专利汇可以提供提高铝基扩散涂层的断裂韧性的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提高 铝 基扩散涂层的 断裂韧性 的方法,它是使用 热 喷涂 法将铝(Al)、铬(Cl)、 硼 (Bl)和/或 硅 同时涂布到 工件 (2)上,然后对工件进行 热处理 ,热处理时间足以使铝、铬、硼和硅扩散入工件内。所得的扩散涂层(6)证明具有改进的断裂韧性,并且不需要使用 浆液 。,下面是提高铝基扩散涂层的断裂韧性的方法专利的具体信息内容。
1.提高扩散入工件钢表面中的热喷涂铝基扩散涂层的断裂韧性的方法,此 方法包括:
制备出一种原料,该原料基本由89-94.9原子%的铝、5-10原子%的铬和 0.1-1原子%的硼组成;
用热喷涂法将所述的原料涂布到所述的工件上;
在惰性或还原性气氛下对所述的钢表面进行热处理,热处理时间足以使所述 的原料扩散入所述的工件;和
从所述的工件除去任何多余的未扩散的所述原料。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的热喷涂法选自等离子喷涂 法和电弧喷涂法。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于它还包括在将所述的原料涂布到 工件上的步骤之前,将铝,以及铬和硼中的至少一种合金化为均匀的固体材料的 步骤。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的热处理包括在惰性或还原 性气氛下将所述的工件加热到800-1100℃之间,加热时间为2-15小时。
5.提高扩散入工件钢表面中的热喷涂铝基扩散涂层的断裂韧性的方法,此 方法包括:
制备出一种原料,该原料基本由88-94.8原子%的铝、5-10原子%的铬、0.1-1 原子%的硼和0.1-1原子%的硅组成;
用热喷涂法将所述的原料涂布到所述的工件上;
在惰性或还原性气氛下对所述的钢表面进行热处理,热处理时间足以使所述 的原料扩散入所述的工件;和
从所述的工件除去任何多余的未扩散的所述原料。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于所述的热喷涂法选自等离子喷涂 法和电弧喷涂法。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于所述的热处理包括在惰性或还原 性气氛下将所述的工件加热到800-1100℃之间,加热时间为2-15小时。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于它还包括在将所述的原料涂布到 工件上的步骤之前,将铝,以及铬、硼和硅中的至少一种合金化为均匀的固体材 料的步骤。
本发明总的涉及扩散涂覆的方法,具体涉及用于钢元件镀铝的新颖和改进方 法,特别涉及增加抗高温腐蚀性的锅炉元件。
铝扩散涂层广泛用于保护各种元件免受高温腐蚀攻击已有数十年了。作为非 限制性的例子,航空航天工业在涡轮叶片的表面上涂布铝扩散涂层,以延长燃气发 动机的使用寿命。因此,已经开发出在钢材上制造铝扩散涂层的各种先有渗铝法技 术,并用于诸如锅炉炉壁板的大型元件上,从而改进元件的质量和/或改进元件制 造时的过程控制。
Davis等的美国专利No.5,135,777中描述了一种渗铝方法,本文引入作为参 考。本质上,此方法包括将涂有浆液的陶瓷铝-硅酸盐纤维贴近工件放置,加热此 组合物,直到浆液涂层扩散到工件上。重要的是,浆液涂层中必须含有卤化物活化 剂以实现浆液材料的扩散。
本领域中技术人员公知的另一渗铝方法包括使用热喷涂(如等离子喷涂或电 弧喷涂)方法将一层工业等级的铝涂布到工件表面上。在铝的热喷涂中,粉末或丝 状形式的原料迅速熔化,并被注入基材。当熔化的铝颗粒被喷到要涂布的表面上时, 它们铺展和溅起。这些颗粒首先与基材结合,然后相互结合,形成表面层。接着在 惰性或还原性气氛下的加热炉中以高温对喷铝的工件进行热处理。这种加热使铝从 喷镀层扩散到工件的基材表面。一旦发生这种扩散,铝就变为工件的组成部分,并 且任何残余的铝喷镀层都能被容易地除去,工件上只留下渗铝的扩散涂层。虽然此 方法不使用卤化物活化剂,但此方法仅限于使用单种元素(即工业等级铝),而不能 使用元素的混合物。此外,如Wynns等的美国专利No.5,873,795(本文引入作为参 考)所证明,本领域中的技术人员已经相信在渗铝法中掺入铬会使合金结构不稳定。 而且,如Wynns等所述,许多先有技术(包括Wynns等)期待着用于扩散铝的多级方 法并在有些情况下使用铬或硅。
