CN101348893A - 喷气式发动机叶片蛇形冷却通道的渗铝方法 - Google Patents

Abstract

在此公开的是一种用于金属基片内部通道渗铝的方法，包括喷射砂浆组合物进入所述内部通道，所述砂浆组合物包括含铝粉剂、选自硅胶、有机树脂及其组合的粘合剂；供给压缩空气到内部的通道以促进砂浆组合物在整个内部通道均匀分布；以及，在足以从组合物中去除挥发性组分的条件下热处理所述砂浆组合物，并且促使铝分散进入内部通道的表面。

Description

喷气式发动机叶片蛇形冷却通道的渗铝方法

技术领域

本发明总的说来涉及一种金属防护的涂层系统。更确切的，涉及一种砂浆涂覆组合物用于提供铝富集到金属基片的表面区域。

背景技术

在涡轮发动机中，基片往往由高温合金制成，该合金含有钴或镍。所述的术语“高温合金”是指多元合金，其含有钴或镍，并包含一种或多种其他元素例如铝、钨、钼、钛和铁。铝成分给合金带来耐环境性能，同时增强它们的沉淀加强性质。

高温合金的基片经常涂覆有金属保护涂层。一个金属保护涂层的例子是铝化物材料，例如铝化镍或铝化铂镍。

如果上述的高温合金暴露在氧化气氛中较长一段时间，它们会耗尽铝，一种在高温合金基片中增加铝含量的方法有时被称作“镀铝”(″aluminiding″)或“渗铝”(″aluminizing″)。铝引入到基片中可以有很多方法。在“固体粉末镀铝”(pack aluminiding)工艺中，基片浸入含有涂层元素源、填充材料和一种卤素活化剂的混合物(或充填物)中。在高温下，例如约700-约750摄氏度下，混合物内部反应生成富铝的蒸汽，在基片表面冷凝。在随后的热处理中，铝基材料的冷凝物渗进基质中。在另外的方法中，铝涂层由高温化学气相淀积，或者其他的气相方法实施。这些方法使用高温来气化铝。此外，铝被沉积在所有暴露面上。制品中不希望被涂覆的部分被耐高温的屏蔽材料所保护。由于气相方法昂贵而且耗时，因此屏蔽过程是耗时的。

内部通道通常存在于燃气轮机部件中，作为冷却空气的通道。当燃气轮机的温度升高时，所述冷却通道的几何形状逐渐变得曲折和复杂。然而，需要内部渗铝的零件由气相渗铝工艺处理，因此变得非常昂贵。

因此希望使用一种可容易且经济地获得的涂覆层，并可进一步适用于所选择制品的表面。进一步希望有一种组合物和方法用于促进部冷却通道的渗铝，而不需要气相渗铝过程。

发明内容

本发明公开一种用于金属基片内部通道渗铝的方法，包括：喷射砂浆组合物进入内部通道，该组合物包括含铝粉末和粘合剂，所述的粘合剂选自硅胶、有机树脂及其组合；供给压缩空气进入内部通道，用于促进砂浆组合物在内部通道的分布；并且在足以除去其中的挥发组分的条件下加热砂浆组合物，以促使铝渗进内部通道的表面。

附图说明

图1描述一种金属基片内部通道渗铝的示例性实施方案，和

图2描述一种拥有基本上均匀厚度涂层的内部通道

具体实施方式

应当注意，在这里使用的术语“第一”、“第二”等等，并不表示顺序、量或者重要性，而是用于区别一个因素于其他。术语“一个”或“一种”并不表示一个受限制的数量，而是表示存在至少一个所述的项目，修饰语“大约”用于连接特定数量，其意义通过上下文确定(例如包括特定数值的测量误差)，应当注意的是本说明书披露的所有范围是包含性的，是可独立结合的。术语“和/或”用在这里表示“或者”或“两者都”。例如，如果表述A和/或B可被使用，则它表示使用A、B或者A和B两者。

