DE69823468T2 - Voroxydationsverfahren - Google Patents

Voroxydationsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE69823468T2
DE69823468T2 DE69823468T DE69823468T DE69823468T2 DE 69823468 T2 DE69823468 T2 DE 69823468T2 DE 69823468 T DE69823468 T DE 69823468T DE 69823468 T DE69823468 T DE 69823468T DE 69823468 T2 DE69823468 T2 DE 69823468T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
coating
chamber
aluminum
tgo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69823468T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69823468D1 (de
Inventor
Steven M. Waterbury Burns
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69823468D1 publication Critical patent/DE69823468D1/de
Publication of DE69823468T2 publication Critical patent/DE69823468T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising

Description

  • Diese Erfindung betrifft das Aufbringen von Beschichtungen auf Substrate oder Substrate, welche eine Beschichtung darauf haben, welche Aluminium aufweist. Diese Erfindung hat besondere Bedeutung für die kontrollierte Bildung von dünnen, thermisch aufgewachsenen Oxidschichten (TGO – thermally grown oxide).
  • Thermische Barrierenbeschichtungen (TBC – thermal barrier coatings) werden bei Gasturbinenmaschinen zunehmend breit eingesetzt. Der haltbarste Typ einer TBC-Beschichtung ist derjenige, der durch Elektronenstrahl-physikalische-Gasphasenabscheidung (EBPVD – electron beam physical vapour deposition) abgeschieden ist, welche aus einem Substrat, einer Verbindungsbeschichtung (bond coat) auf dem Substrat und einem Keramikmaterial mit säulenförmigen Körnern, welches an der Verbindungsbeschichtung anhaftet, besteht (die Verbindungsbeschichtung kann in bestimmten Situationen weggelassen werden, hierin im Anschluss wird das Wort Verbindungsbeschichtung benutzt, um auf die Verbindungsbeschichtung oder das Substrat, wenn keine Verbindungsbeschichtung vorhanden ist; Bezug zu nehmen). Die Haftung der Keramikbeschichtung an der Verbindungsbeschichtung ist kritisch und wird erreicht durch die Bereitstellung der dünnen Zwischenschicht aus einem thermisch aufgewachsenen Oxid (TGO), welches im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, an der Oberfläche der Verbindungsbeschichtung vor dem Aufbringen der Keramik-Oberschicht.
  • Dieser Vorgang ist z. B. in den US-Patenten 4 405 659 und 5 514 482 gezeigt und beschrieben. Die Inhalte dieser Patente sind hierin durch In – Bezugnahme aufgenommen. US-Patent 5 262 245 beschreibt eine Superlegierung, welche eine beständige EBPVD-Beschichtung ohne die Notwendigkeit einer Verbindungsbeschichtung empfangen kann. Diese Superlegierung enthält Aluminium und bildet eine TGO-Schicht beim Heizen.
  • Die Dicke der thermisch aufgewachsenen Oxidschicht (TGO) wurde als ein wesentlicher Faktor bei der Langlebigkeit der Beschichtung herausgefunden, wobei übermäßig dicke TGO-Schichten (in der Größenordnung von 10 μm) im Allgemeinen mit nicht-langlebigen Keramikbeschichtungen korreliert sind.
  • Der EBPVD-Vorgang wird bei Bedingungen von relativ hohem Vakuum durchgeführt. Die TGO-Schicht wird durch thermische Oxidation entwickelt. Derzeit wird der TGO-Aufwachsschritt durchgeführt durch Erwärmen des Teils in einer Vakuumumgebung, im Allgemeinen weniger als 10–2 Torr (1,33 Pa), und indem dem Sauerstoff, welcher in das Vakuumsystem leckt, ermöglicht wird, mit dem Teil zu reagieren, um die TGO-Schicht zu bilden. Es ist ebenfalls bekannt, Sauerstoff oder Luft kontrolliert in die Kammer einzulassen. Der TGO-Aufwachsschritt wird im Allgemeinen als Teil des Vorwärmzyklus, welcher zum Erwärmen des Substrats auf die für die Keramikschicht-Beschichtung benötigte Temperatur eingesetzt wird, durchgeführt. Die Wachstumsrate der TGO-Schicht hängt von der dem Teil in der Vakuumkammer benachbarten Sauerstoffkonzentration, der Aluminiumaktivität in der Verbindungsbeschichtung und der Zeit und der Temperatur ab. Das TGO-Wachstum dauert während der Keramikbeschichtungsverteilung fort, aber dies ist unvermeidlich. Schwierigkeiten traten bei übermäßig dicken TGO-Schichten in Fällen auf, bei denen die Verbindungsbeschichtung eine besonders hohe Aluminiumaktivität hat, so dass das Wachstum der TGO-Schicht schnell ist und auch in Fällen, bei denen eine große Teil-Größe (große thermische Masse) zu langen Aufwärmzeiten führt und dadurch ein übermäßig dickes TGO bildet.