此外,如果工件由钢组成,使用热喷涂的渗铝法会在钢表面产生多层涂层结 构。此多层涂层结构的外层由称为金属互化物如FeAl和Fe3Al的Fe-Al有序相组 成。虽然这些铝化物非常能抗腐蚀,但它们具有极低的断裂韧性,这使它们易碎而 容易受到机械破坏。结果,由热喷涂法渗铝的工件必须小心搬动,以避免涂层意外 断裂和剥落。
如前所述,需要一种扩散涂覆材料和改进断裂韧性的方法。并且,工业中欢 迎可使多个元素同时扩散入钢表面的渗铝用热喷涂材料。最后期待的是将铝连同少 量硼和/或铬同时渗入钢表面以增加断裂韧性、而无需使用卤化物活化剂的方法。
发明概述
研究表明,多晶FeAl和Fe3Al断裂韧性低的原因是由于大气腐蚀造成的湿气 诱发的氢脆现象,它将氢原子离析到断裂尖端(crack tip)和解离面上。相反地, 如果没有这种氢脆现象,在干燥空气中观察到FeAl的拉伸伸长率大于17%。此外, 研究显示,加入高达5原子%(用和摩尔百分数相同方法计算的原子百分数)会延迟 氢的渗透,从而改进断裂韧性。加入痕量的硼能进一步改进铝化铁的延展性,这样 硼会离析到颗粒边缘,并使这些材料的断裂模式从晶间变为穿晶。虽然在大块铝化 铁中使用铬和硼的有利效果是公知的,但本领域中的技术人员以前不能、且没有将 这些元素掺入热喷涂中的扩散涂层体系里。
本发明包括改进铝基扩散涂层的断裂韧性的方法。此改进方法包括制备出随 后喷到工件上的原料。该原料含有铝以及铬和/或硼的混合的或合金的粉末或其它 固体形式。如果原料是其它固体形式,那么它为丝状形式最为有利。然后在惰性或 还原性气氛下对经喷涂的工件进行热处理,热处理时间足以使原料扩散入工件表 面。最后,从工件表面除去任何残余的原料。
在一个实施方案中,本发明提供一种提高扩散入工件钢表面中的热喷涂铝基 扩散涂层的断裂韧性的方法,此方法包括:
制备出一种原料,该原料基本由89-94.9原子%的铝、5-10原子%的铬和0.1-1 原子%的硼组成;
用热喷涂法将所述的原料涂布到所述的工件上;
在惰性或还原性气氛下对所述的钢表面进行热处理,热处理时间足以使所述 的原料扩散入所述的工件;和
从所述的工件除去任何多余的未扩散的所述原料。
本发明的第二实施方式包括制备出含有铝以及铬和/或硼的混合的或合金的粉 末或其它固体形式的原料。原料的其它固体形式为丝状仍然最为有利。然后将原料 喷涂到陶瓷介质上。接着将此介质直接与工件接触而放置,并且对介质和工件进行 热处理,热处理时间足以使陶瓷介质表面上的金属扩散到工件内。如上所述,然后 从工件上除去多余的原料和陶瓷介质。
在一个实施方案中,本发明提供一种提高扩散入工件钢表面中的热喷涂铝基 扩散涂层的断裂韧性的方法,此方法包括:
制备出一种原料,该原料基本由88-94.8原子%的铝、5-10原子%的铬、0.1-1 原子%的硼和0.1-1原子%的硅组成;
用热喷涂法将所述的原料涂布到所述的工件上;
在惰性或还原性气氛下对所述的钢表面进行热处理,热处理时间足以使所述 的原料扩散入所述的工件;和
从所述的工件除去任何多余的未扩散的所述原料。
为了更好地了解本发明和从它的使用中获得操作上的益处,参见成为本文组 成部分的附图和描述性内容,其中描述了本发明的优选实施方式。
附图简述
成为文本说明书一部分的附图中,图中表示相似或相同部分的编号都相同, 附图中:
图1是本发明第一实施方式所用的热喷涂法的横截面示意图。
图2是本发明第一实施方式获得的扩散过程的横截面示意图。
图3是本发明第二实施方式所用的热喷涂法的横截面示意图。
图4是本发明第二实施方式获得的扩散过程的横截面示意图。
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