Pt-Al-Hf/Zr涂层及方法

专利名称：Pt-Al-Hf/Zr涂层及方法
技术领域：
本发明涉及用于气体涡轮机叶片和部件的Pt-Al-HfAr铝化物涂层以及向合金的表面区域引入合金化元素的方法。
背景技术：
通过改善涡轮合金、冷却方案和涂层获得了提高的涡轮机性能。来自涂层的最大改善为通过向冷却的涡轮部件添加热屏障涂层(TBC)。对于涡轮叶片，已通过电子束物理气相沉积(PVD)施加了最有效的TBC。现有技术包括NiCoCrAIY、铝化物和钼-铝化物粘接涂层。在优化的处理以产生改善的表面光洁度或清洁处理以降低污染物如S(硫)的显著影响方面，已经实现了这些粘接涂层的革命性改善。然而，涡轮设计者没有完全利用TBC，因为在较高的涡轮温度它们的预期寿命不满足部件的设计寿命或者在现有温度下TBC的寿命是不可靠的。因此，存在对更可靠及更长寿命TBC的需求。向合金中添加Hf相对容易并且当用现有向外(current outward)类型Pt-Al铝化物粘接涂层涂覆高Hf合金时[比单晶合金(SXL)规格或者为改善可铸性而具有高Hf定向凝固(DS)合金更高]对TBC剥落寿命已经显现出显著的影响。SXL合金已经表现出3X 至5X (3倍至5倍)的寿命改善，而DS MarM247已经报告相对于基线SXL TBC寿命具有IOX 的寿命改善。对于SXL，高Hf添加量对SXL合金显微组织和力学性能具有消极影响。发明概述本发明提供可用于TBC下面的Pt-Al-X铝化物涂层(X是Hf和/或Zr)并改善TBC 在提高的温度下使用时的剥落寿命。在本发明的实施方案中，Pt-Al-X铝化物涂层包括亚稳的(过渡的)X_Pt/Pd-Ni相，其中X是Hf和/或& ；Pt/Pd含义是在相中存在Pt或Pd或两者；并且其中Ni单独存在或与其它合金化元素一起存在于涂层的β (Ni, Pt)Al外相中。 为简单计，将该三元或更多元的X-Pt/Pd-Ni相称为“μ相”。在涂层发展的早期形成阶段存在并可观察到亚稳的μ相。在涂层的沉积态条件下可观察到μ相；例如，在涂层的CVD 沉积态条件下，取决于采用的参数。在本发明的说明性实施方案中，Pt-Al-Hf铝化物粘接涂层跨涂层厚度区域包含约 18原子％的Pt浓度，该区域从一侧到另一侧跨过Hf2Pt3NixP相。在从一侧到另一侧跨过 Hf2Pt3Nix μ相的相同厚度的区域，粘接涂层具有约31-约40原子％的Al浓度，如在某些实施方案中约35-约40原子％。粘接涂层跨相同厚度区域具有约0. 25-1. 0原子％的Hf浓度，该区域从一侧到另一侧跨过Hf2Pt3Nix μ相。总粘接涂层厚度为约25-约45微米，典型地约30-约40微米。本发明提供Pt-Al-X粘接涂层，其中X是Hf和/或^ ，其可用于TBC下面并改善在提高的温度下使用的TBC剥落寿命。在本发明的实施方案中，Pt-Al-X铝化物粘接涂层包括外涂层表面，其中Pt含量为约2-约16原子％，如在某些实施方案中约10-16原子％，并且其中Al含量约31-约40原子％，如在某些实施方案中约35-40原子％，并具有约25-约 45微米的总涂层厚度，例如典型地约30-约40微米，其中总涂层厚度包括扩散区和外面添加(additive)区。该实施方案在涂层显微组织中可以没有上述μ相存在，结果涂层经受镀铝的时间/温度或者随后的热暴露，引起该亚稳相溶解。本发明还提供一种方法，该方法包括在合金基材的表面区域之上或之内引入中间元素(如Pt和/或Pd)，该合金基材对另一合金化元素(如Hf和/或Zr)具有低溶解度， 随后通过在沉积条件下在中间元素(如Pt和/或Pd)中引入所述的另一合金化元素以形成基材的表面区域，该基材表面区域富集所述的中间元素和所述的另一元素。附图简要说明