  • US-Patente 4 405 659, 4 676 994 und 5 538 796 beschreiben Verfahren zum Entwickeln von TGO-Schichten. US-Patent 5 087 477 beschreibt ein Verfahren zum Sicherstellen einer Stöchiometrie der Oxid-Keramik-Isolierschicht durch die Einspeisung von Sauerstoff in eine Kammer, welche das zu beschichtende Teil teilweise umgibt. US-Patent 4 880 614 zeigt eine Sauerstoffeinspeisung ohne eine das Teil umgebende Kammer. US-Patente 4 405 659, 5 538 796 und 5 514 482 beschreiben das Aufbringen und die Verwendung von MCrAlY Verbindungsbeschichtungen und Diffusions-Aluminide-Verbindungsbeschichtungen. US-Patent 5 262 245 beschreibt eine Legierung, welche eine Keramik beschichtung ohne das Erfordernis einer separaten Verbindungsbeschichtung empfangen kann. EP-A-0 284 804 beschreibt ein Verfahren zum Oxidieren der Oberfläche eines Katalysatorträgerkörpers. Bei dem Verfahren wird der Partialdruck von Sauerstoff auf 10 bis 300 mBar (1–30 kPa) entweder durch Reduzieren des Drucks oder durch Einbringen eines Edelgases als Ausgleich reduziert.
  • Von einem Aspekt aus betrachtet sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor zum Aufwachsen einer Aluminiumoxidschicht auf einem Teil aus Aluminium, welches in einem Substrat enthalten ist, oder eine Beschichtung, die darauf aufgebracht wurde, durch Erwärmen des Teils in einer Niederdruckumgebung einer Vakuumkammer, in der Oxidation des Teils aufgrund von Sauerstoff in der Niederdruckumgebung reduziert ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Teil erwärmt wird, während gleichzeitig ein Gas, welches aus der inerte und nicht-reaktive Gase und Mischungen derselben aufweisenden Gruppe ausgewählt ist, dem das Teil direkt umgebenden Bereich zugeführt wird, wobei das Gas in eine Kammer, welche das vorzuwärmende Teil teilweise umgibt, eingespeist wird und das Teil in einer Vakuumumgebung von weniger als 10–2 Torr (1,33 Pa) gehalten wird.
  • Von einem zweiten Aspekt aus betrachtet sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor zum Vorwärmen einer Gasturbinenkomponente in einer Vakuumumgebung einer Vakuumkammer vor dem Aufbringen einer Keramikbeschichtung, wobei die Gasturbinenkomponente eine Außenfläche hat, welche Aluminium aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Zugeben eines aus der aus Ar, He, N, H, Xe, Kr und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählten Gases in den das Teil direkt umgebenden Bereich, wobei das Gas in eine Kammer, welche das vorzuwärmende Teil teilweise umgibt, eingespeist wird, während das Teil in einer Vakuumumgebung von weniger als 10–2 Torr (1,33 Pa) gehalten wird, um die Rate einer Aluminiumoxidbildung während des Vorwärmens zu reduzieren.
  • Vorzugsweise weist das Teil ein Superlegierungssubstrat mit einem eine Verbindungsbeschichtung enthaltenden Aluminium auf, beispielsweise eine MCrAlY-Beschichtung oder eine Aluminide-Beschichtung auf, oder das Teil weist ein ein Superlegierungssubstrat ohne eine Verbindungsbeschichtung enthaltendes Aluminium auf.
  • Gemäß der Erfindung wird das zu beschichtende Teil auf einem Vakuumniveau von weniger als etwa 10–2 Torr (1,33 Pa) während des Vorwärmvorgangs gehalten. Dieses Vakuumniveau bezieht sich auf ein Gesamtvakuumniveau innerhalb der Beschichtungskammer. Eine Menge an Inertgas wird kontinuierlich in die Kammer eingeströmt, vorzugsweise direkt angrenzend an das Teil, während des Vorwärmvorgangs und insbesondere während des Vorwärmens von oberhalb etwa 1000°F (538°C) und vorzugsweise oberhalb 1200°F (649°C) auf die während der Beschichtung gewünschten Substrattemperatur, welche allgemein in der Größenordnung von 1600 bis 1900°F (871 bis 1038°C) ist.
