制备具有保护涂层的多层元件的方法
【专利说明】制备具有保护涂层的多层元件的方法
[0001]本发明涉及制备在具有通道的多层元件上的防腐蚀涂层的方法。
[0002]为了提高金属合金部件经受由气体混合物引起的化学苛刻条件的耐热化学性，一种解决方式包括在暴露的表面上沉积保护涂层，从而在最好的情况下获得抗腐蚀屏障，或至少对腐蚀现象有阻碍作用。
[0003]在组装后具有复杂结构的部件的情况下，其具有小尺寸和各种几何形状的通道并且可能具有高曲折程度和难以接近的区域，用于施涂这些保护涂层的常规技术不能获得在整个结构上的均一和均匀沉积。
[0004]所以必须使用其它方案，例如在组装构成复杂部件的元件之前制备保护涂层。但是在这种情况下，保护涂层必须选择性地沉积到待保护的表面上，且不会改变待组装表面的最终形式，从而不会干扰随后的组装步骤。
[0005]目前能施加选择性沉积的解决方案包括对在涂层沉积步骤期间不是必须涂覆的表面进行掩蔽或蚀刻。因为保护涂层的沉积是在高温下进行(即600-1100°C)，所以这些掩蔽必须能耐受这些高温。
[0006]在这些解决方案中，采用机械掩蔽或在油漆或清漆的帮助下掩蔽。
[0007]关于机械掩蔽，此技术的缺点在于一方面，在设备的生产中，在小尺寸复杂表面情况下的机械掩蔽是困难和昂贵的，另一方面存在局部不存在涂层(与掩蔽设备的定位不准确性或设备本身的几何形状有关)或局部过量涂覆(对于组装是有损害的)。
[0008]关于在高温油漆或清漆的帮助下进行掩蔽，此技术的主要难点仍然是对于小尺寸复杂表面的困难的选择性施涂，在其施涂中的任何不准确性可能导致局部缺少涂层(优先腐蚀位置)或局部过量涂覆(对于组装步骤是有损害的)。
[0009]因此，一个要解决的问题是提供改进的涂覆在多层结构内引入的通道的方法。
[0010]本发明的一个解决方案是一种制备含有多层结构的元件的方法，其中所述多层含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接连步骤:
[0011 ] (a)在各层的下表面上制备次级通道2，每个次级通道2要面对在此结构内的相邻较下层的主要通道1，
[0012](b)沉积涂层，所述涂层抵抗在500-1000°C温度下的氧化和在所述层的所有下表面和上表面上抵抗腐蚀，
[0013](c)将待组装的表面进行砂磨或机械清洁，和
[0014](d)经由各层的叠置进行组装，使得较上层的下表面的每个次级通道2面对相邻较下层的主要通道I并且对准相邻较下层的主要通道I的中心，
[0015]每个次要通道2的宽度大于在此结构中其面对的主要通道I的宽度。
[0016]术语“对准…的中心”理解为表示以小于0.15mm的误差对准中心处。
[0017]术语“次要通道”理解为表示位于在表面上具有主要通道的那些层的对面上的额外通道。
[0018]本发明方法可以避免在具有复杂结构的区域中、即在通道中进行掩蔽，这种掩蔽是难以进行的且可能导致涂层或待组装表面的污染。
[0019]应当注意的是，次要通道的目的是在涂层的沉积和各层的组装之后提供对通道整个表面的完全和均匀的保护，且不会局部缺少涂层，局部缺少涂层可能产生优先腐蚀位置。
[0020]当考虑沿着长度方向切出长方形时，通道将优选具有半圆形横截面，并且相对的通道将优选具有一半长方形的横截面。
[0021]在本发明中，涂层可以通过从金属(Ni2Al3)粉末、稀释剂(Al2O3)粉末和活化剂粉末(例如NH4F, NH4Cl, CrCl3)的混合物进行低活性镀铝来包埋渗透而形成。
[0022]在这种情况下，此方法可以在组装步骤的下游包括以下步骤:
[0023](i)在真空下或在Ar下将包埋在粉末混合物中的元件在950_1000°C的温度下加热8-10小时的步骤。此方法使得可以直接形成所需的NiAl涂层。
[0024]另一个可能性是选择通过从含有Al金属粉末、稀释剂(Al2O3)粉末和活化剂粉末(例如NH4F, NH4Cl, CrCl3)的混合物进行高活性镀铝来包埋渗透而形成涂层。
[0025]在这种情况下，此方法可以在组装步骤的下游包括以下步骤:
[0026](i)将包埋在粉末混合物中的元件在600°C的温度加热8-10小时的第一个步骤，从而形成第一个NiAlJl ;和
[0027](ii)将来自步骤⑴的元件在1000-1100°C的温度下退火4-8小时的第二个步骤，从而将(脆性)NiAl3层转化成NiAl (所需的涂层)。
[0028]制备次要通道的步骤可以包括机械加工或化学研磨。
[0029]组装步骤可以按照以下方式进行:通过扩散焊接，这是一种主要包括从两个单独元件获得单个均匀块体的技术，其中通过在真空炉(压制炉)中在加热循环期间施加恒定压力而扩散处于固态的材料。
[0030]应当注意的是，这里所述的元件优选是由金属合金制成的元件，并且涂层优选是防腐蚀涂层。
[0031]图2示意性地显示了本发明方法的主要步骤:
[0032]步骤(a):在每层的下表面上制备次要通道，每个次要通道要面对在此结构内相邻较下层的主要通道。这些次要通道将必须对准对面的主要通道的中心，并且具有比主要通道宽度更大的宽度，从而确保在组装后保护通道的整个表面，包括在组装期间在叠置这些部件时的轻微误差的情况。
