不可氧化涂層制造技術(shù)

通過(guò)施加基本純的鋁第一層到基質(zhì)表面來(lái)涂覆基質(zhì)。第一層的至少第一部分被氧化，以便提供具有所需性質(zhì)的防護(hù)涂層。基質(zhì)可為基于難熔金屬的熔模精密鑄造芯。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及金屬涂層。更具體地說(shuō)，本專利技術(shù)涉及可氧化熔模精密鑄造芯(investment casting core)的防護(hù)涂層。
技術(shù)介紹
熔模精密鑄造是一種用于形成具有復(fù)雜幾何形狀的金屬部件尤其是中空部件的常用技術(shù)，并用于制造超合金燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛用于飛機(jī)推進(jìn)、發(fā)電和船舶推進(jìn)。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，效率是主要目標(biāo)。可通過(guò)在較高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)獲得提高的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率，但渦輪節(jié)中的目前運(yùn)轉(zhuǎn)溫度超過(guò)渦輪部件中使用的超合金材料的熔點(diǎn)。因此，通常的做法是提供空氣冷卻。通過(guò)使相對(duì)冷的空氣從發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)段流過(guò)要被冷卻的渦輪部件中的通道來(lái)提供冷卻。這種冷卻伴有就發(fā)動(dòng)機(jī)效率而言的附帶代價(jià)。因此，強(qiáng)烈需要提供增強(qiáng)的專用冷卻，以便最大化從給定量冷卻空氣得到的冷卻利用量。這可通過(guò)使用細(xì)微精密定位的冷卻通道段得到。關(guān)于內(nèi)部冷卻渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件如葉片和葉輪的熔模精密鑄造，存在發(fā)展良好的領(lǐng)域。在典型的工藝中，制備具有一個(gè)或多個(gè)模腔的模具，每個(gè)模腔具有通常與要被鑄造的零件相對(duì)應(yīng)的形狀。制備模具的典型工藝涉及使用零件的一個(gè)或多個(gè)蠟?zāi)！Ｍㄟ^(guò)在通常與零件內(nèi)冷卻通道陽(yáng)模相對(duì)應(yīng)的陶瓷芯上模塑(molding)蠟形成模。在加殼過(guò)程中，以眾所周知的方式環(huán)繞一個(gè)或多個(gè)這種模形成陶瓷殼。可通過(guò)如在高壓釜中熔化除去蠟。殼可被燒制以使殼硬化。這就留下包括殼的模具，其中殼具有一個(gè)或多個(gè)限定零件的室，室又包含限定冷卻通道的陶瓷芯。然后可將熔化合金引入到模具內(nèi)鑄造零件。當(dāng)冷卻和固化合金后，殼和芯可從模塑的零件上以機(jī)械和/或化學(xué)方式除去。然后可在一個(gè)或多個(gè)步驟中機(jī)械加工和處理零件。陶瓷芯本身可通過(guò)將陶瓷粉末和粘合劑材料的混合物注射到硬質(zhì)鋼模內(nèi)模塑該混合物來(lái)形成。在脫離模后，熱后加工未燒結(jié)的芯以除去粘合劑，并燒制以燒結(jié)陶瓷粉末到一起。向著更細(xì)微冷卻特征的趨勢(shì)使芯制造技術(shù)受到壓力。細(xì)微特征可能難于制造，和/或一旦制造，可能檢驗(yàn)證明是易碎的。Shah等人的普通轉(zhuǎn)讓共同未決的美國(guó)專利6637500公開了難熔金屬芯尤其在熔模精密鑄造中的一般使用。但是，各種難熔金屬往往在較高的溫度下氧化，例如在用于燒制殼的溫度和熔化超合金的溫度附近。因此，殼燒制可能大大破壞難熔金屬芯，并因此可能產(chǎn)生潛在不能令人滿意的零件內(nèi)部特征。有必要在難熔金屬芯基質(zhì)上使用防護(hù)涂層保護(hù)基質(zhì)在高溫下不會(huì)氧化。典型的涂覆包括首先施加一層鉻到基質(zhì)上，然后施加一層氧化鋁到鉻層上(例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù))。但是，對(duì)環(huán)境/毒性的特別關(guān)注注意到鉻的使用。