图1 (a)和 1 (b)分别是 Pd-Hf 和 Pt-Zr 相图。图2是Hf-Pt系统的部分相图信息。图3 (a)是CVD Hf在镀覆Pt的Ni基超合金上的SEM背散射图像。图3 (b)示出CVD Hf在镀覆Pt的Ni基超合金上的组成分布。图4 (a)是CVD Hf加Al在镀覆Pt的Ni基超合金上的SEM背散射图像及对应的涂覆表面区域的组成分布。图4(b)示出了仅显示Hf与Pt比率为20%-30%的CVD Hf和Pt的组成分布。图5示出实验3样品的结果，显示了镀覆Pt样品的μ相和没有镀覆P t的无μ 相的形成。图6是具有比实验3更高AlCl3的实验4样品的SEM图像。图7含有实验3和4样品在2050华氏度下在真空中热处理2小时之前(涂覆态) 和之后的SEM图像。图8是显示没有μ相迹象的实验5样品的SEM图像。图9示出了具有大量Hf在(Ni，Pt)Ali3相中的实验3样品的点分析。图10是基线商业向外类型Pt-Al涂层(MDC-150L)和实验6变体的Wfellbull图。图11是显示TBC样品循环氧化试验(在1135C下)的剥落寿命的柱状图，所述TBC 样品具有依据该方法实施方案制得的粘接涂层，在粘接涂层镀铝和镀铪(hafnization)前采用电镀在样品上的Pt层的不同表面数量，无Pt层、2mg/cm2Pt层、％ig/cm2Pt层、6mg/cm2Pt 层、和8mg/cm2Pt层。将这些样品与在粘接涂层镀铝和镀铪前使用10mg/cm2Pt层电镀在样品上制备的相似样品对比。还将样品与基线TBC涂覆的MDC-150L样品对比，该MDC-150L 样品具有10mg/cm2Pt层，具有标准的镀铝生产时间并且因而代表商业生产涂层。发明详述为了说明的目的，将相对于化学气相沉积(CVD)铝化物扩散涂层描述Pt-Al-X涂层(其中X是Hf和/或，其中对形成向外生长的铝化物扩散涂层所采用的常规CVD涂层参数(US专利5，788，82 做如下改变或修改。第一和第二改变是相互关联的并且涉及使铝化物粘接涂层更薄并且Al含量更少。例如，涂层厚度可为约30-约40微米，其中涂层厚度包括涂层影响区、扩散区和添加区。在贫Al的NiAl中，Ni的扩散速度是Al的约3-5 倍。这是向外类型镀铝过程的基础。在涂覆过程完成之后的温度下，该现象再继续一段时间。在任一情况下，M向外扩散的更高通量都引起MAl膨胀并且产生扩散相关的应变，该应变有助于在许多铝化物涂层中观察到皱曲(rumpling)现象。(有助于皱曲的最大应变来自Y/Y’合金和^NiAl之间的热膨胀系数错配。但膨胀现象也有贡献)。Al含量越高， 需要越多来自基材的Ni以达到30-32原子％的稳定状态的Al含量并且越多的NiAl膨胀。 越薄和越贫铝含量的粘接涂层在形成涂层期间和高温使用暴露期间需要越少的M从合金扩散。从根据本发明更薄的、更低Al含量的涂层开始，将使涂层系统以更少M传输和更小应变达到30-32%的Al浓度(具有伽马一撇(Y’)的稳定态Al含量)，应变将促使皱曲现象，这导致早期TBC剥落。第三个改变是在本发明的粘接涂层中更高的表面Pt含量。涂覆时间也能改变这一点。如美国专利5，788，823中描述的，在镀覆铝前将Pt镀覆在合金基材表面上。