在这里公开的是一种方法，用于在制品的内表面上制造铝化物涂层，例如在一制品的空穴或者通道的内表面。在一具体实施方式中，该方法用于在喷气式发动机叶片的蛇状的冷却通道的内表面制造铝化物涂层。该方法包括制备砂浆；喷射该砂浆进入制品的通道，利用流动的压缩空气喷吹该注入的砂浆，搅拌该已经注入砂浆的制品，去掉多余的砂浆，加热，固化，并真空干燥该砂浆。更具体的，该方法进一步地包含从所述的内部通道中去掉过剩材料。通过控制该砂浆的粘度和加工条件，制备得到基本等厚度的残留砂浆涂层。

该砂浆组合物包括含铝粉末(例如铝粉或者铝硅合金粉末)、粘合剂和任选的稳定剂。在一实施方式中，该砂浆组合物进一步地包含惰性有机可热解增稠剂颗粒，用于改进该砂浆成分的粘度。制造该砂浆组合物以便用压缩空气流使它可控制地分步，从而提供一个等厚度的残留涂层。

在一实施方式中，该砂浆组合物包含铝粉或者铝硅合金粉末和粘合剂例如硅胶。在另一个具体实方式中，该砂浆组合物包含铝粉或者铝硅合金粉末、粘合剂例如硅胶、以及有机稳定剂例如甘油。

这儿所指的含铝粉末是指铝粉或铝硅合金粉末。在一个具体实施方式中，所述含铝粉末是铝硅合金共晶粉末。该含铝粉末具有大约0.5微米至大约200微米的通过测量所述颗粒的最长晶轴的平均粒度。特别是，所述含铝粉末具有大约5微米至大约100微米的通过测量所述颗粒的最长晶轴的平均粒度。更特别地，该含铝粉末具有大约10微米至大约50微米的通过测量所述颗粒的最长晶轴地平均粒度。在一个具体实施方式中，所述含铝粉末含量以重量计为所述整个组合物的大约10％至大约90％。特别地，所述含铝粉末含量以重量计为大约20％至大约80％。更特别地，所述含铝粉末含量以重量计为大约30％至大约70％。

所述砂浆涂层组合物更进一步包括一种含铝粉末。该粉末作为所述基片的铝源。所述含铝粉末包括各种形状的铝颗粒，例如球状的、中空的、多孔的、杆状的、板状的、薄片状的、纤维状的、或不规则形状的，同时包括无定形的铝颗粒，或包括至少一种上述形状的组合。在一个具体实施方式中，所述含铝粉末包括球状的铝颗粒。在另一个具体实施方式，所述含铝粉末是线状的，例如线网形。所述含铝粉末可以从一些商业途径获得的，例如加利福尼亚州斯托克顿的Valimet公司。

所述含铝粉末的颗粒可以是不同的尺寸大小的。粉末颗粒的尺寸大小取决于不同的因素，例如基片的类型、砂浆供给到基片上的技术、所述砂浆中其他组分的性质和这些组分的相对含量。所述粉粒具有大约0.5微米至大约200微米的通过测量颗粒晶轴的最长值的平均粒度。特别地，所述粉粒具有大约5微米至大约100微米的通过测量所述颗粒的最长晶轴的平均粒度。更特别地，所述平均粒度为大约10微米至大约50微米其通过测量所述颗粒的最长晶轴得到。该粉粒是通过适当技术生产的，例如一种气体雾化工艺或一种旋转电极技术。

在这里，″含铝粉末″定义为包含大于或等于大约75重量％的铝的粉末。特别地，该含铝粉末包含大于或等于大约85重量％的铝。更特别地，该含铝粉末包含大于或等于大约95重量％的铝。因此，该含铝粉末可以包含给基片材料带来各种特征的其它元素，例如，提高抗氧化性、相稳定性、环境耐受性和抗硫化性。例如该含铝粉末包括铂族金属，例如铂、钯、钌、铑、锇、铱，或包括上述铂族金属的组合。在另一个实施例中，该含铝粉剂包括稀土金属，该稀土金属包括镧系元素例如镧、铈和铒，和在化学性质上与该镧系元素相似的元素，例如钪和钇，或包括上述元素的组合物。在有些情况下，该含铝粉剂可以包含铁、铬、钴或包括上述元素的组合物。而且，该含铝粉末可能同时包括各种其它元素及其他杂质量的材料，例如，小于大约1重量％。