因此，仍有進(jìn)一步改進(jìn)這種涂層和它們的施加技術(shù)的空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個(gè)方面涉及一種熔模精密鑄造芯，其具有基于難熔金屬的基質(zhì)和直接在基質(zhì)上面的基本不含鉻的涂層。涂層包括主要由氧化鋁組成的第一層。第一層具有超過(guò)2.0μ的第一厚度。任選地，底層可位于基質(zhì)上面，并主要由未氧化的鋁組成。任選地，過(guò)渡層可位于第一層和底層之間。在各種實(shí)施方案中，基質(zhì)可為基于鉬的。第一層可基本由氧化鋁組成，第一厚度可為公稱(例如中值)第一厚度。第一厚度可為至少4.0μ。底層和過(guò)渡層的總厚度，如果任何一個(gè)或兩者存在的話，可不超過(guò)第一厚度。芯可為結(jié)合有陶瓷第二芯和基于烴的材料的第一芯，其中第一芯和第二芯至少部分埋置在基于烴的材料中。本專利技術(shù)的另一個(gè)方面涉及一種涂覆基質(zhì)的方法。施加基本純的鋁初始層到基質(zhì)的表面上。氧化初始層的至少第一部分，以便得到未氧化的鋁含量不超過(guò)總鋁含量10％且厚度為至少2.0μ的第一部分。在各種實(shí)施方案中，施加可形成特征厚度為約25μ-75μ的初始層。施加方法可包括離子氣相沉積、冷噴涂和電解沉積中的至少一種。施加可基本由離子氣相沉積組成。氧化可包括陽(yáng)極化、硬涂覆和微弧氧化中的至少一種。基質(zhì)可包括基于難熔金屬的材料、鋁合金和非金屬?gòu)?fù)合材料中的至少一種。基質(zhì)可基本由基于鉬的材料組成。氧化可氧化施加的初始層中的大部分鋁。方法還可用于形成熔模精密鑄造芯部件。方法還可包括組裝具有第二芯的芯。犧牲材料可被模塑到芯和第二芯上。殼可被施加到犧牲材料上。犧牲材料可基本上被除去。可澆鑄金屬材料至少部分代替犧牲材料。芯、第二芯和殼可被破壞性地除去。或者，可在至少部分芯上形成第二芯。本專利技術(shù)的另一方面涉及一種基質(zhì)具有基本不含鉻的表面的制品。基本不含鉻的涂層直接位于表面上面。涂層包括基本由氧化鋁組成的第一層。第一層具有超過(guò)約2.0μ的第一厚度。任選地，底層可直接位于表面上面，并基本由未氧化的鋁組成。任選地，過(guò)渡層可位于第一層和底層之間。在各種實(shí)施方案中，基質(zhì)可為基于鉬的。第一層可具有至少3.4g/cc的密度和主要為α-相的微結(jié)構(gòu)。第一層可具有3.6-4.0g/cc的密度和基本為α-相的微結(jié)構(gòu)。在下面的附圖和描述中描述了本專利技術(shù)一種或多種實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。從描述和附圖和從權(quán)利要求中將明白本專利技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1為用于形成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)翼型元件的帶殼熔模精密鑄造模的橫截面圖。圖2為圖1模的難熔金屬芯的截面圖。圖3為形成和使用圖1模的工藝流程圖。各個(gè)圖中相同的參考數(shù)字和標(biāo)記代表相同的元件。具體實(shí)施例方式圖1顯示了包括模22和陶瓷殼24的帶殼熔模精密鑄造模20。模22包括至少部分模塑在芯組件上的犧牲性蠟狀材料26(例如天然或合成蠟或其它基于烴的材料)。芯組件包括陶瓷進(jìn)料芯(feed core)28，其具有用于在被鑄造的最終零件(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片或葉輪)中形成一系列通常平行、順翼展方向延伸的進(jìn)料通道的一系列通常平行的支架30、32和34。組裝到進(jìn)料芯28的是一系列難熔金屬芯(RMC)36和38。RMC36和38的一部分可容納在進(jìn)料芯28的室40和42中，并通過(guò)陶瓷粘合劑44在其中固定。RMC36和38的其它部分可嵌入在殼24中，以便RMC36和38最終形成從進(jìn)料通道到零件外表面的出口通道。典型的RMC36為翼片壓力和吸入側(cè)表面提供薄膜冷卻通道，典型的RMC38提供翼片后緣冷卻。在現(xiàn)有技術(shù)中或仍將開發(fā)的技術(shù)中許多其它構(gòu)造也是可能的。圖2顯示了RMC之一(例如38)的更多細(xì)節(jié)。典型的RMC 38具有難熔金屬或基于難熔金屬的合金、金屬間化合物或其它材料的基質(zhì)50。典型的難熔金屬為Mo、Nb、Ta和W。可以以絲或片料得到這些，并適當(dāng)切割和成形。