在M-Al 系统的Y、Y ’和β相中用Ni替代Pt。在商业生产的MDC-150L涂层中的Pt分布是钟型的，具有约1/2的Pt与Ni扩散以形成涂层的添加层以及约1/2朝向合金扩散到扩散区。当用10mg/cm2Pt镀覆时，商业生产涂覆时间产生4_8原子％的涂层外表面Pt含量。通过根据本发明的短时间(如540分钟或更少)涂覆，本发明的较薄涂层导致在粘接涂层外表面处更高的Pt含量。对于最好的TBC剥落结果(也就是TBC剥落寿命的延长)， 在本发明的粘接涂层外表面处的Pt含量为约10-约16原子％，其因Pt被从基材扩散的M 稀释的较短时间(例如210分钟以下的涂覆时间)而是较高的。此外，如果需要的话，通过在CVD镀铝之前在基材上镀覆更大量的Pt，可在外表面提供更高的Pt含量。最后，共沉积或连续沉积Hf(和/或Zr)与A 1以形成涂层，使Hf (和/或Zr)变得纳入β (Ni，Pt) Al外涂层相中。除了 Hf对TBC剥落寿命的影响外，还已经报告了反应性元素(Hf、Y、La、Ce、Er)对Ni基材料氧化过程有益影响的不同解释。但在CVD中，在叠层之上，或叠层涂覆环境中，也难以达到以显著的水平向β (Ni，Pt)Al相中添加。因此，本发明的实施方案是改进的CVD过程，该过程通过形成Hf2Pt3Nix亚稳的(过渡)μ相，产生了纳入 β (Ni，Pt)Al外涂层相中大量Hf (和/或&)。在这种情况下，Nix是Ni加合金系统中可能的其它元素以提供在β (Ni，Pt)Al相中三元、四元或更高元的合金。例如，对于Nix，当仅有 Ni存在时χ可为5，并且当亚稳相包括在合金系统中在β (Ni, Pt) Al涂层相中存在的其它合金化元素时χ小于5 (例如Ni5_x，其中χ是以原子％计在相中存在的其它合金化元素。)。 当采用Pd镀覆代替P t镀覆时，另一个实施方案提供了改进的CVD过程，该过程通过形成 HfPdNix亚稳三元或更高元的μ相，产生了纳入β (Ni，Pd)Al涂层相中的大量Hf (和/或 &)，其中，当仅有Ni存在时χ可为4，并且当三元或更高元相包括在合金系统中在β (Ni， Pd) Al涂层相中存在的其它合金化元素时χ小于4(例如Ni4_y，其中y是以原子％计在相中存在的其它合金化元素。)。根据本发明的Pt-Al-X粘接涂层的一个实施方案是独特的，在于粘接涂层包括外涂层表面，其中Pt含量是约2-约16原子％，优选约10-约16原子％，并且其中Al含量是约31-约40原子％，优选约35-约40原子％并具有约25-约45微米的涂层总厚度，典型地约30-约40微米，其中涂层总厚度包括涂层影响区、扩散区和添加的β (Ni, Pt)Al区。该实施方案在涂层显微组织中可以没有上述μ相存在，结果涂层经受随后更长时间的镀铝循环例如大于120分钟，或镀铝后热暴露，引起亚稳相溶解。根据本发明的Pt-Al-X粘接涂层的另一个实施方案是独特的，在于粘接涂层在涂层的中间区域(例如在沉积态的涂层厚度的中间40-60%内)包括μ相，该区域被认为是在CVD镀铝/镀铪之前镀覆Pt的位置。对于从CVD涂层气体环境中吸收Hf/Zr以及 β (Ni，Pt) Al相在固溶体中容纳显著水平的Hf和/或^ 的能力，Pt的存在是重要的。根据本发明的粘接涂层能将TBC剥落寿命增加到商业生产的MDC-150L涂层(参见美国专利 5，788，823)的至少2乂0倍)并且潜在地是3Χ。为了说明的目的并且不限于此，本发明可采用与商业生产的MDC-150L涂层(美国专利6，793，966，不带气体入口预热器52)相同的基本处理设备实施。