在一个实施方案中，该含铝粉末是一种铝硅合金粉末。在一个具体实施方式中，该铝硅合金粉末是铝硅合金共晶粉末。该铝硅合金粉末颗粒具有大约0.5微米至大约200微米的平均粒度的通过测量颗粒的最长晶轴。特别地，该粉粒平均粒度大约5微米至大约100微米。更特别地，该粉末颗粒平均粒度大约10微米至大约50微米。所述粉末颗粒是通过适合的技术生产的，例如一种气体雾化工艺或一种旋转电极技术。适合的铝硅合金粉末可以在市场上由Valimet公司买到。

如下文所述，硅在所述铝硅合金中起部分地降低所述合金熔点的作用，从而降低镀铝工艺的困难。不受限于理论，所述硅可能同时起到钝化剂的作用，以便所述合金在有硅胶的情况下相对稳定。在一个具体实施方式中，所述硅的含量足以降低所述铝硅合金的熔点至低于大约610℃。一个具体实施方式中，以所述硅与铝的总重量为基准，所述硅含量水平在所述合金中为以重量计大约0.5％至大约30％。特别地，以所述硅与铝的总重量为基准，所述硅含量水平在所述合金中为以重量计大约5％至大约20％。更特别地，以所述硅与铝的总重量为基准，所述硅含量水平在所述合金中为以重量计大约10％至大约15％。

表1描述了一些从Valimet公司中获得的商品级球状的铝硅合金颗粒的化学与物理性质，该等级的铝硅合金仅是示例性的，因为许多其它种类的合金可以被使用。

表1

重量％	S-10级	S-20级
			铝	余量	余量
硅	11.0-13.0％	11.0-13.0％
			铁	0-0.8％	0-0.8％
锌	0-0.2％	0-0.2％
			油/脂	0-0.2％	0-0.2％
挥发性的组分	0-0.1％	0-0.1％
			筛析
+140		0-1.0％
			+170		0-7.0％
+200	0-0.1％
			+250	0-1.0％
+325	0-15.0％	90.0-100％
			-325	85.0-100％	0-10.0％

所述铝硅合金可以同时包含另外的组分以带来各种各样的想要特性。例如，包括铂族金属、稀土金属(以及钪和钇)、铁、铬、钴，或包括至少一种上述元素的组合。少量的杂质也是有时存在的。例如，以存在元素的总量为基准，杂质以小于1重量％的量存在。

所述含铝粉末的组成，和所述砂浆的组成，部分地决定于所述基片上所需的铝量。一个具体实施方式中，在设计好的操作条件参数下，铝在所述砂浆涂层组合物中的含量以足以弥补基片上铝的预计减少的量存在。操作条件参数包括温度范围、温度/时间进程和循环；和环境条件。

在另一个具体实施方式中，将所述砂浆组合物中铝的量计算为超出所述基片上铝的含量达到大约65原子％。更特别地，所述砂浆组合物中铝的量计算超出所述基片中铝的量达到大约55原子％。更特别地，所述砂浆组合物中铝的量计算超出所述基片中铝的量达到大约45原子％。根据重量百分比，所述砂浆中铝的量大约0.5重量％至大约50重量％。特别地，铝的量大约10重量％至大约45重量％，更特别地，铝的量大约30重量％至大约40重量％。根据高温合金基片，可以进一步调整所述铝含量水平，以便使希望存在的其他金属扩散。

在一个具体实施方式中，所述砂浆涂层组合物包括硅胶。在此采用的术语″硅胶″是指二氧化硅微粒在水介质，或其它溶剂中的任何分散体。硅胶的分散体可以从各化学制品制造商处以酸或碱性的形式获得。另外，各种形状的二氧化硅微粒都可以被使用，例如，球状的、中空的、多孔的、杆状的、平板状的、薄片状的、纤维状的，或不规则形状的，以及无定形二氧化硅粉末，或包括至少一个上述形状的组合。在一个具体实施方式中，所述二氧化硅微粒是球状的二氧化硅微粒。所述颗粒具有大约10纳米至大约100纳米的通过测量颗粒的最长晶轴得到的平均粒度。硅胶的商业实例可以以商品名