  • Ein wesentliches TGO-Wachstum tritt nicht unterhalb von 1000°F (538°C) und gewöhnlich nicht unter 1200°F (649°C) auf. Das Gas kann wirklich inert sein wie Argon, Helium, Xenon, Krypton und dergleichen und Mischungen davon, oder kann nicht-reaktiv bezüglich des zu beschichtenden Teils unter den Vorwärmbedingungen sein, z. B. Sauerstoff und Stickstoff und Mischungen derselben.
  • Theoretisch kann Stickstoff die Bildung von Nitridphasen in einigen Legierungen bewirken, aber dies wird nicht erwartet für Superlegierungssubstrate und Verbindungsbeschichtungen, welche für Gasturbinenmaschinen-Anwendungen eingesetzt werden. Wasserstoff ist bekannt dafür, dass es Versprödung in einigen Legierungen bewirkt, aber es wird wieder nicht erwartet, dass dies in der TBC-Situation auftritt. Während es bevorzugt ist, Argon einzusetzen, wird der Fachmann keine Schwierigkeit beim Bewerten und Auswählen eines geeigneten Gases haben. Mischungen von inerten und nicht-reaktiven Gasen können ebenfalls eingesetzt werden.
  • Gemäß der Erfindung ist das Teil durch eine Wolke von inertem oder nicht-oxidierendem Gas umgeben, welches dazu neigt, das an das Teil angrenzende Sauerstoffniveau zu reduzieren und welches dadurch die Rate des TGO-Wachstums reduziert. Es sollte angemerkt werden, dass es die Aufgabe ist, die Rate des TGO-Wachstums (und die endgültige TGO-Dicke) zu reduzieren und zu kontrollieren, anstatt die Oxidation insgesamt zu eliminieren, da eine TGO-Schicht ein hoch erwünschtes Merkmal eines Teils vor seinem Empfang einer Keramikoberschicht ist.
  • Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft beschrieben.
  • US-Patent 5 087 477 beschreibt die Zusetzung von Sauerstoff während des Aufbringens einer EBPVD-Keramik-Oberbeschichtungsschicht. 1 dieses Patents zeigt ein Gehäuse, welches das Teil teilweise umgibt und welches diesem zugeordnet das Verteilersystem zum Zuführen von Sauerstoff während des Aufbringens der Keramikbeschichtung aufweist. Das Gehäuse dient zum Steigern des Sauerstoffpartialdrucks (der Sauerstoffaktivität) der das zu beschichtende Teil direkt umgebenden Umgebung.
  • Eine Sauerstoffeinspeisung wird während des Aufbringens der Keramikschicht verwendet, um sicherzustellen, dass das Oxid, welches abgelagert wird, die vollständige Sauerstoffmenge aufweist, welche benötigt wird, um das stöchiometrische Niveau in dem abgeschiedenen Oxid zu erreichen. Gewöhnlich ist das abgeschiedene Oxid Zirconiumoxid, welches mit Yttriumoxid stabilisiert ist. Ohne diese Sauerstoffsteigerung neigt das Zirconiumoxid dazu, einen Mangel an Sauerstoff aufzuweisen. Das TGO-Wachstum fährt während der Aufbringung der Keramikbeschichtung fort. Sauerstoff wird gewöhnlich während der Keramikabscheidung zugefügt und ist auch aus der abgesonderten Keramik vorhanden. Zusätzlich zu Sauerstoff ist es ebenfalls bekannt, Luft in die Kammer als Oxidierungsgas einzuspeisen.
  • US-Patent 4 880 614 veranschaulicht einen ähnlichen Ansatz zu demjenigen von US 5 087 477 , wobei es eine oder mehr Düsen einsetzt, um Sauerstoff während des Beschichtens zu dem Teil zu führen ohne den Einsatz eines das Teil umgebenden Gehäuses.
  • Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist die Einspeisung von inertem oder nicht-reaktiven Gas in den das Teil umgebenden Bereich mittels z. B. des gleichen Typs von Verteiler oder Gehäuse, wie er in US-Patent 5 087 477 gezeigt ist, oder der Düsenanordnung des Typs, der in US-Patent 4 880 614 gezeigt ist. Wir haben herausgefunden, dass der Einsatz einer Menge von inertem oder nicht-oxidierendem Gas vergleichbar oder größer zu der Menge von Sauerstoff, welche später in dem Zyklus abgeschieden wird, ausreicht, um die Rate des TGO-Wachstums während des Vorwärmzyklus wesentlich zu reduzieren.
  • Der Fachmann wird die Schwierigkeit erkennen, bei den Parameterwerten spezifisch zu sein, da der Prozess teilweise von Prozessausrüstungseigenschaften und Eigenschaften des zu beschichtenden Substrats abhängt. Die Wachstumsrate des TGO hängt von der Teil-Temperatur, der Länge des Vorwärmzyklus, der Aluminiumaktivität der Oberfläche und der Sauerstoffaktivität in der Kammer ab.
  • Die Zeit und die Temperatur während des Vorwärmzyklus beeinflussen die TGO-Wachstumsschicht, längere Zeiten und höhere Temperaturen erzeugen dickere TGO-Schichten, und größere Teile benötigen länger, um erwärmt zu werden und weisen dementsprechend im Allgemeinen dickere TGO-Schichten auf. Daher wird der Fachmann diese Ausrüstungsfaktoren, die Natur der Verbindungsbeschichtung, falls vorhanden, und die Teil-Masse und Aufwärmzeit (und Temperatur) abgleichen, um zu einem Prozess zu gelangen, welcher eine TGO-Schicht der gewünschten Dicke, gewöhnlich etwa 1 μm, erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Rate von Sauerstoffeinspeisung pro Minute etwa gleich 0,4 × 10–3 × dem Beschichtungskammervolumen eingesetzt. Als eine grobe Richtlinie sollte eine Sauerstoffeinspeisung pro Minute von 10–4 bis 10–2 des Beschichtungskammervolumens geeignet sein. In diesen Richtlinien wird der Sauerstofffluss bei STP gemessen (Standarddruck und Temperatur 760 mm Hg (1,01 × 105 Pa) und 25°C).
  • Die Aluminiumaktivität auf der Teil-Oberfläche ist eine Funktion der Oberflächenzusammensetzung, und wir haben herausgefunden, dass Verbindungsbe schichtungen vom Aluminide-Typ im Allgemeinen höhere TGA-Wachstumsraten haben als MCrAlY-Verbindungsbeschichtungen.
  • Die Sauerstoffaktivität in der Kammer wird gesteuert durch die Konkurrenz zwischen der Leckrate von Sauerstoff der externen Atmosphäre (Luft) in die Kammer, kombiniert mit jedem Sauerstoff, welcher in der Kammer adsorbiert oder anderweitig gehalten ist, in Konkurrenz mit der Pumprate des Vakuumsystems, welches eingesetzt wird, um die Vakuumumgebung aufrechtzuerhalten. Ein bestimmter Grad an Leckage ist unvermeidbar, sollte aber minimiert werden. Dementsprechend steuern diese Ausrüstungsparameter, Leckrate und Pumpeffizienz weitgehend die Sauerstoffaktivität.
  • Außerdem gibt es verschiedene allgemeine Typen von EBPVD-Vorrichtungen. Die bevorzugte Produktionsvorrichtung weist eine einzelne Kammer auf, in der die Vorwärmschritte und Beschichtungsschritte nacheinander durchgeführt werden. In diesem Typ von System wird ein Vorwärmen im Allgemeinen mittels des gleichen Elektronenstrahlsystems erreicht, welches anschließend eingesetzt wird, um die Keramik zu verdampfen. Während des Vorwärmprozesses wird der Elektronenstrahl eingesetzt, um das Teil direkt oder indirekt vorzuwärmen. Bei diesem Typ von Anordnung, bei dem ein Vorwärmen in der gleichen Kammer auftritt, in der die Keramikbeschichtungs-Abscheidung anschließend auftritt, werden nach einer Einsatzzeitdauer die Kammerwände mit Keramik beschichtet. Diese Beschichtung ist porös mit einer hohen effektiven Oberflächenfläche. Diese poröse Beschichtung großer Oberflächenfläche kann wesentlich adsorbierten Sauerstoff und Wasserdampf enthalten, welche während des Vorwärmvorgangs langsam freigegeben werden, wodurch sie für Sauerstoff sorgen, welcher zu dem übermäßigen TGO-Wachstum beitragen kann.