[0033]步骤(b):在这些层的所有上表面和下表面上沉积保护涂层。在此情况下，掩蔽是完全可以忽略的。
[0034]步骤(c):将待组装的表面进行机械研磨。通过此技术(待解释)，仅仅主要通道和次要通道的表面保留涂层，其它表面被剥离从而更容易地组装。
[0035]步骤(d):经由各层的叠置进行组装，使得较上层的下表面的每个次级通道面对相邻较下层的主要通道，并且对准相邻较下层的主要通道的中心。这获得了在组装之后得到具有在整个其表面上被均匀涂覆的通道的组装部件。
[0036]本发明的另一个主题是一种含有多层结构的金属热交换器，其中每层含有在其上表面上的主要通道，其特征在于:
[0037]-每个这些层的下表面含有次要通道，所述次要通道对准在此结构内的相邻较下层的通道的中心，并且所述次要通道的宽度比主要通道宽度更大，和
[0038]-涂层，其抵抗在500-1000°C温度下的氧化和抵抗腐蚀，并且在主要通道和次要通道的所有表面上的所述涂层的厚度变化小于10微米。
[0039]优选，所述热交换器具有一个或多个以下特征:
[0040]-涂层的厚度是50-100微米，
[0041]-这些通道是毫米尺寸的通道，
[0042]-所述结构中的层具有1.6-2mm的厚度。
[0043]优选，根据本发明的热交换器将用于制备氢气。
【主权项】
1.一种制备含有多层结构的元件的方法，其中所述多层含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接连步骤: (a)在各层的下表面上制备次级通道(2)，每个次级通道(2)要面对在此结构内的相邻较下层的主要通道， (b)沉积涂层，所述涂层抵抗在500-1000°C温度下的氧化和在所述层的所有下表面和上表面上抵抗腐蚀， (c)将待组装的表面进行砂磨或机械清洁，和 (d)经由各层的叠置进行组装，使得较上层的下表面的每个次级通道(2)面对相邻较下层的主要通道(I)并且对准相邻较下层的主要通道(I)的中心， 每个次要通道(2)的宽度大于在此结构中其面对的主要通道(I)的宽度。2.根据权利要求1的方法，其特征在于涂层是从含有活化剂粉末、Ni2A13金属粉末和溶剂Al2O3的混合物形成的。3.根据权利要求2的方法，其特征在于所述方法在组装步骤的下游包括以下步骤: (i)在真空下或在Ar下将包埋在粉末混合物中的元件在950-1000°C的温度下加热8-10小时的步骤。4.根据权利要求1的方法，其特征在于涂层是从含有活化剂粉末、Al金属粉末和溶剂Al2O3的混合物形成的。5.根据权利要求4的方法，其特征在于所述方法在组装步骤的下游包括以下步骤: (i)将包埋在粉末混合物中的元件在600°C的温度加热8-10小时的第一个步骤，从而形成第一个NiAlJl ;和 (ii)将来自步骤⑴的元件在1000-1100°C的温度下退火4-8小时的第二个步骤，从而形成将NiAlJl转化成NiAl。6.一种含有多层结构的金属热交换器，每层含有在其上表面上的主要通道，其特征在于: -每个这些层的下表面含有次要通道，所述次要通道对准在此结构内的相邻较下层的通道的中心，并且所述次要通道的宽度比主要通道的宽度更大，和 -涂层，其抵抗在500-1000°C温度下的氧化和抵抗腐蚀，并且在主要通道和次要通道的所有表面上的所述涂层的厚度变化小于10微米。7.根据权利要求6的热交换器，其特征在于涂层的厚度是50-100微米。8.根据权利要求6或7的热交换器，其特征在于这些通道是毫米尺寸的通道。9.根据权利要求6-8中任一项的热交换器，其特征在于所述结构中的层具有1.6-2mm的厚度。10.权利要求6-9中任一项所述的热交换器用于制备氢气的用途。
【专利摘要】本发明提供一种制备含有多层结构的元件的方法，其中所述多层含有在其上表面上的主要通道，所述方法包括以下的接连步骤：(a)在各层的下表面上制备次级通道(2)，每个次级通道(2)要面对在此结构内的相邻较下层的主要通道，(b)沉积涂层，其能抵抗在500-1000℃温度下的氧化和在所述层的所有下表面和上表面上抵抗腐蚀，(c)将待组装的表面进行砂磨或机械清洁，和(d)经由各层的叠置进行组装，使得较上层的下表面的每个次级通道(2)面对相邻较下层的主要通道(1)并且对准相邻较下层的主要通道(1)的中心，每个次要通道(2)的宽度大于在此结构中其面对的主要通道(1)的宽度。
【IPC分类】F28F3/08, F28F21/08, F28F19/06
【公开号】CN105190218
【申请号】CN201480021430
【发明人】D·萨拉伊斯, L·普罗斯特, P·戴-嘉罗, M·瓦格纳, M·维拉斯, T·马泽, S·马修
【申请人】乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司, 科学研究国家中心, 洛林大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年3月17日
【公告号】EP2986925A1, US20160061539, WO2014170570A1