和

(例如，由

公司，Utica，N.Y.)被发现。

所述组合物中硅胶的量将取决于各种因素，例如，所使用的铝粉的量，和如下所述的任选的有机稳定剂的量。加工条件也是一个因素，例如，如何制备所述砂浆和将其供给到基片上。在一个具体实施方式中，以二氧化硅固体颗粒占整个组合物的比率计算，所述硅胶含量以重量计为大约1％至大约40％。特别地，以二氧化硅固体颗粒占整个组合物的比率计算，所述硅胶含量以重量计为5％至大约20％。更特别地，以二氧化硅固体颗粒占整个组合物的比率计算，所述硅胶含量以重量计为大约10％至大约15％。

在另一个具体实施方式中，所述砂浆组合物包括有机稳定剂。所述稳定剂包括具有两个或更多羟基的有机化合物。在一个具体实施方式中，所述稳定剂包含至少三个羟基。在一个具体实施方式中，所述稳定剂易混溶于水中。而且，两种或更多有机化合物的组合也作为所述稳定剂使用。

许多有机化合物可以被用作稳定剂，适当的例子包括二醇(有时称为″二羟醇″)例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、环戊二醇或类似的二元醇，或包括至少一个上述二醇的组合。合适的二元醇包括乙二醇、丙二醇、二甘醇等等，或包括至少一种上述二元醇的组合。所述二醇可以被各种有机基团取代，包括烷基或芳香基。合适的取代二醇的例子包括2-甲基-1，2-丙二醇、2，3-二甲基-2，3-丁二醇、1-苯基-1，2-乙二醇和1-苯基-1，2-丙二醇。具有三个羟基的有机化合物也可以被采用，例如，甘油，C₃H₅(OH)₃。

含有多于三个羟基(其中有一些称为″糖醇″)的化合物也可以被采用。例如，季戊四醇，C(CH₂OH)₄，可以作为合适的稳定剂。山梨醇和类似的多羟基醇代表其它的例子。

各种包含两个或更多羟基的聚合材料也可以被使用作为所述有机稳定剂。合适的例子包括各种脂肪(甘油酯)例如磷脂酸(磷酸甘油酯)。碳水化合物代表另一大类可以被使用的材料，所述术语″碳水化合物″包括多羟基醛、多羟基酮、或可以被水解形成多羟基醛或多羟基酮的化合物。该术语包括像乳糖、以及其他糖(例如葡萄糖、蔗糖和果糖)的材料。许多相关化合物也可以被使用，包括像纤维素和淀粉的多糖，或多糖类内的成分，例如直链淀粉。水溶性的聚合材料的衍生物也可以被使用。

示例性的有机稳定剂是甘油和二元醇，例如乙二醇。不受限于理论，看来好像三羟基的多元醇化合物像甘油和二羟基的二醇化合物对所述砂浆中铝组分具有有效的钝化功能。

有机稳定剂在砂浆中的量取决于很多因素，包括稳定剂的类型；该稳定剂中的羟基含量；它的水溶混性；该稳定剂对砂浆组合物粘度的作用；该砂浆组合物的含铝的量；铝粒子大小；该铝颗粒的表面积-体积比；制备该砂浆的具体技术；和砂浆组合物含有的另一种组分的特性。在一个具体实施方式中，当磷酸存在时，该砂浆包含足量的有机稳定剂用于阻止或最小化不希望的铝金属和磷酸之间的反应。

在一个具体实施方式中，在与水或任何其它的水性组分接触期间，存在足量的有机稳定剂化学稳定所述铝或铝硅合金成分。该术语“化学稳定”表示砂浆处于基本上无不希望的化学反应的状态。不希望的化学反应包括那些将使组合物粘度和/或温度增加到不可接受的水平的反应。例如，不可接受的升高温度或粘度会阻止砂浆组合物容易地供给到所述基片上。

