[其他]在金属制件上制备硅扩散涂层的方法

说明书

本发明涉及在金属表面上制备扩散涂层的方法，特别是涉及制备硅扩散涂层的方法。

在先有技术中，已经知道，一个需要暴露在高温下的反应性气氛中的制件，可以先把它转变成比母体物质具有更大惰性的制件，其方法是在该金属制件上需要暴露于反应性气氛中和/或高温下的表面上沉积上金属硅或氧化物的涂层。从实际看来，由于二氧化硅具有很高的熔点，并且在很多常见的气氛系统中不发生反应以及它的催化活性很小，因此制备这样的涂层是十分希望的。由于二氧化硅的催化活性很小，这个事实的重大价值在于，可把它用作使烃类蒸汽裂解以制造乙烯的工艺设备。由于在这类反应器中的暴露的金属表面上涂覆上一层硅氧化物，因而可把能引起碳沉积在热交换管上的副反应减小到最低限度。

有很多的方法已为众所周知，并且可用来在金属上制备一种渗硅的表面，它既可用来制备一种富硅的涂层，也可用来制备一种二氧化硅涂层。这些方法是：

1.熔融金属或盐浴处理;

2.密封渗镀处理，通过装填的固体与气体发生反应，使就地产生一种挥发性硅的化合物，这样可把硅转移入金属之中;

3.浆液/烧结处理，其方法是把含硅粉末的浆液涂覆到金属上，然后干燥并烧结，以制备一种硅的涂层。在此类方法中，二氧化硅涂层的制备是把二氧化硅固体（例如用它的溶胶或溶胶凝胶）沉积上去并进行烧结;

4.通过一种气体的或挥发性的硅化合物进行硅的化学蒸汽沉积;

5.通过一种气体的硅源和一种含氧源进行二氧化硅的化学蒸汽沉积;

6.用热喷涂法把熔融的雾化的含硅物质喷到金属基体上;

7.硅的离子注入处理;

8.硅或氧化硅的物理蒸汽沉积。

硅的化学蒸汽沉积是一种最为满意的方法，其理由很多，包括这样一些因素，例如可在基体上产生均匀的涂层，使用的温度较低并可任选地制备硅的扩散涂层，处理后只需极少的零件清洗工作，不需要高真空，以及还由于这样的事实，即零件适合于连续处理，表面的清洗及最终处理皆易于进行。特别是，硅烷（SiH₄）是一种很有吸引力的硅源，因为它是一种仅含有氢及硅的气体，这就避免了由其它气体物质或能使硅样品气化的物质所引起的问题例如象工艺设备的腐蚀、或由卤化物及其它反应引起的基体的挥发等，这些作用都会阻止生成扩散涂层，如碳沉积层及二氧化硅涂层等。

该方法包括用一种硅的卤化物如SiCl₄，Si₂Cl₆等等与氢气在待涂覆制件的表面上发生反应，总的反应结果是生成了金属硅和氯化氢。在此方法中，置于1000℃（1832°F）以上温度下的硅容易扩散进入基体金属之中，形成固体溶液及金属间化合物。这些扩散涂层特别令人满意，因为在扩散涂层下面的基体及其表面的硅层之间，不管在组成上或在机械性质上都不存在突变的不连续性。但是，基于卤素的方法具有很多缺点，这都与氯化氢及其它卤素衍生物的反应性及腐蚀性有关系。例如，在反应中可能生成的氯化铁是挥发性的，并因此引起的材料损失和/或基体上组分的改变将是严重的。