本发明的方法实施方案的实施涉及在A 1之前沉积Hf从而在Al沉积之前富集Pt的表面充有Hf，这可改善Hf沉积的均勻性并且在本发明的实施中允许使用其它的涂覆气体分配管路。而且，本发明的另一个方法实施方案预计采用CVD Hf涂覆气体发生器并且涂覆温度设定为低于叠层上方的活化器反应温度以使富集Pt的表面充有Hf，然后升高涂覆温度至高于活化器的反应温度以开始镀铝。对一系列相图的检查提供对本发明概念的理解。图1 (a)和图1 (b)显示了公开的 Pd-Hf 和 Pt-Zr 二元合金系统的相图{参见Binary Alloy Phase Diagram 2nd Edition, ASM International, 1990}。图2显示了 Pt-Hf 二元合金系统的公开信息。根据它们在元素周期表中的位置，在它们各自的列中Pd在Pt上方，并且ττ在Hf上方，这些相应的元素对具有相似的性能。图1(a)显示在1080C(摄氏度)下，Pd在固溶体中能容纳大于20at. % 的Hf。相似地，图1 (b)显示Pt在固溶体中能容纳大于20at. %的&。Pt-Hf的有限数据表明在固溶体中，在HfPt4的存在下，Pt能容纳最多IOat. %。图1的相图没有显示HfPd4 或Hf^r4相。因此，在相稳定性信息与Hf在Pt中的最大固溶度之间没有完全一致。然而， 数据表明具有至少IOat. %的固溶度，其在制备粘接涂层形成和TBC应用中对于提供粘接涂层表面的Hf/ 掺杂绰绰有余。在(Ni，Pt) Al粘接涂层中Hf掺杂至0.05^-1%能足以改善TBC剥落寿命。本发明用HfAr在Pt中的高溶解度使合金表面(基材)充有Hf/Zr。通过对Ni 基合金基材镀覆Pt，基材表面非常富集Pt，并且为Hf/Zr以高掺杂剂水平引入富集Pt的表面提供机会。为了证明这一点，仅用HfCl4涂覆气体进行了化学气相沉积实验。该实验向可商购单晶Ni基超合金(CMSX-4 ) 1英寸直径X0.125英寸厚试样施加10mg/cm2Pt (美国专利5，788，823)。将试样悬挂在CVD反应器中(与美国专利6，793，966 相似，但无气体入口预热器5 。使CVD反应器在H2/12. 7体积％ Ar在200乇下热升温至 1080C。在升温过程中，Pt镀层和N i超合金开始相互扩散。一旦反应器达到1080C，将HCl 气引入Hf发生器中(美国专利6，四1，014 ;6，793，966以及6，689，422)以在涂覆蒸馏罐中产生H2/12. 6体积％ Ar/0. 14体积％ HfCl4的涂覆气体混合物。涂覆循环的Hf沉积部分保持恒定25分钟。然后使蒸馏罐冷却并取出样品用于检测。图3a显示了扫描电子显微镜背散射图像，并且图北显示了所得涂层的组成分布。 通过近表面的强亮度，高原子数富集层的形成是清楚的。图3(b)的组成分布确认了表面富集Hf，并且Hf2Pt3Nix μ相在任何镀铝处理之前都是存在的。在这种情况下，Nix是镍加可能的其它基材元素。在这种情况下，在μ相中的其它基材元素为Co、Ta、Cr和Al。当合计时，它们占相的约6.5原子％。第2个实验采用与上面描述的相同过程进行，但不同的是，使仅Hf部分增加至45 分钟并且HfCl4增加至0. 16体积％以及Ar至15. 0体积％，还有在45分钟后添加AlCl3部分。对于210分钟的总涂覆循环，HfCl4和AlCl3组合的气体混合物多流动165分钟。组合的涂覆气体混合物包含H2/13. 