以所述组合物的总重量为基准，所述有机稳定剂在砂浆组合物中的量以重量计为大约0.1％至大约20％。特别地，以所述组合物的总重量为基准，所述有机稳定剂在砂浆组合物中的量以重量计为大约0.5％至大约15％。更特别地，以所述组合物的总重量为基准，所述有机稳定剂在砂浆组合物中的量以重量计为大约1％至大约10％。

所述砂浆组合物包括载液。在一个具体实施方式中，所述载液的使用量仅为保持所述砂浆中的固体组分悬浮的最低量。大于上述水平的数量可能用来调整所述砂浆组合物的粘度，这取决于供给组合物到基片上所用的技术。在一个具体实施方式中，以整个砂浆组合物的重量为基准，载液含量以重量计为大约30％至大约70％。在另一个具体实施方式中，所述砂浆是液体-液体乳状液的形式。

在一个具体实施方式中，所述砂浆组合物是水性的并且包含包括水的载液。在此使用″水性的″(aqueous)是指组合物中大约65％或更多的挥发性的组分是水。特别地，大约75％或更多的挥发性的组分是水。更特别地，大约85％或更多的挥发性的组分是水。

因此，有限量的其它液体也可以和水混合在水性砂浆组合物中。其他液体或″载液″(carriers)的合适的例子包括醇，包括主链具有1-4碳原子的低级醇，例如乙醇。另一个合适的载液的例子是卤代烃溶剂。特定载液的选择取决于各种因素，例如：处理基片期间的浆液蒸发率；在粘附砂浆到基片上时，载液对其的影响；载液里的添加剂和其他组分的溶解度；所述粉末在载液中的″分散性″；和所述载液具有的润湿基片并且改性所述砂浆组合物流变性的能力。在一个具体实施方式中，所述水性砂浆组合物包括粘合剂，其包括硅胶。

在一个具体实施方式中，所述砂浆组合物是基于有机的组合物并且包含粘合剂，其包括有机树脂。在这里，基于有机的组合物意思是一种材料包括合成树脂或干性油作为成膜组分，和溶剂。在一个具体实施方式中，所述基于有机的砂浆组合物是工业涂层或油漆。在一个具体实施方式中，所述基于有机的砂浆组合物更进一步包括一种颜料。在一个具体实施方式中，所述基于有机的砂浆组合物是非水性的。在这里，非水性的是指一种砂浆组合物没有水或仅仅包含有限量水。

有用的有机树脂的合适的例子包括：环氧树脂、硅树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、氨基甲酸乙酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂等等，或包括至少一种上述有机树脂的组合。示例性的环氧树脂是双酚A。示例性的硅树脂包括改性或未改性的硅漆，有机聚硅氧烷，硅氧烷醇酸树脂，硅氧烷环氧树脂，或硅氧烷聚酯树脂。示例性的醇酸树脂是酞酸酐和甘油的反应产物。在一个具体实施方式中，所述基于有机的砂浆组合物包含有机溶剂。适合的有机溶剂的例子包括醇、二醇、酮、醛、芳族化合物、二甲基甲酰胺、溶剂油、石脑油、硝化烃类、氯代烃等等，或包括至少一种上述有机溶剂的组合物。

在一个具体实施方式中，所述砂浆组合物更进一步包括惰性的有机可热解的增稠剂颗粒。在这里“可热解”(pyrolysable)意思是能够受热分解的。在一个具体实施方式中，所述惰性可热解增稠剂包括有机的固体微粒增稠剂。在一个具体实施方式中，所述惰性有机的可热解增稠剂是惰性的、占据空间的、能够蒸发没有残留物的、和环境友好的。通过改变惰性有机的可热解增稠剂颗粒的一致性(例如，数量)，所述产物的性质会变化。例如，增加惰性有机的可热解增稠剂的量会增加所述组合物的硬度。合适用于所述惰性有机的可热解增稠剂的材料包括(甲基)丙烯酸树脂和聚(甲基)丙烯酸树脂。示例性的材料是聚(甲基丙烯酸甲酯)。用于所述惰性有机的可热解增稠剂的合适的外形包括珠、微珠、纱、线、纤维状和其组合。示例性的形式是微珠。在一个具体实施方式中，所述微珠平均直径大约200微米。在一个例子中，所述惰性有机的可热解增稠剂包括聚(甲基丙烯酸甲酯)微珠。

