resultant repaired components |
| US7587818B2 (en) * | 2004-12-23 | 2009-09-15 | General Electric Company | Repair of gas turbine blade tip without recoating the repaired blade tip |
| SG127768A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-29 | Turbine Overhaul Services Priv | Thermal barrier coating |
| US7371428B2 (en) * | 2005-11-28 | 2008-05-13 | Howmet Corporation | Duplex gas phase coating |
| US20070134418A1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-14 | General Electric Company | Method for depositing an aluminum-containing layer onto an article |
| JP5481993B2 (ja) * | 2009-07-23 | 2014-04-23 | 株式会社Ｉｈｉ | アルミナイズド処理方法 |
| US8318251B2 (en) * | 2009-09-30 | 2012-11-27 | General Electric Company | Method for coating honeycomb seal using a slurry containing aluminum |
| US9718255B2 (en) | 2011-11-03 | 2017-08-01 | Barson Composites Corporation | Corrosion-resistant diffusion coatings |
| CA2882788C (en) | 2014-02-26 | 2019-01-22 | Endurance Technologies, Inc. | Coating compositions, methods and articles produced thereby |
| EP3198050B1 (en) * | 2014-09-25 | 2022-04-27 | General Electric Company | Method for selective aluminide diffusion coating removal |
| US9896585B2 (en) * | 2014-10-08 | 2018-02-20 | General Electric Company | Coating, coating system, and coating method |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2610914B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1997-05-14 | 株式会社日立製作所 | 耐熱部材内部のアルミニウム被覆方法およびその装置 |
| US5221354A (en) * | 1991-11-04 | 1993-06-22 | General Electric Company | Apparatus and method for gas phase coating of hollow articles |
| EP0731187A1 (en) | 1995-03-07 | 1996-09-11 | Turbine Components Corporation | Method of forming a protective diffusion layer on nickel, cobalt and iron based alloys |
| JPH0967192A (ja) * | 1995-08-28 | 1997-03-11 | Sharp Corp | 気相成長装置 |
| US5897966A (en) * | 1996-02-26 | 1999-04-27 | General Electric Company | High temperature alloy article with a discrete protective coating and method for making |
| JPH1072658A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 金属材のアルミニウム拡散コーティング方法及びその装置 |
| JP3285783B2 (ja) * | 1996-12-19 | 2002-05-27 | 三菱重工業株式会社 | 高耐食性翼及びその製造方法 |
| US6168874B1 (en) | 1998-02-02 | 2001-01-02 | General Electric Company | Diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor |
-
1999
- 1999-10-13 US US09/417,468 patent/US6334907B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-06-23 SG SG200003544A patent/SG91289A1/en unknown
- 2000-06-27 PL PL341017A patent/PL195224B1/pl not_active IP Right Cessation
- 2000-06-28 JP JP2000193695A patent/JP4615677B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-28 TR TR2000/01845A patent/TR200001845A2/xx unknown
- 2000-06-28 BR BR0002912-2A patent/BR0002912A/pt not_active Application Discontinuation
- 2000-06-29 DE DE60016095T patent/DE60016095T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-29 EP EP00305475A patent/EP1065293B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TR200001845A3 (tr) | 2001-05-21 |
| BR0002912A (pt) | 2001-01-30 |
| DE60016095D1 (de) | 2004-12-30 |
| JP4615677B2 (ja) | 2011-01-19 |
| US6334907B1 (en) | 2002-01-01 |
| EP1065293A1 (en) | 2001-01-03 |
| JP2001064763A (ja) | 2001-03-13 |
| EP1065293B1 (en) | 2004-11-24 |
| PL341017A1 (en) | 2001-01-02 |
| TR200001845A2 (tr) | 2001-05-21 |
| DE60016095T2 (de) | 2005-12-22 |
| SG91289A1 (en) | 2002-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PL195224B1 (pl) | Sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowanej | |
| US6146696A (en) | Process for simultaneously aluminizing nickel-base and cobalt-base superalloys | |
| EP2060653B1 (en) | Slurry diffusion aluminide coating composition and process | |
| US8318251B2 (en) | Method for coating honeycomb seal using a slurry containing aluminum | |
| EP1505176B1 (en) | Aluminizing slurry compositions free of hexavalent chromium, and related methods and articles | |
| CN105899707A (zh) | 在部件的选择的区域上施加铬扩散涂层的方法 | |
| US20160230263A1 (en) | Slurry chromizing compositions | |
| US12344926B2 (en) | Aluminum-chromium diffusion coating | |
| US7390534B2 (en) | Diffusion coating process | |
| JP2528336B2 (ja) | イットリウム含有量の高い拡散アルミナイド被覆の形成方法 | |
| EP0861918B1 (en) | Improved pack coating process for particles containing small passageways | |
| US6332931B1 (en) | Method of forming a diffusion aluminide-hafnide coating | |
| CN102027153B (zh) | 在金属零件上制备铝锆保护涂层的方法 | |
| JP2001172775A (ja) | 活性化フォーム技術を用いて皮膜を形成する方法 | |
| EP2551370A1 (en) | Maskant free diffusion coating process | |
| US20020031683A1 (en) | Vapor phase co-deposition coating for superalloy applications | |
| US6673709B2 (en) | Formation of an aluminide coating, incorporating a reactive element, on a metal substrate | |
| US7700154B2 (en) | Selective aluminide coating process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20130627 |