6体积％ Ar/0. 15体积％ HfCl4,以及0. 8体积％ AlCl30图 4a和4b显示了从该过程产生的涂层和Hf及Pt组成分布。随着向外类型扩散铝化物处理的添加层的额外形成，β (Ni，Pt)Al涂层相已在μ相上方形成。Ni和Pt必须能传输通过 μ相并与AlCl3反应以形成β相。μ相也具有改变的形状。图3a中μ相(邻接Ni镀层)的不规则的外表面在图如中是平滑的。在图3a中μ相平滑的内表面在图如中是不规则的。图3a中连续的μ相在图如中具有缝隙。这些变化表明图3a μ相中的Ni、Pt、 和Hf正在扩散。随着添加层的形成，外表面溶解并变得平整。内表面以不规则的形式向扩散区生长。如果局部化学条件正确，μ相溶解以形成缝隙。实验3和4采用与实验2相同的过程进行，但不同的是，一旦蒸馏罐处于1080C， 同时激活Hf和Al涂覆气体并使涂覆气体改变为对实验3的H2/12. 6vol. % Ar/0. 2vol. % AICI3/O. 14vol. % HfCl4 以及对实验 4 的 Η2/12· 6vol. % Ar/0. 4vol. % AlCl3/0. 14vol. % HfCl40对两个实验总涂覆时间都保持在210分钟。除了镀Pt的试样，还将没有镀覆Pt的试样添加到实验4中以理解在这样过程中Pt在表面处的重要性。图5和6显示来自这些过程的涂覆结果。镀覆Pt的样品具有与实验2相似的特性，而没有镀覆Pt的样品没有μ 相。也注意到通常的趋势在于，随着涂覆气体的AlCl3含量增加，观察到的μ相更少。 在实验2中，最初仅可获得Hf并在显微组织中易于观察到μ相。随着在实验3和4中Al 可获得性的增加，其就与Pt改性的表面的反应与Hf竞争，并观察到更少的μ相。将实验3和4剩余的样品在2050F(华氏度)下于真空中热处理2小时。图7说明了最初的μ相如何被该热处理所改变，表明μ相是亚稳的并且随着时间在一定温度下将溶解。实验3的明亮的μ相在热处理之后减小为更少量μ相的假象。在实验4样品中的最少量μ相完全溶解。显示μ相亚稳属性的第五个实验采用与实验4相同的参数进行，但不同的是使 AlCl3增加至0. 8vol. %并且涂覆时间延长至420分钟。如图8所示，更高的涂覆气体AlCl3 含量和更长的涂覆时间将μ相的量降低至不可分辨的点。本发明的目标是提供向(Ni，Pt)Al粘接涂层中添加Hf (和/或Zr)的方法。特别地，粘接涂层的添加层的Hf富集形成热生长的氧化物，使热屏障涂层锚定在该氧化物上。 三元Ni-Al-Hf系统的工作表明Hf在Ni-Al β相中具有非常低的溶解度。然而，在Ni超合金上与来自超合金的其它元素形成的涂层允许细微的溶解度变化。此外，贫铝，β-NiAl是较多缺陷的晶体结构，该结构允许其它元素的较高溶解度。图9显示实验3中所制备的样品的一组点分析。将这些点分为3组。外侧的点在μ相上方的β (Ni，Pt)Al涂层区域中， 并且内侧的点在μ相下方的β (Ni，Pt)Al涂层区域。内侧和外侧β (Ni，Pt)Al涂层区域的Hf含量为约0. 5-约1. O原子％。具有上面的通过μ相使富Pt的表面充有Hf的能力，本发明的最终益处是改善 TBC的剥落寿命。为了证明这点，基线涂覆处理(MDC-150L)和实验6的三个变体制备了 156 个粘接涂覆的剥落试验试样。实验6的三个变体采用与实验5相同的涂覆循环参数，但涂覆气体时间除外。实验6Α用120分钟，6Β用210分钟，并且6C与实验5相同用420分钟。 