该砂浆组合物可包含各种各样的其它的组分作为添加剂，例如用于化学加工和陶器工艺区域的组分。该添加剂的合适的例子是增稠剂、分散剂、防絮凝剂、抗沉降剂、消泡剂、粘合剂、增塑剂、软化剂、表面活性剂、和润滑剂。一种示例性的增稠剂是水溶性的聚合增稠剂例如聚乙烯醇。在一个具体实施方式中，以整个组合物的重量为基准，添加剂含量以重量计为大约0.01％至大约10％。在砂浆组合物基于硅胶和铝硅合金的具体实施方式中，在制备该组合物时没有关键的步骤。商业上有效的混合设备可以被使用，并且剪切粘度可以通过添加载液来调节。原料的混合可在大约23℃至大约60℃进行。为了保持大约23℃至60℃的温度混合可以使用热水浴或其它的技术。混合一直进行直到所得共混物均匀为止。上述的添加剂，如果被使用，可以在主要原料已经混合之后加入，然而这将部分地取决于该添加剂的特性。

在一个具体实施方式中，其中所述砂浆组合物包括有机稳定剂连同含铝粉末和硅胶，该组合物以一种选定的顺序混合。例如，在含铝粉末和含水的载体之间有任何实质接触之前，所述有机稳定剂首先和含铝粉末混合。硅胶的有限部分，例如，一半或更少的的既定数量，可同时慢慢地添加，以提高混合物的剪切特征。不受限于理论，缺少足够量水性组分时，稳定剂和铝之间的初步接触，可以增加所述砂浆组合物的稳定性。

然后其余部分的硅胶被添加并且充分地掺在混合物中。其他任选的添加剂还可以在此时被添加。在某些实例中，在增添其余硅胶之前，可能需要等待一段时间，例如，达到大约24h或更多。这个等待期可以提高所述铝质与稳定剂的″湿润″(wetting)。其余原料的混合可以在大约23℃至大约60℃进行。为了使温度保持在大约23℃至大约60℃，混合可以使用热水浴或其它的技术。所述砂浆中固体组分的沉降速度可以通过例如在其注射之前搅拌砂浆来控制。

在一个具体实施方式中，使用注射器将砂浆人工地喷射进入产品的通道或空腔的内部。另一个具体实施方式，使用进料泵，从砂浆罐中吸取砂浆然后在加压情况下喷射进入产品的通道或空腔之内。压力可以通过流量计调整。所述砂浆在注射末端的压力为大约0.01至大约1.0MPa，更确切的，大约0.1至大约0.5MPa。以大约1至200cc/min的速度喷射砂浆。喷射砂浆的总量取决于各种各样的因素，包括所述砂浆的组成和粘度、要涂覆的高温合金基片、将被覆盖的表面面积、和涂层想要的厚度(虽然最终扩散的铝化物涂层厚度对最初的砂浆涂层(“新近涂层”(green coating))厚度相对不敏感)，在一个具体实施方式中，喷射砂浆的量大于足够用于覆盖通道或空腔的全部内表面积的砂浆量。所述注入到制品通道或空腔内部的砂浆温度为大约23℃至大约60℃。一个具体实施方式中，制品的第一通道或空腔被遮盖，然后砂浆被注入到剩下的无屏蔽的第二通道或空腔。

供给压缩空气到所述通道或空腔以分布喷射砂浆贯穿通道或空腔。一个具体实施方式中，所述压缩空气还从通道或空腔中排出过量浆液。所述供给的压缩空气的压力取决于各种因素例如粘度、温度和砂浆的量；空腔或通道的形状尺寸；和要涂覆的高温合金基片。所述压缩空气的压力为大约0.01至大约1.0MPa，更确切的，大约0.1至大约0.5MPa。

