专利名称：带有合金区域的耐腐蚀物体的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有耐腐蚀表面的物体，该耐腐蚀表面改善了所述物体相对于芯体材 料优选为钛或钛基材料的总体耐腐蚀性。所述表面层优选包含至少80%的难熔金属诸如钽 或者由一种或多种难熔金属形成的合金。为了确保该表面良好地粘结到基体材料，在芯体 元素和表面层之间形成合金层，该合金层的厚度至少为表面层的两倍，其中所述合金层本 身具有耐腐蚀特性。
背景技术：
将要置于强腐蚀环境中的物体必须具有耐腐蚀外表面以便保护该物体。这种耐腐 蚀外表面可以通过以耐腐蚀材料制造整个物体而形成。但是，这样做并不是希望的结果，例 如由于制造这种物体所产生的成本，或者由于耐腐蚀材料可能无法满足其他要求或者所述 物体必须满足或具有的特性，例如强度、磁性特性、挠性、耐久性、密度、重量、导热性或导电 性、可加工性(例如相对于压制、模压、焊接、锻压、车螺纹、钎焊或粘结)、弹性、疲劳特性、 有关润滑属性、硬度、韧性等。因此，通常以耐腐蚀材料层涂覆所述物体而形成耐腐蚀外表 面，所述耐腐蚀材料诸如钽(Ta)、铌(Nb)、锆(&)、钨(W)、钛(Ti)，或包括一种或多种上述 材料且浓度至少为10%的合金。重要的是，这种表面层应该致密而不会存在针眼，针眼导致涂层下方的物体形 成暴露于强腐蚀环境的暴露点，并且许多文件描述了涂覆这种无针眼层的方法，诸如 EP0578605B1描述了用于镀覆高熔点材金属特别是铌和钽的熔池。所述熔池以碱金属氟化 物熔体构成，碱金属氟化物包含氧离子以及析出的金属离子。析出金属与氧离子或者该熔 体中的其他阳离子之间的摩尔比必须保持在给定比率内。氧化还原水平必须保持在这样的 值，该值对应于熔池与金属形式的特定高熔点金属接触时所达到的值。
发明内容
本发明的第一目标是保证表面层良好地连接到基体材料以及表面层的机械性能。 这通过形成扩散区域或者合金区域来保证。所述合金区域保证了耐腐蚀表面具有充分的延 展性，使得所述表面或者整个物体可以机械地变形而不会形成损害或破坏耐腐蚀性的裂纹 或者其他弱点。所述基体材料优选但不限于钛或钛基材料。本发明进一步的目标是保证合金区域本身具有耐腐蚀特性，并且如果该表面层因 破坏、磨损、缓慢腐蚀而失效，则提供途径来估计给定腐蚀环境下的腐蚀速度，从而估计物 体残余使用寿命。这通过合金区域相对于涂层厚度的深度来保证，并且表面层的主要物质 或者说耐腐蚀擦料(诸如Ta)向合金区域减少，以使耐腐蚀性向合金区域降低。表面层的厚度定义为从表面到耐腐蚀材料浓度减少到表面层浓度的90%之处，或 者如果表面层为合金，则其中一种耐腐蚀材料的浓度减少到表面层浓度的90%之处的厚 度。在该90%的极限处，定义合金区域开始。合金区域的厚度定义为从合金区域开始之处， 到耐腐蚀材料的浓度，或者如果表面为合金，则到其中一种耐腐蚀材料的浓度降低到标志该合金层开始的90%极限处的浓度的10%之处的厚度。合金区域的替代定义为这样的深 度，即从合金区域开始之处到耐腐蚀材料在深度范围平均的总体浓度下降到20%之处的深度。通常，沉积的钽的一半量形成合金材料，使得合金区域的厚度为表面层厚度的2-3 倍。例如，10微米的表面层和25微米的合金区域。如果表面层被破坏或者甚至因磨损或缓慢腐蚀而去除，则较之基体材料耐腐蚀性 更高的合金区域仍然提供一定的保护，仅使得腐蚀减慢。通过测量实际表面中耐腐蚀材料 的含量，可以(在给定腐蚀环境下)预测腐蚀速度以及残余使用寿命。合金区域和表面层优选通过CVD过程形成。
图1是本发明的物体，示出了带有表面层的基体材料以及位于基体材料和表面层 之间的合金区域；图2是本发明的物体，其中表面层以及一部分合金区域被去除。
具体实施例方式图1示出了本发明的物体1，该物体具有基体元件2，基体元件并不限于钛基材料。 所述物体具有耐腐蚀表面层3，该表面层包括浓度至少为80%的耐腐蚀材料，诸如Ta、Nb、 W、Ti或者其他难熔金属。该表面层的厚度定义为从表面到耐腐蚀材料(诸如Ta或Ti)的 浓度为表面层总体浓度的90%的地方，浓度为表面层总体浓度的90%的地方也定义了合 金区域开始的地方。合金区域4形成在基体元件2和表面层3之间，且耐腐蚀材料的浓度向所述物体 逐渐降低，如箭头5的方向所示。合金区域的厚度定义为从合金区域开始位置到浓度下降 到该区域开始位置浓度的10%的位置的厚度。图2示出了逐渐减少耐腐蚀层形成沉积物之后的系统，意味着涂层3，或者说表面 层已经损坏，因给于缓慢腐蚀作用的磨损或缓慢腐蚀而去除，也去除了部分合金区域4。耐腐蚀能力降低反映了物体1的实际表面6的成分，该实际表面逐渐变成合金区 域，耐腐蚀材料的浓度降低。测量实际表面6中耐腐蚀材料的含量，然后(在给定已知腐蚀 环境)可预测腐蚀速度或者残余使用寿命。
权利要求
一种物体(1)，具有基体元件(2)；第一厚度的耐腐蚀表面层(3)和第二厚度的合金区域(4)的，其中所述第二厚度至少为第一厚度的2倍。
2.如权利要求1所述的物体，其特征在于，所述基体元件(2)是钛基材料。
3.如权利要求2所述的物体，其特征在于，所述表面层(3)的耐腐蚀材料的浓度至少为 80%,所述耐腐蚀材料是钽、铌、钨或者其他难熔金属。
4.一种估算权利要求3所述物体残余使用寿命的方法，所述方法建立在测量实际表面 (6)处的耐腐蚀材料的浓度的基础上。
全文摘要
本发明涉及具有耐腐蚀表面的物体，所述耐腐蚀表面改善所述物体相对于芯体材料优选钛或钛基材料的总体耐腐蚀性。所述表面层优选包含至少80％的难熔金属，所述难熔金属诸如钽或者由一种或多种难熔金属形成的合金。为了保证所述表面良好地粘结到基体材料，在芯体元件和表面层之间形成合金层，所述合金层的厚度至少为表面层的两倍，所述合金层本身具有耐腐蚀特性。
文档编号C23C10/08GK101960040SQ200980107108
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月28日
发明者波·吉勒斯伯格, 索伦·埃里克森 申请人:丹佛斯公司