为了显示镀覆Pt对充Hf的重要性，实验6Α、6Β和6C具有没有镀覆Pt的4个试样。为了使来自TBC沉积处理的试验偏差最小化，试样为在每一个TBC涂覆循环中用来自所有四个粘接涂层处理的试样在一系列作业(rims)中涂覆的TBC。根据美国专利5，716，720中描述的处理施加了包含氧化钇稳定的氧化锆的TBC(热屏障涂层)。下面列出的表3是对6个实验(exp.)的实验处理参数的总结。循环试验在竖直安装的Lindberg Tube Furnaces中采用悬挂的样品树(sample tree)进行，其使样品下降至炉中持续暴露的时间且然后提升它们以便冷却至接近室温。 试验循环为在炉中50分钟并且冷却10分钟。试验温度是2075华氏度。每个试验装置具有自动化控制器用于顺时针进行试验。在试验开始之前并且在炉工作期间，测量炉温为 2075F+10F。每个试验进行20个循环，并且在对于附加的20个循环重新设定计数器前允许冷却。在4小时保持期间，检查样品的失效。在100个循环后，样品从试验装置取下并保持4 小时的保持时间并检查失效。在每种情况下，失效定义为试样的20%的面具有TBC剥落。上面的描述有4个试验装置。每个样品树容纳40个试样。由于一次仅能试验40 个，当失效的试样从该试验取出时添加另外的试样。图10显示了四个粘接涂层的TBC剥落试验的结果。该图是Weibull图，其中y轴是根据下式的累计％失效失效=(R-0.3) / (N+0. 4) *100R =失效级别(1，2，3，4，......)N=失效总数χ轴是对于相应失效级别的失效时的循环剥落次数。设置的每个数据具有特征寿命，其是在63. 2%的累计％失效，和形状参数，其是设定数据的斜率。对于TBC剥落寿命，延长的特征寿命和/或增加的斜率是期望的品质。从下面所列的图10和表2清楚的是，所有实验6的3个变体显示出对商业生产的 MDC-150L基线(901个循环)的显著改善。更长时间的实验6C显示了具有2035个循环的特征寿命的最少改善，而更短时间的实验6A和6B分别显示沈43和沈74的特征寿命。实验6变体的斜率不如MDC-150L基线的陡，更长的6C实验具有最差的斜率。粘接涂覆时间对TBC剥落寿命的影响或许通过Hf的损失解释，Hf的损失是因为更多的Hf扩散入超合金中并远离TBC/TG0界面，尽管申请人不愿或不意图被任何关于此的理论或解释束缚。似乎是获得最大TBC剥落寿命具有优化涂覆时间。表2包括来自实验6A、6B和6C的数据，其中没有将Pt镀覆层施加到样品的子集合(subset)中。该数据清楚地显示了这些样品表现得低于基线MDC-150L特征寿命，从而强化了对于富集Pt的表面在粘接涂层中溶解和保持的需要。上面的实施例显示了如何操作CVD处理参数可影响Hf在粘接涂层中的浓度和分布并且因而影响TBC剥落寿命。该CVD处理操作法给出相对于叠层或叠层之上的涂覆处理的额外自由度，其中所有的组分必须同时引入涂覆环境中。CVD处理允许控制何时每种气体物质在涂覆环境中以及持续多长时间。上面的实验代表了这些可能性的取样并且不将本发明限制到仅在上面提到的。本发明的另一个实施方案涉及形成如上所述的粘接涂层，然而在镀铝前采用更少量施加的Pt (或Pd)电镀层。例如，本发明的上述实施方案采用在样品表面上具有IOmg/ cm2Pt的最初Pt电镀层。下面的实施例采用不同的更少量的Pt层；S卩，无Pt、ang/cm2Pt层、4mg/cm2Pt层、6mg/cm2Pt层、和8mg/cm2Pt层。