在一个具体实施方式中，在喷射的浆液已经分布于通道或空腔之后，制品被升高超过地面从而排出过量浆液。一个具体实施方式中，所述制品被升高超过地面并且通过摇动清除过量砂浆。在进一步的具体实施方式中，制品在一个双轴旋转器上被摇动。市场上可买到的双轴旋转器是来自Clifton，NJ的Glen Mills公司的

振荡-混合器。在一个具体实施方式中，所述摇动是在大约23℃至大约60℃下进行的。一个具体实施方式中，摇动进行大约一分钟至大约二小时。不受限于理论，摇动导致砂浆更进一步均布在通道或空腔内，除此之外促进过量浆液的除去。

砂浆可以作为单层或作为多层被提供。如果使用多层，热处理可以在每一层被沉积之后进行，以加速除去所述挥发性的组分。一具体实施方式中，所述加热将还引起惰性有机的可热解增稠剂颗粒的分解。多层砂浆涂覆之后，可以进行任选的更进一步热处理，以进一步除去挥发性材料像有机溶剂和水。热处理条件将部分地取决于浆液中挥发性的组分的特性。一个示例性的加热方式是在大约80℃至大约200℃温度下，加热大约5分钟至大约120分钟。

干燥的砂浆加热到足够渗铝进入基片表面区域之内的温度，就是进入整个表面区域，或进入部分表面区域。在此，所述“表面区域”是指进入表面大约200微米深度，特别地，进入表面大约120微米的深度，更特别地，进入表面大约75微米的深度。在此，在高温合金基片上的“渗铝表面区域”包括最贴近所述表面的铝富集区域，和在所述富集区域下面的一个铝-高温合金直接地相互扩散的区域。

渗铝步骤的扩散温度取决于各种因素，包括例如，所述基片的组成；砂浆的具体组成和厚度；和铝浓度提高的期望深度。一个具体实施方式中，扩散温度为大约650℃至大约1100℃，并且优选地，大约800℃至大约950℃。该温度同时是足够高的温度，以用于通过汽化或热解去除存在的有机化合物，例如稳定剂像甘油。扩散热处理可以通过任何适当的技术进行，例如通过烘箱在真空中或氩气的保护下加热。

扩散热处理的时间取决于各种因素，包括例如，所述基片的组成；砂浆的具体组成和厚度；和铝浓度提高的期望深度。一个具体实施方式中，所述扩散热处理时间为大约30分钟至大约8小时。一部分情况下，期望采用渐变热处理。一具体实施方式中，所述温度提升到大约650℃，在那里保持一段时间以后，然后逐步地升高，至大约850℃。做为选择，温度可以最初被提升到一个阈值温度大约650℃，然后连续地提高，例如以大约1℃每分钟的速度，在200分钟内到达大约850℃。

消除过剩材料可以通过任何便利方法进行。例如，在一个具体实施方式中，消除过剩材料包括在所述通道或空腔的内部插入消除工具。一个消除工具的例子是针状物。一具体实施方式中，消除过剩材料包括溶解所述过剩材料。例如，溶解包括使用0.5N(1/2mol/L)氢氧化钠化学地消除所述过剩材料。

实施例

实施例1

砂浆制备，混合5克(g)甘油、14g LP30硅胶、10g 20％(w/w)聚乙烯醇(水中)、20g 10至14微米铝粉、5g 10微米铝硅合金共晶粉剂和2g 200微米聚(甲基丙烯酸甲酯)微珠。所述混合物在室温下被喷射入一个7FA级双喷嘴的后缘冷却孔，其由GTD222镍基高温合金制成。0.5MPa的压缩空气被供给十分钟。喷嘴在一个

摇动-混合器上室温摇动十分钟。

所述喷嘴采用三级的加热方法固化：80℃下60分钟，然后120℃下30分钟，之后230℃下60分钟。这个固化周期看起来基本上消除所有液体材料。固化之后，喷嘴受到扩散热处理用于扩散外部的铝化物涂层。喷嘴在烘箱中真空条件下650℃热处理15分钟。烘箱温度然后被以8℃每分钟的速度提高至870℃。烘箱温度在870℃保持2小时。喷嘴然后烘箱冷却。处理过程中，所述聚(甲基丙烯酸甲酯)珠粒分解为气体的形式并从孔中逸出。含铝粉剂被均匀分布并扩散进所述高温合金形成扩散铝化物涂层。剩余的铝粉通过机械方式或通过简单的浸渍在0.5N氢氧化钠中去除。步骤被标识在附图1中。如图2所示，所述内部通道具有一个基本上均匀的涂层，厚度0.0017-0.0035英寸。

