[发明专利]涂布的基材

说明书

一种涂布的基材，包括金属或金属合金诸如高速钢、TiAl基合金或Ni基合金或导电陶瓷材料，其中所述涂层包含硬质材料保护涂层，所述硬质材料保护涂层包含不同组合物的交替层，其中所述交替层的第一组合物包含硅Si，和/或所述交替层的第二组合物包含硼B。

技术领域

本公开涉及涂布的基材，特别是用于改善燃气涡轮机翼的耐氧化性的涂层。

背景技术

铝化钛机翼，诸如在燃气涡轮发动机中发现的那些，在高温环境中操作，该高温环境促进氧化和腐蚀。这不利于零件的完整性。为了减轻这种氧化和腐蚀，已经提出了涂层系统。在这些系统中，可以通过物理气相沉积(PVD)方法将涂层施加到要保护的零件上。

然而，这种涂层本身可能由于其脆性而降低了系统的完整性，或者可能仅提供有限的能力来承受腐蚀性物质向下面基材中的扩散。在发现基材的过度氧化之前，通常涂层仅具有有限的温度耐久性。此外，已观察到在暴露于高温期间发生表面开裂。

因此，仍存在如何提供能够提供有效的氧化保护同时还能承受高温环境的物理严酷性的基材涂层的问题。

高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)是一种已知的PVD技术—例如GB 2,450,950考虑了用于机器工具的HIPIMS涂层。它提出将HIPIMS结合到涂层提供中的技术，诸如由Lembke等人在Significance of Y and Cr in TiAIN hard coatings for dry high speedcutting (Y和Cr在用于干法高速切割的TiAIN硬涂层中的重要性), SurfaceEngineering 17(2) 153-158页 (2001)中提出的那些，其中使用电弧放电将涂层材料Cr植入到界面中。它提到在P. Eh. Hovsepian, C. Reinhard和A.P. Ehiasarian在Surfaceand Coatings Technology 201 (2006) 4105-4110页中题为“CrAlYN/CrN superlatticecoatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering/unbalanced magnetron sputtering technique (通过组合的高功率脉冲磁控溅射/不平衡磁控溅射技术沉积的CrAlYN/CrN超晶格涂层)”的论文中给出的HIPIMS技术。该篇参考文献描述了在清洗/蚀刻处理的意义上通过用由HIPIMS技术生成的Cr离子轰击金属基材来预处理该基材，等等。GB2,450,950继续使用HIPIMS技术在基材上提供HIPIMS超晶格结构。

发明内容

本发明人已经确定，使用HIPIMS涂布机翼可以比供选的PVD工艺更有利。与供选的PVD工艺相比，HIPIMS可以生产更高密度的涂层。所实现的较高密度使涂层中的柱间孔隙率最小化，这是腐蚀性物质从环境中传输穿过涂层并侵蚀基材的途径。此外，HIPIMS可用于提供涂层结构，该涂层结构由多个层组成，所述多个层通过多个界面提供对氧化和腐蚀性物质的有效屏障并且改善涂层韧性。特别是，通过HIPIMS产生的多层界面非常清晰和平坦。这使得它们由于有限的原子失配而特别有效地作为扩散的屏障。

发明人还已经确定了有效的涂层的特定组合物。通过选择用于涂层的特定元素，可以控制涂层以a)形成抑制进一步氧化和腐蚀的致密氧化物皮，和b)稳定该氧化物皮，以防止其剥落和暴露未反应的涂层或基材。认为现有技术涂层中的裂缝是由于由涂层和基材的热膨胀系数的差异而施加在涂层上的拉伸应力。该裂缝产生疲劳缺陷并降低涂层抑制进一步的氧化和腐蚀的有效性。发明人已经确定了可以至少部分地缓解这些问题的特定组合物。