[发明专利]形成铬扩散部分的方法和由此制备的制品

说明书

美国政府利益

本发明是根据由美国能源部授予的编号为DE-FC26-05NT42643的合约在政府支持下作出的。在本发明中政府具有一定的权利。

技术领域

本发明涉及一种形成铬扩散部分的方法和由此制备的制品。

背景技术

当暴露于高温(例如，大于或等于约1300℃)和氧化环境时，金属可氧化、腐蚀和变脆。这些环境是由如用于发电系统的涡轮中产生的。当施加于金属涡轮部件时，金属涂层例如通过热喷涂技术能够减小高温以及腐蚀和氧化环境对金属部件的影响。

热喷涂方法体系包括爆炸喷枪沉积(detonation gun deposition)、高速氧-燃料沉积(HVOF，high velocity oxy-fuel deposition)和它的变体如高速空气-燃料，等离子喷涂(high velocity air-fuel，plasma spray)、火焰喷涂(flame spray)、和电线弧喷涂(electric wire arc spray)。在大部分热涂敷方法中，材料被加热到接近或稍微高于它的熔点并且该材料的熔滴(droplet)在气体物流中加速。将所述熔滴引向待涂敷的基体的表面，在此它们粘附并且流入薄层状的被称为薄板(splats)的粒子中。

热喷涂方法已经被用于沉积分层的涂层多年。这些涂层由不同成分和性能的不连续的层组成。例如，涂层可能是一种简单的双涂层，该双涂层由紧邻基体的、如镍-铬的金属合金层和其上的锆层组成。

当MCrAlY涂层被用于整体气化联合循环(IGCC)系统——采用一种使用煤发电的方法的新型系统——时，目前存在着问题。该方法比其他的使用煤来发电的方法更加清洁和经济有效。该方法包括处理煤和将煤重整为气体混合物，该混合物包括氢气(H₂)、一氧化碳(CO)和碳微粒。这种气体混合物和氧气在涡轮中燃烧来发电。然而，碳微粒与被涂敷过的涡轮部件碰撞，并且腐蚀部件和/或涂层，从而缩短部件的有效工作寿命。

另一个涡轮部件问题在于，它们还由于环境的侵袭而经受过早失效，特别是在燃气涡轮发动机的热气通道中更是如此。

因此，存在对于例如涡轮部件的制品的需要，所述制品对于苛刻的环境，如在燃气涡轮中的环境具有提高的抵抗力。

发明内容

本文公开了用于在制品中形成铬(chromide)扩散部分的方法和由此制备的制品。在一个实施方案中，一种用于形成带有扩散部分的制品的方法包括：形成包括铬(chromium)和硅的浆料，将浆料涂敷于制品，并加热制品到足够的温度并达足够的时间段以使铬和硅扩散到制品中并且形成包括硅和包括α-铬的微观结构的扩散部分。

在一个实施方案中，燃气涡轮部件包括：超级合金(superalloy)和扩散部分，所述扩散部分具有从超级合金表面到燃气涡轮部件中所测量的小于或等于60μm的深度。扩散部分具有扩散表面，该表面具有包括大于或等于40体积％的α-铬的微观结构。

在一个实施方案中，一种制品包括：包括扩散部分的超级合金制品。扩散部分具有25％深度的扩散部分，如从深度部分的表面到制品的中心所测量的，包括小于或等于5wt％的硅，基于所述25％深度的总重量，并且具有包括大于或等于50体积％的α-铬的微观结构。

上述及其它的特征由以下具体实施方式和所附权利要求来举例说明。

具体实施方式

制品(例如，涡轮部件，并且尤其是包括超级合金如镍(Ni)和/或钴(Co)基合金(如超级合金)的部件)的增强的高温保护可通过高纯度铬(chromide)扩散部分来获得。例如，可把铬-硅浆料涂敷于制品。浆料可包括铬、硅、活化剂及载体。浆料中的铬和硅是高纯度材料，例如，铬可以是具有纯度大于或等于约95重量百分比(wt％)(或者，更特别地，大于或等于98.5wt％，以及，甚至更特别地，大于或等于约99wt％)的铬的铬粉末。同样，硅可以是具有纯度大于或等于约95wt％(例如，更特别地，大于或等于97.5wt％，以及，甚至更特别地，大于或等于约99wt％)的硅的硅粉。