  • Der andere allgemeine Typ von Beschichtungsausrüstung setzt eine separate Vorwärmkammer ein und weist im Allgemeinen eine Vorwärmkammer auf, in der das Teil durch elektrische Wärmestrahler vorgeheizt wird. Eine Beschichtung wird in einer separaten Kammer durchgeführt. Dementsprechend werden die Vorwärmkammerwände nicht Keramik-beschichtet. Dieser Typ von Vorrichtung neigt weniger dazu, ein übermäßiges TGO-Wachstum zu bewirken, weil die Menge an in der Vorwärmkammer adsorbiertem Sauerstoff reduziert ist, verglichen mit dem zuvor beschriebenen Einzelkammersystem. Trotzdem können selbst in dem Mehrkammersystem mit separater Vorwärmung Fälle auftreten, in denen der Einsatz von Inertgas oder nicht oxidierendem Gas zum Steuern der TGO-Wachstumsrate und -dicke wünschenswert sein kann.
  • Die Erfindung umfasst ein Umgeben des Teils mit einer Menge von inertem oder nicht-reaktiven Gas, welche ausreicht, die Rate von TGO-Schichtwachstum zu mäßigen, zu reduzieren und zu kontrollieren. Es soll angemerkt werden, dass sogar Inertgase wie Argon und Helium und nicht-oxidierende Gase wie Stickstoff und Wasserstoff im Allgemeinen Verunreinigungen wie Wasserdampf enthalten, welche eine Oxidation bewirken können. Demnach wird der Fachmann die Notwendigkeit erkennen, den Wasserdampfgehalt in dem verwendeten inerten oder nicht oxidierenden Gas zu messen und diesen in das Gesamtverhalten des Vorwärmzyklus hineinzumultiplizieren, um bei der gewünschten TGO-Schicht-Dicke anzulangen. Wir haben Argon mit einem Taupunkt von zwischen –30 und –50°F (–34 und –46°C) mit gutem Erfolg eingesetzt. Unterschiedliche Umstände können jedoch einen unterschiedlichen Taupunkt benötigen.
  • Die vorliegende Erfindung wird besser durch Betrachtung der nachfolgenden, veranschaulichenden Beispiele verstanden.
  • Beispiel I
  • Eine kleine Gasturbinenschaufel mit einer Länge von etwa 4 Inch (100 mm) und einem Gewicht von etwa 3 Unzen (85 g) sollte mit einer thermischen Barrierenbeschichtung mittels einer Aluminide-Verbindungsbeschichtung beschichtet werden. Die Verwendung einer Aluminide-Verbindungsbeschichtung als thermische Barrierenbeschichtung ist in den US-Patenten 5 403 669 und 5 514 492 beschrieben.
  • Die Beschichtungsvorrichtung war vom Einzelkammer-Typ und hatte ein Innenvolumen von etwa 1,4 m3 und eine Einleckrate von etwa 8 bis 30 μm/h (bei die Kammer nicht evakuierenden Vakuumpumpen).
  • Nach Aufbringen des thermischen Barrierenbeschichtungssystems in einem Einzelkammervakuumsystem, wobei der Betriebskammerdruck weniger als etwa 10–2 Torr (1,33 Pa) und die Vorwärmzeitdauer von etwa 1200°F (649°C) bis etwa 1600°F (871°C) etwa 13 min war, kombiniert mit der Keramikbeschichtungs-Zykluszeitdauer von 42 min (während der TGO-Wachstum auftritt), wurde herausgefunden, dass die TGO-Schicht etwa 2,5 bis 5,0 μm dick war und die äußere Keramikoxidschicht (Zirconiumoxid stabilisiert mit 8% Yttriumoxid) war im Allgemeinen nicht anhaftend und blätterte während des Abkühlens ab.
  • Beispiel II
  • In Beispiel II wurden die gleiche Ausrüstung, Schaufeltyp, Betriebsparameter und Verbindungsbeschichtung eingesetzt, außer dass während des Vorwärmprozesses beginnend bei einer Temperatur von weniger als etwa 1200°F (649°C) 554 cm3/min Argon mit einem Taupunkt im Bereich von –30 bis –50°F (–34 bis –46°C) in der Nähe des Teils mittels eines das Teil umgebenden Gehäuses, wie in US-Patent 5 087 477 beschrieben, eingeströmt wurde. Nach Vorwärmen mit diesem Argonzusatz war bei Abschluss der Vorwärm- und Beschichtungszyklusdauer von 42 min die TGO-Schicht 0,5 bis 2,0 μm dick, und die säulenartige Zirconiumoxid-basierte Oxidschicht war vollständig anhaftend und beständig.