涂層體系包括在基質(zhì)上面的鋁第一層52和在第一層52上的氧化鋁(鋁氧)第二層54。認(rèn)為α-相氧化鋁能在寬的溫度范圍內(nèi)提供有利的硬度和粘合力/保持力。但可使用其它相(例如包括或基本由β-和γ-相中的一種或兩種組成的材料)。典型的氧化鋁密度為3.4-4.0g/cc。由例如表面包括一對(duì)相對(duì)面56和58且中間厚度為T的片料形成典型的基質(zhì)50。可在基質(zhì)50中壓印、切割或以其它方式提供復(fù)合冷卻特征。涂層體系和第一層52的內(nèi)表面60位于基質(zhì)50外表面上面，涂層體系和第二層54的外表面62提供RMC38的外表面。過(guò)渡層64分開第一層52和第二層54。過(guò)渡層64可相當(dāng)急劇，或可為特征在于組成中值或組成梯度的過(guò)渡區(qū)域。在典型的實(shí)施方案中，涂層體系具有厚度T1，第一層52具有厚度T2，第二層54具有厚度T3。圖3顯示了制造和使用的典型過(guò)程200(為了說(shuō)明而簡(jiǎn)化)。基質(zhì)形成202方法，包括如通過(guò)從片料壓印然后隨之彎曲或另外成形，以提供用于鑄造所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熔模精密鑄造芯，包括：基于難熔金屬的基質(zhì)；和直接在基質(zhì)上面的基本不含鉻的涂層，該涂層包括：主要由氧化鋁組成的第一層，第一層具有超過(guò)２．０μ的第一厚度；在基質(zhì)上面并主要由未氧化的鋁組成的任選底層；和 在第一層和底層之間的任選過(guò)渡層。

【技術(shù)特征摘要】
US 2004-10-26 10/9731321.一種熔模精密鑄造芯，包括基于難熔金屬的基質(zhì)；和直接在基質(zhì)上面的基本不含鉻的涂層，該涂層包括主要由氧化鋁組成的第一層，第一層具有超過(guò)2.0μ的第一厚度；在基質(zhì)上面并主要由未氧化的鋁組成的任選底層；和在第一層和底層之間的任選過(guò)渡層。2.權(quán)利要求1的芯，其中該基質(zhì)基于鉬。3.權(quán)利要求1的芯，其中第一層基本由氧化鋁組成，并且第一厚度為公稱第一厚度。4.權(quán)利要求1的芯，其中第一厚度為至少4.0μ；和底層和過(guò)渡層的總厚度，如果任何一個(gè)或兩者存在的話，不超過(guò)所述第一厚度。5.權(quán)利要求1的芯，其為結(jié)合有以下的第一芯陶瓷第二芯；和基于烴的材料，第一芯和第二芯至少部分埋置在其中。6.多個(gè)權(quán)利要求1的芯，結(jié)合有天然或合成蠟材料，多個(gè)芯至少部分埋置在其中。7.一種熔模精密鑄造芯，包括基于難熔金屬的基質(zhì)；和直接位于基質(zhì)上面的基本不含鉻的涂層，該涂層包括主要由處于基本氧化狀態(tài)的材料組成的第一層，該第一層具有超過(guò)2.0μ的第一厚度；在基質(zhì)上面并主要由處于基本非氧化狀態(tài)的所述材料組成的底層；和在第一層和底層之間的任選過(guò)渡層。8.權(quán)利要求7的芯，其中該基質(zhì)基于鉬。9.權(quán)利要求7的芯，其中該材料包括鋁合金。10.權(quán)利要求9的芯，其中該鋁合金包括0.25％-1.0wt％的Ca、Mg、Si和Zr中的一種或其組合。11.權(quán)利要求9的芯，其中該鋁合金包括0.25％-1.0wt％的Mg。12.權(quán)利要求7的芯，其中第一層主要包括α-相。13.權(quán)利要求7的芯，其中該材料包括鋁-二氧化硅合金。14.權(quán)利要求7的芯，其中；第一厚度為至少4.0μ；和底層具有超過(guò)2.0μ的第二厚度。15.權(quán)利要求7的芯，其為結(jié)合有以下的第一芯陶瓷第二芯；和基于烴的材料，第一芯和第二芯至少部分埋置在其中。16.一種涂覆基質(zhì)的方法，包括施加基本純的鋁初始層到基質(zhì)的表面上；和氧化初始層的至少第一部分，以便得到未氧化的鋁含量不超過(guò)總鋁含量10％且厚度為至少2.0μ的第一部分。17.權(quán)利要求16的方法，其中所述施加...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：JJ小帕科斯，GM洛馬斯尼，JE珀斯基，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：聯(lián)合工藝公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]