然后将这些样品加上lOmg/cm2的更早标准根据上面描述的实验6B进行镀铝以形成在镀覆Pt的基材上的粘接涂层。参考图11，提供了显示在TBC样品(如上面所描述的)的循环氧化试验(1135C) 中剥落寿命的柱状图，所述TBC样品具有在粘接涂层(镀铝+镀铪)之前用电镀在样品上的不同表面量的Pt层制备的粘接涂层。将指定为0Pt、2Pt、4Pt、6Pt、8Pt的样品与指定为 IOPt和IOP t MDC-150L的相似样品对比。灰色的柱为用Exp. 6B参数(镀铝+镀铪)粘接涂覆的，而黑柱，基线MDC-150L，涂层为根据生产实践镀铝的。注意，3个样品在试验中在该点没有失效。图11表明，随着在样品表面上的Pt电镀层的量从0mg/cm2Pt增加到10mg/cm2Pt， 与基线TBC涂覆的MDC-150L样品的平均剥落寿命相比显著改善了平均剥落寿命。而且，图 11表明可采用更少量的Pt电镀层并且提供的剥落寿命仍然等于或好于由代表商业生产涂层的TBC-涂覆的MDC-150L样品所提供的剥落寿命。该实施方案允许采用的Pt (或Pd)的量降低，这是因为涂层中以对于获得基本上等于MDC-150L商业涂层的抗氧化性有效的量存在的Hf和/或&。在制备粘接涂层时可采用具有降低Pt层量的该实施方案，并因而获得在制备粘接涂层的材料成本方面的显著降低，其中粘接涂层在循环氧化试验中将提供与 MDC-150L商业涂层一样好或更好的TBC剥落寿命。
权利要求
1.铝化物涂层，包括X-Pt/Pd-Ni相，其中该相包含X，其是Hf和/或^ ，Pt/Pd中的一种或两种、和Ni、且其中X-Pt/Pd-Ni相存在于涂层的β (Ni, Pt)Al相中。
2.权利要求1的涂层，其中在涂层的沉积态条件下存在并可观察到X-Pt/Pd-M相。
3.权利要求1的涂层，其中在粘接涂层的CVD沉积态条件下存在并可观察到该相。
4.权利要求1的涂层，其中该相包含APt3Nix，其中χ是5或更小。
5.权利要求1的涂层，其中该相包含XPdNix，其中χ是4或更小。
6.权利要求4的涂层，跨涂层厚度区域具有约18原子％的Pt浓度，该区域从一侧到另一侧跨过APt3Nix相。
7.权利要求6的涂层，在从一侧到另一侧跨过APt3Nij^H的相同厚度的区域，具有约 31-约40原子％的Al浓度。
8.权利要求7的涂层，在从一侧到另一侧跨过APt3Nij^H的相同厚度的区域，具有约 35-约40原子％的Al浓度。
9.权利要求4的涂层，跨相同厚度区域具有约0.25-1. 0原子％的Hf浓度，该区域从一侧到另一侧跨过APt3Nix相。
10.权利要求9的涂层，其中Hf为约0.5-约1.0原子％。
11.Pt-Al-X铝化物涂层，其中X是Hf和/或Zr，并且包括外涂层表面，其中Pt含量为约2-约16原子％，且其中Al含量为约31-约40原子％，并存在Hf和/或Zr，并具有约 25-约45微米的涂层厚度，其中总涂层厚度包括扩散区和添加区。
12.权利要求11的涂层，其中总涂层厚度为约30-约40微米。
13.权利要求11的涂层，其中Pt含量为约10-约16原子％。
14.权利要求11的涂层，其中Al含量为约35-约40原子％。
15.权利要求11的涂层，在靠近外涂层表面处包括0.25-1. 0原子％ Hf和/或&。
16.权利要求15的涂层，其中Hf为约0.5-约1.0原子％。