  • Beispiel III
  • Die gleiche Ausrüstung und die gleichen Betriebsparameter wurden eingesetzt, um eine stabilisierte Zirconiumoxid-TBC an einem industriellen Gasturbinenmaschinenteil mit einer Länge von etwa 12 Inch (305 mm) und einem Gewicht von etwa 8 lbs (3,63 kg) abzuscheiden. Die Vorwärmzeit für diese Teil war etwa 35 min, und die Beschichtungszykluszeit war etwa 50 min für ein gesamtes TGO-Wachstums-Zeitfenster von etwa 85 min. Ohne den Einsatz von Inertgaseinspeisung während des Vorwärmens variierte die TGO-Schichtdicke von 3,5 bis 6 μm, und die TBC-Langlebigkeit war nicht zufrieden stellend. Wenn Argon während des Vorwärmens benachbart eingeströmt wurde, rangierte die TGO-Dicke von 0,7 bis 2,2 μm, und die TBC war anhaftend und langlebig.
  • Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf die deren detaillierte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird von dem Fachmann verstanden, dass verschiedene Änderungen in der Form und im Detail daran gemacht werden können, ohne sich von dem Umfang der beanspruchten Erfindung zu entfernen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Aufwachsen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Teil aus Aluminium, welches in einem Substrat enthalten ist, oder eine Beschichtung, die darauf aufgebracht wurde, durch Erwärmen des Teils in einer Niederdruckumgebung einer Vakuumkammer, in der Oxidation des Teils aufgrund von Sauerstoff in der Niederdruckumgebung reduziert ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Teil erwärmt wird, während gleichzeitig ein Gas, welches aus der inerte und nicht-reaktive Gase und Mischungen derselben aufweisenden Gruppe ausgewählt ist, dem das Teil direkt umgebenden Bereich zugeführt wird, wobei das Gas in eine Kammer, welche das vorzuwärmende Teil teilweise umgibt, eingespeist wird und das Teil in einer Vakuumumgebung von weniger als 10–2 Torr (1,33 Pa) gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Teil ein Superlegierungssubstrat mit einem Aluminium, welches eine Verbindungsbeschichtung umfasst, aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsbeschichtung eine MCrAlY-Beschichtung aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsbeschichtung eine Aluminide-Beschichtung aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Teil ein Aluminium enthaltendes Superlegierungssubstrat ohne eine Verbindungsbeschichtung aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das inerte Gas aus der aus Ar, Ne, Kr, Xe und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das nicht-reaktive Gas aus der N, H und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gas während dem Teil eines Vorwärmzyklus zugeführt wird, bei dem die Substrattemperatur etwa 1000°F (538°C) überschreitet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gas während dem Teil eines Vorwärmzyklus zugeführt wird, bei dem die Teiltemperatur etwa 1200°F (649°C) überschreitet.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gas in den das Teil direkt umgebenden Bereich durch wenigstens eine Düse eingespeist wird.
  11. Verfahren zum Vorwärmen einer Gasturbinenkomponente in einer Vakuumumgebung einer Vakuumkammer vor dem Aufbringen einer Keramikbeschichtung, wobei die Gasturbinenkomponente eine Außenfläche hat, welche Aluminium aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Zugeben eines aus der aus Ar, He, N, H, Xe, Kr und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählten Gases in den das Teil direkt umgebenden Bereich, wobei das Gas in eine Kammer, welche das vorzuwärmende Teil teilweise umgibt, eingespeist wird, während das Teil in einer Vakuumumgebung von weniger als 10–2 Torr (1,33 Pa) gehalten wird, um die Rate einer Aluminiumoxidbildung während des Vorwärmens zu reduzieren.