实施例2

如实施例1所述制备砂浆，并且在热水浴中维持其温度在60℃。组合物在60℃下被喷射入7FA级双喷嘴后缘的冷却孔，其由GTD222镍基高温合金制成。0.5MPa的压缩空气被供给十分钟。喷嘴在

摇动-混合器上于60℃被摇动十分钟。

空气干燥之后，所述喷嘴在烘箱中于温度80℃下固化30分钟，然后在260℃下30分钟。喷嘴在真空中烘箱被扩散热处理，在大约870℃温度下2小时。喷嘴然后被烘箱冷却。处理过程中，所述聚(甲基丙烯酸甲酯)珠粒分解为气体的形式并从孔中逸出。含铝粉剂被均匀分布并扩散进所述高温合金形成扩散铝化物涂层。残留铝粉被机械地消除或通过简单的浸渍在0.5N氢氧化钠中清除。

尽管已经参考示例性的实施方案详细地描述了本发明，但是所属领域中的技术人员将会认识到在不脱离本发明的精神和范围的前提下能够作各种变化和改进。此外，就一个特殊的状况或材料可能有许多没有脱离本发明所述的范围的更改。因此，本发明不限于公开的具体实施方式，其具体实施方式的公开仅作为实现本发明的最佳方式。

Claims (11)

1、一种用于金属基片内部通道渗铝的方法，包括：

喷射砂浆组合物进入内部通道，该组合物包括含铝粉末、选自硅胶、有机树脂及其组合的粘合剂；供给压缩空气至所述内部通道以促使砂浆组合物遍及内部通道的分布；并且，

在能够有效地从组合物中除去挥发性组分的条件下热处理所述砂浆组合物，并且促进铝扩散进入内部通道的表面。

2、如权利要求1所述的方法，更进一步包括在注射砂浆组合物之后搅动所述金属基片，其中所述搅动在足以排出过量喷射砂浆组合物的条件下进行。

3、如权利要求1所述的方法，其中砂浆组合物中的铝含量超出基片中的铝含量达到大约65原子％。

4、如权利要求1所述的方法，其中砂浆组合物中含铝粉末的量为大约10重量％至大约90重量％，其中所述含铝粉末更进一步包括金属，其选自铂族金属、稀土金属、钪、钇、铁、铬、钴以及包括至少一种上述金属的组合，或其中所述含铝粉末包括铝和硅的合金。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂包括硅胶，其中以二氧化硅固体占整个组合物的百分比计，所述硅胶的含量以重量计在大约5％至大约20％的范围内。

6、如权利要求1所述的方法，其中所述砂浆组合物更进一步包括惰性有机的可热解增稠剂颗粒，其中所述惰性有机的可热解增稠剂颗粒包含聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物珠。

7、如权利要求6所述的方法，其中所述热处理在足以引起所述惰性有机的可热解增稠剂颗粒分解的条件下进行。

8、如权利要求1所述的方法，其中所述砂浆组合物更进一步包括含有两个或更多羟基的有机稳定剂。

9、如权利要求1所述的方法，其中所述砂浆组合物更进一步包含有机稳定剂，在其与组合物中存在的任何含水组分接触期间，该稳定剂的含量能够有效地化学稳定含铝粉末，其中以所述组合物的总重量为基准，所述有机稳定剂含量以重量计为大约0.1％至大约20％。

10、如权利要求1所述的方法，其中所述热处理包括初步热处理以去除挥发性的组分，和最终的热处理以扩散铝进入基片，其中所述热处理在大约650℃至大约1100℃的温度下进行。

11、如权利要求1所述的方法，其中所述基片是涡轮发动机的部件。

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