17.—种包括在合金基材的表面区域之上或之内引入中间元素的方法，该合金基材对另一合金化元素具有低溶解度，随后通过在沉积条件下在中间元素中引入所述另一合金化元素以形成基材的表面区域，该基材表面区域富集所述中间元素和所述另一元素。
18.权利要求17的方法，其中该中间元素包含Pt或Pd或两者。
19.权利要求17的方法，其中以约ang/cm2-约8mg/cm2的量提供Pt。
20.权利要求17的方法，其中所述另一种合金化元素包含Hf或ττ或两者。
21.权利要求17的方法，其中利用化学气相沉积条件在中间元素中引入所述另一合金化元素。
22.在基材表面区域上制备铝化物涂层的方法，包括在基材的表面区域之上或之内沉积中间元素作为层，该基材对另一合金化元素具有低溶解度，在沉积条件下在所述层上沉积所述另一种合金化元素以在表面区域之上或之内形成相，该相包括所述中间元素和所述另一元素，在形成扩散铝化物涂层的条件下将该基材镀铝。
23.权利要求22的方法，其中该中间元素包含Pt、Pd或两者，作为在表面区域上的层。
24.权利要求23的方法，其中以约ang/cm2-约8mg/cm2的量沉积Pt。
25.权利要求22的方法，其中所述另一合金化元素包含Hf、^ 或两者。
26.权利要求22的方法，其中所述另一合金化元素与铝共沉积在表面区域上。
27.权利要求22的方法，其中将所述另一合金化元素沉积在表面区域上，随后单独或与所述另一合金化元素一起沉积铝。
28.权利要求22的方法，其中利用化学气相沉积条件在所述层上沉积所述另一合金化元素以形成所述相。
29.权利要求22的方法，其中该相包含Pt和/或PcUHf和/或&和Ni。
30.权利要求四的方法，其中该相包含APt3Nix，其中χ是5或更小。
31.权利要求22的方法，其中以约ang/cm2-约8mg/cm2Pt的量将Pt沉积在表面区域上。
32.权利要求31的方法，其中以约％ig/cm2-约6mg/cm2Pt的量将Pt沉积在表面区域上。
33.权利要求22的方法，包括一段时间后中止镀铝从而在涂层显微组织中保持该相。
34.权利要求22的方法，包括连续镀铝一段时间，在这段时间该相从涂层显微组织中消失。
35.在基材表面区域上制备铝化物涂层的方法，包括在基材的表面区域上沉积Pt和/ 或Pd作为层，在形成包含Pt和/或Pd、Hf和/或ττ和Ni的相的条件下在所述层上或所述层内沉积Hf和/或Zr，并通过化学气相沉积镀铝以形成铝化物涂层。
36.权利要求35的方法，其中以约ang/cm2-约8mg/cm2Pt的量将Pt沉积在表面区域上。
37.权利要求36的方法，其中以约％ig/cm2-约6mg/cm2Pt的量将Pt沉积在表面区域上。
38.权利要求35的方法，包括在一段时间后中止镀铝从而在涂层显微组织中保持该相。
39.权利要求35的方法，包括连续镀铝一段时间，在这段时间该相从涂层显微组织中消失。
全文摘要
提供了Pt-Al-Hf/Zr铝化物涂层，该涂层可用作TBC的粘接涂层并改善在高温下使用的TBC剥落寿命。该铝化物涂层可包括亚稳三元或更高元X-Pt/Pd-Ni相，其中该相和合金系统中的其它元素存在于涂层的NiAlβ相中。该亚稳相在粘接涂层的沉积态条件下可存在并可观察到；例如在粘接涂层的CVD沉积态条件下。
文档编号C23C16/00GK102292465SQ201080005405
公开日2011年12月21日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月20日
发明者K·S·莫菲 申请人:豪梅特公司