DE69823468T 1997-12-23 1998-12-11 Voroxydationsverfahren Expired - Lifetime DE69823468T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US996650 1997-12-23
US08/996,650 US6478888B1 (en) 1997-12-23 1997-12-23 Preheat method for EBPVD coating

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69823468D1 DE69823468D1 (de) 2004-06-03
DE69823468T2 true DE69823468T2 (de) 2004-09-09

Family

ID=25543144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69823468T Expired - Lifetime DE69823468T2 (de) 1997-12-23 1998-12-11 Voroxydationsverfahren

Country Status (5)

Country Link
US (2) US6478888B1 (de)
EP (1) EP0926257B1 (de)
JP (1) JPH11315369A (de)
DE (1) DE69823468T2 (de)
UA (1) UA68334C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004052104B3 (de) * 2004-10-26 2006-02-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Behandlung aluminiumhaltiger Komponenten

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7838083B1 (en) 2005-01-28 2010-11-23 Sandia Corporation Ion beam assisted deposition of thermal barrier coatings
WO2007005832A2 (en) * 2005-06-30 2007-01-11 University Of Virginia Patent Foundation Reliant thermal barrier coating system and related methods and apparatus of making the same
US20090162670A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-25 General Electric Company Method for applying ceramic coatings to smooth surfaces by air plasma spray techniques, and related articles
US20100081009A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 General Electric Company Spray Application of Liquid Precursors for CMAS Resistant Coatings
US20100247952A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Latour Robert F Controlled oxidation of bond coat
EP2506980B1 (de) * 2009-11-30 2016-06-01 United Technologies Corporation Beschichtungsverfahren und -vorrichtung
US9315905B2 (en) * 2010-03-04 2016-04-19 United Technologies Corporation Coated article and coating process therefor
US8481117B2 (en) * 2010-03-08 2013-07-09 United Technologies Corporation Method for applying a thermal barrier coating
US8350180B2 (en) * 2010-03-12 2013-01-08 United Technologies Corporation High pressure pre-oxidation for deposition of thermal barrier coating with hood
US20110223354A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 United Technologies Corporation High pressure pre-oxidation for deposition of thermal barrier coating
US9581042B2 (en) 2012-10-30 2017-02-28 United Technologies Corporation Composite article having metal-containing layer with phase-specific seed particles and method therefor
US20160024642A1 (en) * 2013-03-14 2016-01-28 United Technologies Corporation Preheat chamber oxidation process
US10260141B2 (en) 2013-10-09 2019-04-16 United Technologies Corporation Method of forming a thermal barrier coating with improved adhesion
US10280765B2 (en) 2013-11-11 2019-05-07 United Technologies Corporation Article with coated substrate
US10233533B2 (en) * 2014-01-09 2019-03-19 United Technologies Corporation Coating process using gas screen
GB201600645D0 (en) * 2016-01-13 2016-02-24 Rolls Royce Plc Improvements in additive layer manufacturing methods
US11866816B2 (en) 2016-07-06 2024-01-09 Rtx Corporation Apparatus for use in coating process
CN111893452B (zh) * 2020-07-31 2022-11-11 中国航空制造技术研究院 一种用于电子束物理气相沉积的叶片预热装置及方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4405659A (en) 1980-01-07 1983-09-20 United Technologies Corporation Method for producing columnar grain ceramic thermal barrier coatings
US4439248A (en) * 1982-02-02 1984-03-27 Cabot Corporation Method of heat treating NICRALY alloys for use as ceramic kiln and furnace hardware
US4449714A (en) * 1983-03-22 1984-05-22 Gulf & Western Industries, Inc. Turbine engine seal and method for repair thereof
US4676994A (en) 1983-06-15 1987-06-30 The Boc Group, Inc. Adherent ceramic coatings
US5514482A (en) 1984-04-25 1996-05-07 Alliedsignal Inc. Thermal barrier coating system for superalloy components
JPS63161156A (ja) * 1986-12-24 1988-07-04 Shinko Seiki Kk 硬質青色薄膜およびその製造方法
DE8717392U1 (de) * 1987-03-16 1989-05-18 Emitec Emissionstechnologie
JPH0248404A (ja) * 1988-08-10 1990-02-19 Fujitsu Ltd 超伝導薄膜の形成方法およびその形成装置
US5262245A (en) 1988-08-12 1993-11-16 United Technologies Corporation Advanced thermal barrier coated superalloy components
US5004721A (en) * 1988-11-03 1991-04-02 Board Of Regents, The University Of Texas System As-deposited oxide superconductor films on silicon and aluminum oxide
US4880614A (en) 1988-11-03 1989-11-14 Allied-Signal Inc. Ceramic thermal barrier coating with alumina interlayer
US4944858A (en) * 1988-12-08 1990-07-31 United Technologies Corporation Method for applying diffusion aluminide coating
US5601652A (en) 1989-08-03 1997-02-11 United Technologies Corporation Apparatus for applying ceramic coatings
US5087477A (en) 1990-02-05 1992-02-11 United Technologies Corporation Eb-pvd method for applying ceramic coatings
US5238752A (en) * 1990-05-07 1993-08-24 General Electric Company Thermal barrier coating system with intermetallic overlay bond coat
JPH069297A (ja) * 1991-12-09 1994-01-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 成膜装置
GB9204791D0 (en) * 1992-03-05 1992-04-22 Rolls Royce Plc A coated article
US5451366A (en) * 1992-07-17 1995-09-19 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Product of a halogen containing Ti-Al system intermetallic compound having a superior oxidation and wear resistance
US5538796A (en) 1992-10-13 1996-07-23 General Electric Company Thermal barrier coating system having no bond coat
US5432151A (en) * 1993-07-12 1995-07-11 Regents Of The University Of California Process for ion-assisted laser deposition of biaxially textured layer on substrate
US5667663A (en) * 1994-12-24 1997-09-16 Chromalloy United Kingdom Limited Method of applying a thermal barrier coating to a superalloy article and a thermal barrier coating
US5716720A (en) * 1995-03-21 1998-02-10 Howmet Corporation Thermal barrier coating system with intermediate phase bondcoat
JP2934599B2 (ja) * 1996-02-16 1999-08-16 三菱重工業株式会社 高温耐食性複合表面処理方法
GB9715175D0 (en) * 1997-07-19 1997-09-24 Univ Birmingham Method of case hardening

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004052104B3 (de) * 2004-10-26 2006-02-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Behandlung aluminiumhaltiger Komponenten

Also Published As

Publication number Publication date
EP0926257A1 (de) 1999-06-30
US6478888B1 (en) 2002-11-12
DE69823468D1 (de) 2004-06-03
UA68334C2 (en) 2004-08-16
US20020152961A1 (en) 2002-10-24
EP0926257B1 (de) 2004-04-28
JPH11315369A (ja) 1999-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69823468T2 (de) Voroxydationsverfahren
DE69916149T2 (de) Verbesserte Aluminid-Diffusionsverbundschicht für thermische Sperrschichtsysteme und Verfahren dazu
EP1616979B1 (de) Schutzschicht zum Aufbringen auf ein Substrat und Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht
EP2631327B1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht
DE60103526T2 (de) Wärmedämmschicht mit niedriger leitfähigkeit
DE2825009C2 (de) Hartmetallkörper und Verfahren zu dessen Herstellung
DE3229293C2 (de)
DE19918900B4 (de) Hochtemperatur-Komponente für eine Gasturbine und Verfahren zu deren Herstellung
US5482743A (en) Manufacturing a plate for an electrode of an electrolytic condenser
DE10254209B4 (de) Gegenstand mit einem keramischen Wärmesperrenüberzug und Substrat und Verfahren zur Ausbildung des keramischen Wärmesperrenüberzugs
EP2468925A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmschichtaufbaus
CH648603A5 (de) Verfahren zum erzeugen einer korrosionsfesten beschichtung auf einem metallenen gegenstand.
EP1495151A1 (de) Plasmaspritzverfahren
EP2439306A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Wärmedämmschichtaufbaus
EP2025772A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer funktionalen Schicht
DE60002890T2 (de) Siliziumnitridbauteile mit schutzschicht
EP1637622A1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht
DE2734529A1 (de) Gegen oxydation und korrosion bestaendige, hochwarmfeste legierungen und ueberzuege
WO2010086151A1 (de) Zinkdiffusionsbeschichtungsverfahren
CH695689A5 (de) Verfahren zum Erzeugen eines wärmedämmenden Schichtsystems auf einem metallischen Substrat.
DE102004045206B4 (de) Vorgefertigte Platte und Verfahren zum Herrichten eines Verdampferkörpers und dessen Betreiben in einer PVD-Metallisierungsanlage
DE10200803A1 (de) Herstellung eines keramischen Werkstoffes für eine Wärmedämmschicht sowie eine den Werkstoff enthaltene Wärmedämmschicht
EP1370712A1 (de) Hartstoffbeschichtetes bauteil mit zwischenschicht zur verbesserung der haftfestigkeit der beschichtung
EP1479788B1 (de) Hybrides Verfahren zum Beschichten eines Substrats durch ein thermisches Aufbringen der Beschichtung
DE1942292A1 (de) Verfahren zur Abscheidung von hochtemperaturbestaendigen Metall- und Nichtmetall-Carbiden auf einem Grundmaterial

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition