TW499364B - Method of forming diffused noble metal-aluminide coating on metallic substrate, and article having diffused noble metal-aluminide coating made thereby - Google Patents

Description

499364 五、發明說明（1) 發明領Μ 概略而言本發明係關於鋁化物塗裝， 式形成擴散貴金屬鋁化物塗裝之方法。、別係關於單步驟 發明背景 於燃氣輪機引擎業 組件例如葉片及輪葉進行高溫防蝕且抗 = f f主的合 等塗裝特別可用於新一代燃氣輪機引擎，f濩塗裝。 輪機進氣溫度操作俾獲得較高引擎性能之二S 於較 擴散鋁化物塗裝用於燃氣輪機引擎的輪機H二〃。 、、’仵 瓜而s擴散鋁化物塗裝係經由施用u 1 + 末至合金基材以及加埶該以鋁為主& & ^用以鋁為主的 材内部形成。 一亥以紹為主的粉末而擴散銘進入」 擴2化物塗裝可包括鉻或錳俾提高熱防钱性/抗氧化 ，。此外:添加貴金屬如#提供# lg化物塗裝具有顯著改 义：：熱氧化性。但此等改性鋁化物塗裝的形成需要額 的a程步驟且需要更複雜的擴散熱處理計畫。 、 已知塗裝過程的特例包括提供富鉑鋁化物表面，係你由 將鉑薄膜電鍍於審慎清潔的合金表面上，透過填塞接、 CVD熱喷務或其它已知施用技術藉施用活化載鋁塗裝而 過^鋁化鉑薄膜’然後於足夠形成富鉑擴散鋁塗裝之溫度 及時間加熱塗裝後的基材。選擇性地，於施用鋁之前或之 後’翻可擴散入基材。也已知為了形成改性擴散鋁化物塗 裝’係採用循序二步驟式電泳沈積方法，伴以擴散熱處理 接著為各電泳沈積步驟（參考Creech等人之美國專利第

89114182.ptd 第4頁 499364 五、發明說明（2) 5，0 5 7，1 9 6號，併述於此以供參考） 全=已知先前技術方法皆使用多步驟式施用程序而循序 施用富鉑層及載鋁層接著為擴散熱處理 裝。，步驟式方法昂貴耗時，且由商業 的i二ΐ的應用用途較不佳。雖'然涵括於改性铭化物塗裝 勺貝五屬及鉻族的金屬成本佔塗裝的成本主要部份，但處 理過程關聯的成本即使未比塗裝成本更高至少也同樣高。 因此，存在有一種需求’需要可流 :，處理之方法俾改善以細為主的合匕 =化 降低成本且提高有效防蝕及/或抗氧化 本發明可滿足該項需求。 土衣 後jg概述 塗ΪΪΠ本=供一種「單步驟式痛擴散嶋 屬或全屬入人-从士 万法兩種或兩種以上的粉狀金 Γ1=階段式加熱過程共同施用且擴散 中==用技術對照，先前技術 夕 用及獷政入基材内部係分開的。 I級合4: ϊ : :以(々)二之單步驟式方法施用。通常塗 粉較佳包含石夕作為前置合全'及;2=成分之混合物。銘 中，載銘成分包括含紹及；” t金粉。一具體實施例 體實施例也可添“ ϋ5金粉’但於某些較佳具 粉外使用鋁粉或使用鋁粉铁體實施例中’除鋁合金 施例中，添加給Γ二：？、，粉。又一較佳具體實 隹乙及/或鑭至前述任一種粉末，或分開

l82-ptd 第5頁 499364 五、發明說明（3) 添加至生塗裝組合物。 丽述塗裝組合物中，鉑粉中的 族金屬例如鈀、釕及铑替代。σ 77 s王4鉑可以其它貴 無淪使用金屬為何，本發明 -起擴散入基論卜為達該項將全：金屬 加熱法。使用多階段式加熱丨 太：“木用多階段式 至第⑽度而開始擴散過程’然後加埶 _ ::二： Ϊ路： 也使用前置擴散加熱處理。 之簡單經濟的方法。 ^仏擴政貝金屬鋁化物塗裝 進一步本發明之目的及優點由 羊細說明 旻文况月將顯然自明。 為了促進對本發明之原理的 施例及特定語言說明之。雖士 /照較佳具體實 原理之進-步應用的任合物以及本發明之 士預期本發明之相關範圍及其匕修改預期皆屬業界人 如别文簡早説明’本發明描一 散貴金屬鋁化物塗裝之「單牛r ^至屬基材上形成擴 佳可用於以鎳及銘為主A材二开p i =法。雖然本發明較 特別可用於修指另舌&基材 成貝金屬鋁化物塗裝，但 金屬基材。；> /塗裝帶有缺陷貴金屬鋁化物塗裝的 於本發明之最佳特徵方 單一「哇泠肸细人t 〇 3兩種或多種粉狀金屬之 生」塗衣、、且“勿（亦即該組合物係於加熱處理或其 第6頁 89ll4182.ptd 499364 五、發明說明（4) · ---- 前施用至基材)施用至金屬基材或基材之帶有缺 曰土表邛份。然後塗裝後的基材經由以控制速率或更佳 ^過上多階段式加熱方法，加熱形成擴散貴金屬結化物塗”'、 t i 5亥方法比較習知塗裝技術提供可以顯著較低成本及較 少勞力操作的優點。 k 1 ·基姑 本發明之塗裝組合物可施用至寬廣多種基材表面，以基 於鎳或鈷的合金基材為最佳。根據本發明可以貴金屬鋁= 物塗裝保護的合金實例包括但非限於：以鎳為主的合金例 如 IN738，IN792，Mar-M246，Mar-M247 ;單晶體鎳合金如 CMSX 3或CMSX-4，以及以始為主的合金例如Mar — M509及 X40 ’全部皆為業界人士已知。 生i塗裝組合物 特別說明生塗裝組合物使用的金屬，一具體實施例使用 40-80%(以全部金屬之重量計）第一粉末包含85 —1〇〇%之鉑 及至多約15%之矽，以及20-60%之第二粉末包含5〇-75%之 鋁及2 5 - 5 0 %之鉻。此處列舉之百分比除非另行規定否則皆 為重量百分比。本發明之第二具體實施例使用同樣4〇 — 8〇% 之第一粉末包含85-100%之鉑及至多15%之矽，以及相同 2 0-6 0%之第二粉末包含50-75%之鋁及25-50%之鉻以及額外 至多40%之第三粉末包含9 5- 1 0 0%之鋁。 本發明之第三具體實施例中，生塗裝組合物包含4 〇 - 8 0 % 之第一粉末包含85- 1 0 0%之鉑及至多約15%之矽，以及20 -60%之第二粉末包含35-45%之鋁，3 5-45%之鉻及10-30%之

89114182.ptd 第7頁 499364 五、發明說明（5) 猛。第四具體實施例使用40-80%之第一粉末包含85_1〇〇% 之鉑及至多約15%之矽，以及2 0 -6 0 %之第二粉末包含35_ 45%之鋁，35-45%之鉻及10-30%之錳，以及額外包含至多 40%之第三粉末包含95%-100%之銘。 本發明之第五具體實施例使用生塗裝組合物其僅有早期 具體貫施例之第一及第三粉末，如此包含5〇_8〇%之第一粉 末包含85- 1 0 0%之鉑及0-15%之矽，以及2 0 -5 0%之第二粉末 包含95%-100%之紹。 另一具體實施例中，部份或全部第一粉末組合物的鉑 ^匕貝至屬例如鈀、釕及铑置換。另外第一粉末、第二 $或第三粉末包括至多約5%之铪、釔、鑭或其混合物。 約5 %於Γ述任一具體實施例中’生塗裝組合物可包括至多 無關第四粉末包含給、紀或鑭或其混合物而與模混模式 ㈤迷具體實施例之摘要示於表1。

^364 40-80 20-60 一 至多40 —------ 40-80 一 20-60 一 4 0 - 8 〇 一 20-60 至多40 50 - 80 — 一 20-50 2金屬成分包括至多約5%之铪、釔、鑭或其混合物。 顧-雙_粉束及铭-鉻合金粉末之較佳組合色 如前述，生塗裝組合物包含約40至約80%重量比（以塗裝 使用金屬重量為基準）之載鉑粉末，最佳為鉑—矽粉末。較 佳使用約5 5至約70%重量比之載鉑粉末。此外，生塗裝組 合物包括約20-6 0%之載鋁成分包含鋁及鉻金屬 ι全屬、 末混合物較佳銘，粉狀合金。較佳生塗裝組合乍物為包= Γ常。如此形成的擴散富翻_矽銘化物塗裝 遇吊馮而于咼溫抗氧化塗裝。 用於本書面說明之目的，述及鉑— 鉑量為100%及矽為0%之且轉每斤加物禾心圖包括其中 通常不視為鉑-矽粉末亦-使此種具體““列 包括鉑及矽。 此如别不，較佳具體實施例 使用鉑-矽粉末時，鉑— 、一 合物或可為粉狀鉑〜梦人 七i可為元素翻及矽之緻密混 99%重量比之鉑及約〗至°、^較，麵—石夕粉末包含約85至約 97%重量比之鉑及約3至約:之矽；更佳約87至約 矽也包括至多約5%之給、°重里比之石夕。選擇性地，鉑〜 I白-石夕合金之較佳製 、"鑭或其貝金屬混合物。 糸首先經由混合約〗微米粒子大

的精細分割鉑粉及矽粉，將混八八 ^ 於氬氣氣氛或其它適當防護氣&知末麼密成為丸粒，以及 丸粒製備。此種加熱處理包括^下於步進式加熱處理燒結 1，40 0卞30分鐘，2)約1，5 0 0卞;纟下列溫度燒結丸粒·· 1)约 3〇分鐘，4)約1，80 0 °F約15分々、、、、1〇分鐘，3)約丨，525 T約 鐘。 $及然後5)約1，9 0 0卞約30分 然後燒結後的丸粒經由於鋼撼 約3 2 5篩目的平均粒子大小，铁％ 研杵粉化而縮小成為 比之異丙醇及約谓重量比之型為_重量 粉化粒子歷時1 〇至30小時而萝迭"性軋體下球磨 W0微米粒子大小範圍。此種二合典型係於 其它適當方法例如氣體霧化製造、广 彳猎業界已知的 至於生塗裝組合物之租-枚人/ν > 卿之鋁鉻合金部份，塗料較佳包含約 2 0至約6 0 %重量比（以塗料使用之入 土丨丁丨尤用之金屬重量為基準）之鋁-鉻 預？合金或合金粉末。更佳塗裝組合物包括約3〇至約45% 重里比之鋁-鉻合金。鋁—鉻合金包括約5 〇至約7 5 %重量比 之鋁及約2 5至約5 0 %重量比之鉻；更佳約6 8至約7 2 %重量比 之鋁及約28至約32%重量比之鉻。選擇性地，鋁—鉻合金也 包括至多約5 %之給、紀、鑭或其混合物。 铭-鉻合金可提供作為根據業界已知之標準方法製備的 合金粉末。適當鋁-鉻合金為市面上可得。包括約55 %重量 比之紹及約45%重量比之鉻之鋁—鉻合金為市面可得。粉狀 合金較佳具有平均粒子大小約3至約丨〇微米。 末、鋁-鉻合金粉東及額外裁鋁成分之較

89114182.ptd 第10頁 499364 五、發明說明（8) 佳組 j擇性地，塗裝組合物使用銘—矽粉末及紹 其中也包括至多約40%重量比之含鋁 ° '八私末 特佳塗裝組合物包括約2至約20%重量比額卜栽1呂成刀。 額外載紹成分主要為銘金屬粉》且】m載銘成分。 r至少約_量…金屬 ，屬粉或粉狀合金之緻密混合物。當載；成： 時，其、组成係與前文討論的銘_絡合金粉末不同為如狀合金 某些較佳具體實施例中，非擴散塗裝組合物也 ;2外金屬材料來修改被塗裝基材的物理及或 及其它責金屬(例如，巴、錢及釘及其：合V:、給、鑭以 本.及鋁一鉻-粉末之較佳纟日人％ 8(U重置比之麵—矽粉末，更佳約55至約65%重量比 2 ^ 重：比之載鋁成分包含鋁、鉻及錳金屬呈金屬於 末此a物或較佳呈鋁-鉻-錳粉狀 私 包括約35至祕％重4比之包含銘_鉻_^載生/裳組合物 :形成的擴散富含翻-石夕-猛之銘化物塗裝通常成古刀。如 塗裝。 * ^巾钓回度防蝕 如同先前具體實施例，鉑-矽粉較佳為粉狀合 ，矽金屬之緻密混合物也可用於本發明。鉑—矽於之^鉑 組合物說明如前。 1之較佳

499364 五、發明說明（9) 紹一絡-猛合金通常也說明如前，但添加錳促成各種金屬 之車父佳含量略有差異。本具體實施例中，鋁合金包括約3 5 至約45%重量比之鋁，約35至約45%重量比之鉻及約1〇至約 3〇%胃重量比之錳；以約38至約44%重量比之鋁，約38至42% 重$比之鉻及約1 6至約22%重量比之錳為更佳。選擇性 地’ I呂-絡-I孟合金也包括至多約5 %之铪、釔、鑭或其混合 物。 八絡-猛合金可提供為根據業界已知標準方法製備的合 至粉末且可於市面上購得。商業製備的粉狀合金具有平均 粒子大小約3至約1 〇微米。 衣載鋁成分之 合物 -- 如同鉑-矽/鋁—鉻合金粉末具體實施例，鉑—矽/鋁—鉻— =具體實施例也包括至多約40%重量比之額外載鋁成分直 3有鋁更佳使用約5至約20%重量比之額外載紹成成分、。 又如别述，載鋁成分主要由鋁金外 =;大，重量比之銘金屬及至二另^ 種選自铪、釔、鑭及其混合物組成 之 分可為鋁粉之緻密混合物或粉 1屬。載鋁成 眾所周知的標準方法製備戈呂成分可藉業界 職米之粉末形式提： 較佳係以粒子大小約1至約 此種塗裝組合物提供以錄及 裝。但本塗裝用於以鎳為主的合 =的向度防餘塗 ^丄使用銘載义扮

499364 發明說明（11) (A)媒劑包含·· 6〇 + R〇/n * b ,田 ^ ; _ 5/0重置比異丙醇，4〇± 5〇/〇硝基甲 五 烷 ju .母升媒劑2〇至35克總塗裝組合物. U ^米虫白.每升媒劑2.0至3.0克玉米蛋白.、 ，確人酸銘六水合物（CHN):每升媒劑〇·白’ Μ及 鈷六水合物。 芝U · 2 0克硝酸 為了由電泳冷進行電泳沈積於以鎳或以鈷 材上，合金基材浸沒於電泳浴且連結於直接^泣雷3金基 陰極。金屬長條例如不鏽鋼、鎳或其它導電：：：：作為 極，且係浸沒於浴中鄰近於合金基材（陰極）。 作為陽 約1至約2耄安培/平方厘米之電流密度外加於 )與金屬長條（陽極）間經歷約！至4分鐘，产陰極 ^需金屬粉末呈懸浮狀態且較佳維持於室溫持 在白-矽粉末及含鋁合金及/或載鋁成分之混合物沈^於j妯 、面上作為均質且厚度均勻一致的粉末沈積物：貝、土 =塗裝後的基材由電泳浴中移出且風乾而某發 以V方沈厘積半於基材乾塗料重量最理想^ g合 卡，但約10至約5G毫克/平方厘米之塗料重量 組合物也可藉漿液沈積法適用於基材 地 :=:霧.=或=基！施用而於基材上獲得平滑： 係使用軟性毛刷塗刷時 衆液較佳含有異丙醇及石肖基甲烧之6。：4。重量比混合物 第14頁 89114182.ptd 499364 五、發明說明（12) 俾懸浮粉狀 散塗裝形成 最佳選用 足夠揮發性 典型地， 約1 0 0 0克塗 濃度及塗裝 限制。因此 使用刷子、 率的一致塗 由前文了 物。較佳商 塗裝前將各 1^力0熱虚採 如前述， 段加熱製程 加熱階段， 液相為止。 材至約9 〇 〇 — 塗裝後的基 理歷時約〇. 於弟二加 政入基材内 二階段。通 塗裳組合物。但須了解豆它 的媒劑的也可使用。、 θ抑制鋁化物擴 的媒劑含有金屬及合金粉末呈懸 來允許塗裝基材的迅速乾燥。μ次，且具有 漿液含有玉米蛋白（約3 〇克/井 裝組合物/升媒劑。須了解 及約5 0 0至 組合物於媒劑之濃度用於實：本蛋發白 ΐ =物及，或玉米蛋白濃度可改變並二殊 =或其它施用設備及方法時具有最理想遮蓋 ;二組合物較佳為塗裝材料之均質混合 施例中，生塗裝組合物係經由於施用 種材料混合製備。 廣散施用的塗料 本發明之單步驟式方法較佳為使用一循序多階 而將粉狀塗裝組合物擴散入基材内部。於第一 粉狀金屬較佳加熱至於金屬基材上形成暫時性 為達此項目的，通常較佳首先加熱塗裝後的基 1，6 0 0 °F溫度歷時約〇.25至2小時。更佳非擴散 材接受約1，100至約1 4 00 ^之第一次熱擴散處 2 5小時至約2小時。 熱階段，塗裝後的基材經充分加熱而將塗料擴 部。典型地，溫度於爐内由第一階段升高至第 常该階段溫度適合為約1，6 〇 〇 — 2，丨〇 〇下及約1至

89l14182.ptd 第15頁 五、發明說明（13) 2 i 。的加熱日守間。更佳第二加熱階段使用約1，8 5 〇 τ $ a 2,080卞之溫度及約】至8小時。 υ F至約 驟ΪΙΐΐίϊΐ!例中，較佳地，使用前置處理加熱步 ’、：弟加熱階段的一部份或於第一加熱階段之前、隹 3其Ϊ用此種方法，第一加熱階段較佳係經由加熱塗裝德 , 至約9 5 〇 F至約1，1 5 0卞之第一溫度歷時約〇 5 1.0小時完成。 ，b至約 ，了解多個加熱階段可經由以斜坡方式將溫度由 [溫度升高至較高加熱處理溫度達成。採用該項‘： '一加熱階段與第二加熱階段間並無明顯分界， ^丁 於二階段係平順進行。 原因在 擴散加熱處理較佳係於真空、氫氣、 爐氣氛下完成。 〇匕適當 較，具體實施例中，生塗裝基材置於約95〇卞至約i 好f ϋ置擴散溫度下約〇.5至約1小時。隨後，'塗裂後的其0 材加熱約1，20 0卞至約丨，400卞歷時約丨 灸的基 ，975 °F歷時約1至約8小時。另-較佳具體 ^ 列中，擴散鉑—鋁化物塗裝係經由下述方式形成，經 加熱非擴散塗裝基材至約900卞溫度，以及隨後經由= =選擇小。心控制的溫度坡度速率而將塗裝後的基材加熱至 、、、’ 4 〇 〇 F溫度’接著為更高溫，於約J，9 〇 〇卞至2 1 〇 〇下 溫度維持約1至約8小時形成。 ’ 淹，然不欲受任何理論所限，但相信載铭材料之㈣化， 且5物之所有其它成分交互擴散入炫融銘内部。經歷

89114182.ptd 第16頁 499364 五、發明說明（14) 足夠時間使塗裝組合物之各成分交互擴散後，塗裝基材加 熱至比第一溫度更高的第二溫度而擴散塗裝組合物至基材 内部。 圖1中’呈現典型先前技術鉑-鋁化物塗装之組成侧面勾 勒線圖。此種翻-鋁化物塗裝係經由電鍍薄層鉑於鎳合金 (IN 7 9 2 )上然後使用鋁填裝膠黏方法過度鋁化鉑層形成。 顯微結構典型為雙層結構具有外層係由光蝕刻之富鉑相島 組成。鉑含量於表面為約35%重量比及鋁含量為約2〇%重量 比0

為了促進進一步了解本發明及其優點，提供下列實例。 但須了解此等實例僅供舉例說明之用而絕非意圖囿限本發 明之申請專利之範圍。 實施例1 翻-石夕/铭合金塗層 一標示為Mar-M247之以鎳合金為主的 度氧化铭藉乾磨清潔。襞液塗梦植人“=兄便用⑽碟 土衣組合物係由約1房/臺井 65%重量比之鉑-矽預製合金粉末（9〇 : 1〇 . 重量比鋁合金（70 : 30 ;鋁：钤）月 ’ ’’ 夕）及35/〇 絡J及玉米蛋白 升）之混合物懸浮於一媒劑組成，婼· ^

乂 媒劑包含的β 0 + R 〇/舌*旦 比之異丙醇及約40 ± 5%重量比之瑞 — 5/〇重里 刷於試樣塊後，試樣塊經風乾$ p:烷。塗裝組合物塗 的試樣塊真空加熱至約丨，350 去除殘餘溶劑。塗裳後 時，及隨後加熱至約2, 00 0卞之第二維持溫度歷時1小 形成擴散鉑鋁化物塗裝。 、、、持溫度歷時約2小時

499364 五、發明說明（15) 塗裝後的試樣塊由爐中取除且任其冷卻至室溫。塗裝後 的試樣塊以2 2 0礫度氧化鋁藉乾磨清潔。 圖2顯示實施例1之單步驟式擴散富含鉑—矽鋁化物塗層 之顯微掃描影像。由該圖可知擴散鋁化物塗裝厚度典型為 約2-2. 5密耳（mils)。以鎳為主的合金基材10包括一形成 為實質單純之擴散鉑鋁化物塗裝1 2，其包括多個區段以及 一擴散區段。擴散後之塗裝組合物包括約2 0%重量比之 翻，約4%重量比之鉻，約2 5 %重量比之鋁及約3 %重量比之 石夕。層1 4及1 6為用於金相製備試樣塊之鎳層及電木 (Bakeli te)層 ° 實後里j 丝二矽/鋁合金/鋁金屬塗層 一以鎳為主的M a r - Μ 2 4 7試樣塊懸浮於電泳浴組成物。電 泳浴組成物含有30克/毫升之60%重量比之鉑-矽合金（90 : 10鉬：石夕）’30%重量比之铭-鉻合金（7〇 : 30 1呂：鉻）及1〇% 重量比之鋁粉之混合物懸浮於媒劑，媒劑含有6 〇 %重量比 之異丙醇，40 %重量比之硝基甲烷，玉米蛋白（2.0至3·〇克 /升）及硝酸姑六水合物（〇· 1至〇. 2克/升）。該試樣塊約略 等距離浸沒於二陽極長條間。於6 2伏特之電流，5 · 5毫安 外加至基材（陰極）與陽極間歷時約2分鐘。此段期間，包 含鉑-矽合金粉末、鋁-鉻合金及鋁金屬之生塗裝組合物沈 積於基材試樣塊上作為一致塗層。塗裴後試樣塊由浴中移 出及風乾以去除殘餘溶劑。 然後乾燥後的塗裝基材於真空使用約1，1 〇 〇 Τ之前置擴

89114182.ptd 第18頁 499364 五、發明說明（16) 散加熱處理約1小時，然後在約丨，2 2 5下之第一維持溫度約 1小日守’然後在約1，9 2 5 °F之第二維持溫度約6小時加熱處 理。擴散溫度處理及時間經選擇以熔化沈積的生塗料而形 成暫時性液相均勻一致地覆蓋基材表面。於塗裝後的基材 經過擴散加熱處理後，試樣塊冷卻至室溫。然後試樣塊藉 略微乾磨去除未擴散的殘餘碎屑。 富含翻之链化物經擴散塗裝後的顯微掃描影像顯示於圖 3。以鎳為主的合金基材2〇以富含鉑—矽擴散鋁化物塗料2 2 塗裝。一般而言，擴散塗裝組合物具有類似實施例i之 顧、铭、鉻及矽含量。至於圖2，鎳及電木金相層24及26 分別用於製備攝影樣本。 實施例3 鉑-矽/鋁-合金沴奘 一標示為Mar-M247之以鎳合金為主的試樣塊使用220礫 度氧化铭藉乾磨清潔。漿液塗裝組成物包含約1克/毫升 60%重量比之鉑-石夕預製合金粉末（9〇 : 1〇 ;鉑：石夕）及4〇% 重量比之鋁合金（41 : 39 ·· 20 ;鋁：鉻：錳）及玉米蛋白 (0 · 0 3克/耄升）之混合物懸浮於媒劑，媒劑包含約6 〇 土 5 % 重量比之異丙醇及約4 0 ± 5 %重量比之硝基甲烷。生塗裝組 合物塗刷於试樣塊後’將試樣塊經風乾以蒸發去除殘餘溶 劑。塗裝後的試樣塊經真空加熱至約1，5 〇 0 °F之第一維持 溫度歷時1小時及隨後加熱至約2，0 0 0 之第二維持溫度歷 時2小時而形成擴散鉑-鋁化物塗裝。 塗裝後的試樣塊由爐中取除且任其冷卻至室溫。塗裝後

89114182.ptd 第19頁 499364 五、發明說明（17) 的試樣塊使用2 2 0礫度氧化鋁乾磨略微清潔。 圖4顯示圖3之擴散翻紹化物塗裝之顯H 4可知，擴散鋁化物塗裝典型厚約1. 5 —2. 〇穷^广.。如圖 j塗裝組合物除了#、銘、鉻及石夕外含有；i% J1 量1:匕)二擴 ”。：鎳為主的合金基材30包括一擴散鉑_鋁化物塗穿 2，其形成為實質單層。層34及36為用；^ 4 、 之鎳層及電木層。 巧用於-相製備試樣塊 AJi·^熱擴散處理^ 一 ^--1G m ψ ρ f:冷 ΐ ί 的合金(Mar_M24O^^^^J 冷

Mot^ 實施例2所述電泳浴，使用的電泳浴^ 括5(U重篁比之鉑-矽合金（9〇 :1〇 ;鉑：矽），35% ^ 3 了^合金（41 :39 :201呂：鉻：猛）及15%重量= 鋁金屬之混合物。 b之 缺t f f接腳經真空加熱至約1，1 0 0 °F溫度歷時約1小時， ；" …、至約1，2 2 5 〇F溫度歷時約1小時，及隨後力執空 1 925^盈度歷日寺約6小日夺。 及^後加熱至約 &ΓΓ。之鎳合金接腳的擴散塗裝組合物具有平均塗層厚庚 孔層特徵0。密&耳、，且具有一最理想鉑—鋁化物擴散塗裝之ί y ^傻顯-妾腳上之富含鉑—矽-錳之鋁化物塗裝之顯微掃 每^上1不於圖5。以鎳為主的合金基材4 〇包括一形成為 貝貝早層的擴散鉑-鋁化物塗層42。層44及46為用於接 腳的金相製備的鎳層及電木層。 、 實施例@

499364 五、發明說明（18) 鉑-矽/鋁塗裝 以鎳合金為主的試樣塊使用220礫度氧化鋁乾磨清潔。 由約1克/毫升m重量比之始-石夕預製合金粉末（9〇 : 1〇 · 鉑：矽）及3〇%重量比之鋁之混合物及玉米蛋白（〇 〇3 升）組成之漿液塗裝組合物懸浮於媒劑，媒劑包含約6〇 +毛 5%重量比之異丙醇及約4〇± 5%重量比之硝基甲烷。待生汾 裝組合物塗刷於試樣塊後，將試樣塊風乾以蒸 ； 溶劑。塗裝後的試樣塊真空加熱至約^託卞之第一維 溫度歷時1小時，及隨後加熱至約2, 〇〇〇卞之第二維、 歷時2小時而形成擴散鉑-鋁化物塗層。 、μ又 該塗裝後的試樣塊由爐内移除且任其冷卻至室溫 裝後的試樣塊以220礫度氧化鋁乾磨略微清潔。 该主 圖6顯示實施例5之單步驟式擴散翻銘化物塗裝之 ，像。—由該圖可知、，擴散富含翻_石夕之銘化物塗層典: 厚約3 · 5密耳。以鎳為主的合金基材5 〇包括一、 物塗層52 ’其形成為實f單層包括多個區段及Υ個〜=匕 段。層54及56為用於金相製備試樣塊 ：政區 實施例6 兒个噌。 動態氧化測試 動悲氧化測試係對Mar —M247合金製成的接腳，豆 裝係根據實施例2及4製備之本發明之翻銘化物塗=方塗 動態氧化測試為週期性測試，其中燃燒Jp_5_^ ^ 約0.3麥克（Mach)速度衝擊含塗裝後接腳的 知以 溫度測得為2，1〇(TF。塗裝後的接 ^

五、發明說明（19) 然後由火焰中收回5分鐘以、人，、 小時。-種評估塗裝效果的yp ’亦即每個週期等於測試1 露於火焰之重量變化而 式，/、為監測每單位面積暴 初由於形成氧化物而重量：時”數。典型地’試樣最 原先形成的氧化物逐漸變；:加。化者試樣的週期性循環， 物。此種剝落與形成持巧」最終剝落而形成額外之氧化 氧化物為止。試樣物多於重新形成的 為負，亦即接腳重量小於如里 在某一點淨重量改變 減少。最終氧化速率變過广來自氧化的保護作用 圖7可知，當暴露於動陴，^、曰不再具有保護效果。如

Mar-M247接腳的淨重量Y化^試少^100小時時，裸露 ==於動態氧化二塗

實施例J 整上的_本發明 ::本發明之翻-銘化物塗裝係根據 罩（IN-738)輪機茱片。如此形成的塗裝厚度 護罩輪機葉片上沿刀鋒邊緣之密封。塗且 ^ 2及4製#之接腳及試樣塊所見顯微結構。％此驗== :特別有用，品質。傳統使用電鍍技術形成鉑—鋁化物； 衣方法經常提供非均勻厚度的塗裝面積。葉片上 形成非均勾厚度塗裝的特定區1因在於尾緣的電流穷产 高。典型地，需要特殊的額外處理來補償鈾鑛期間出ςς

89114182.ptd 第22頁 五、發明說明（20) 電流密度差異。 本备明方法可避免此項問題，肩 傾向於變成自行Θ + & ^原口在於電泳施用的塗裝 ”程，it二!： 本發明研發之組成物係產自-新 而非盥施用的t ί =策厚度係與熱處理時間及溫度有關’ 物余壯H 量有關。圖8為載有本擴散銘銘化 該i Ϊ 乂 型渦輪葉片之示意圖（部份分解剖面圖）。 ‘ 14之銼：：：片1 〇包括設置本說明書所述擴散鋁化物塗 ^圖8 A ^“金體部1 2。為了舉例說明，塗裝1 4之厚度 二圖 '為巧張描述，真正厚度如前述係約為丨吋的數千分之 。通常或期望提供本塗層於葉片丨〇之扣接部丨6上。 =^發明具體實施之方法可如業界人士已知未恃離本 f月之乾圍進行變更、重排、取代、繼、複現、組合或 』从、至其它方法。此外此等方法之各種階段、步驟、程 、技術、相位及操作可由業界人士變更、重排、取代、 刪除、複現或組合。本說明書引述的全部公開文獻、專利 案及專利申請案皆併述於此以供參考彷彿個別公開文獻、 專利案或專利申請案特別指示合併於此處以供參考且陳述 於其全文。 /雖然已經於附圖及前文說明舉例說明本發明之細節，但 係，為舉例說明特性而非限制性，須了解欲保護已經顯示 及說明之本發明之較佳具體實施例以及所有屬於本發明之 精髄範圍内之變化例及修改例。 丞.件編說明 10 基材

89114182.ptd 第23頁 499364 五、發明說明（21) 12 擴散顧化物塗裝 14 鎳層 16 電木層 20 基材 22 富含鉑-矽擴散鋁化物塗裝 24 鎳層 26 電木層 30 基材 32 擴散顧紹化物塗裝 34 鎳層 36 電木層 40 基材 42 擴散鉑鋁化物塗裝 44 鎳層 46 電木層 50 基材 52 擴散麵紹化物塗裝 54 鎳層 56 電木層

89114182.ptd 第24頁 499364 圖武簡單說明 — 圖1為一說明先前技術經擴散的鉑鋁化物塗； _。。 9 、、且成之 圖2為一根據本發明之實施例1之單步驟式八 矽之鋁化物塗裝之一具體實施例之顯微掃描影^田3鉑― 圖3為一根據本發明之實施例2使用電泳浴勢 像…“物擴散塗裝試樣塊之具體實施例之顯微掃 圖4為一根據本發明之實施例3使用漿 之一擴散富含鉑-矽_錳之鋁化物塗裝之以1 =成物製備 樣塊之具體實施例之顯微掃描影像。 V、丞為主的S式 圖5為根據本發明之實施例4使用電 之一擴散富含鉑—矽—錳之鋁化物塗裝= =、、且合物製備 腳=具體實施例之顯微掃描影像。 ’'、5金為主的接 ，6為根據本發明之實施例5製備之 I之/鎳為主的合金之-具體實施例I 塗裝隨時間:明^妾受動態氧化測試時本㈣ 圖8為载有二Λ之比重損失之圖。 之示意圖上= 月之擴散翻銘化物塗襄之典型輪機葦κ Μ ν 口卜份分解剖面圖）。 挪钱茶片

Claims (1)

1. 499364

   jm 891141R? 「專矛酿 年月曰 修正 9[&22修正本 一種在金屬基材上形成擴散貴金屬鋁化物塗裝之方 法，此方法包含： (a )提供一粉狀金屬塗裝組成物至金屬基材而形成經粉 狀金屬塗裝的基材，該組成物包含40%至80%(以全部施用 之粉狀金屬之重量計）含貴金屬粉末及20 %至60 % (以施用的粉狀金屬總量之重量計）粉狀載鋁成分； (b )加熱經粉狀金屬塗層的基材至足夠於塗裝基材表面 上形成暫時性液相之溫度及時間；以及隨後 (c )加熱帶有暫時性液相於其上的基材至足夠形成擴散 貴金屬銘化物塗裝於基材上的溫度及時間。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該含貴金屬之 粉末包含一種選自由鉑、鈀、釕、铑或其混合物組成的組 群之金屬。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，含貴金屬之粉 末包括一種翻-矽合金粉末包含85%鉑及至多丨5%矽。 4 ·如申請專利範圍第3項之方法，其中，粉狀載鋁成分 包含50%至75%之鋁及25%至50%之鉻。 5·如申請專利範圍第3項之方法，其中，該粉狀載鋁成 分包合35 %至45 %之|呂，35 %至45 %之鉻及10%至30%之錳。 6·如申請專利範圍第4或5項之方法，其中，該粉狀載鋁 成分包含一粉狀銘合金。 7.如申請專利範圍第3項之方法，其中’該粉狀載鋁成 分包含95 %至100%之鋁。 8.如申請專利範圍第4或5項之方法，包含一種額外載鋁

   499364 月 案號 89114182 六、申請專利範圍 成分其包含95%至100%之鋁。 9 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該粉狀金屬塗 裝組成物包含至多5%選自由铪、釔、鑭及其混合物組成的 組群之一。 1 0 ·如申请專利範圍第7項之方法，其中，該粉狀金屬塗 裝組成物包含50%至80%(以全部施用之粉狀金屬之重量計） 鉑-矽合金粉末及20%至50%(以全部施用之粉狀金屬之重量 计）粉狀載銘成分。 11·如申請專利範圍第丨項之方法，其中，該加熱經粉狀 孟j塗裝t基材至足夠於塗裝基材表面上形成暫時性液相 。之溫度及時間，包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至至少9 〇 〇 F之溫度且歷時至少〇 · 2 5小時時間。 12. 如申請專利範圍第丨^員之方法，其中， ，金=裝：基材至足夠於塗裝基材表面上形成暫二 目之，皿又及日寸間，包含加熱經粉狀金屬塗 F至1，4〇〇卞之溫度且歷時〇25小時至2小時。才】，100 13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中 金屬塗裝的基材至足夠於塗裝A 二丄知狀 之溫戶及眭p卩^人堂忒基材表面上形成暫時性液相 1 150%Λ 一 ^ 熱經粉狀金屬塗裝基材至950卞到 ， 之第一溫度且歷時0.5至1. 〇小時，以及隨德*拥 日^裝後之基材至^(^至以心之第二溫度且歷時^、、 14. 如申請專利範圍第】項之方法，其 時性液相於其上的基材 "力"，、帶有暫 土何至足夠形成擴散貴金屬鋁化物塗層 89114182.ptc 第27頁 499364 ---—-891141§2-月日 修正 六、申請專利範圍 於基材之溫度及時間，包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至至 少1，60 0卞之溫度且歷時至少1小時。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該加熱帶有 =%性液相於其上的基材至足夠形成擴散貴金屬紹化物塗 s於基材之溫度及時間，包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至 1 ’ 6 0 0 F至2 ’ 1 0 0 F之溫度且歷時i小時至8小時。 16. 如申請專利範圍第"員之方法，《中，該粉狀金屬塗 裝組成物係透過一媒劑施用。 1 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該基材為一鎳 合金或一鉛合金。 18. —種帶有擴散貴金屬鋁化物塗裝於其上之物件，苴 中該擴散貴金屬鋁化物塗裝為一方法之產物，該方法 含： (a )提供一粉狀金屬塗裝組成物至金屬基材而形成經粉 狀金屬塗裝的基材，該組成物包含4〇%至8〇%(以全部施用 之粉狀金屬之重量計）含貴金屬粉末及2〇 %至6〇%(以施用的 粉狀金屬總量之重量計）粉狀載鋁成分； (b )加熱經粉狀金屬塗層的基材至足夠於塗裝基材表面 上形成暫時性液相之溫度及時間；以及隨後 (c )加熱帶有暫時性液相於其上的基材至足夠形成擴散 貴金屬紹化物塗裝於基材上的溫度及時間。 1 9·如申請專利範圍第丨8項之物件，其中，該含貴金屬 之粉末包含一種選自由鉑、鈀、釕、铑或其混合物組成的 組群之金屬。

   89114182.ptc 第28頁 499364 年 月 修正 案號 8911418? 六、申請專利範圍 2〇·如申請專利範圍第19項之物件，其中，該含貴金屬 之粉末包括一種翻—矽合金粉末，包含85%之鉑及至多15% 之矽。 21.如申請專利範圍第18項之物件，其中，粉狀載鋁成 分包含50%至75%之鋁及25%至50%之鉻。 2 2 ·如申δ月專利範圍第1 8項之物件，其中，該粉狀載鋁 成分包含35%至45%之鋁，35%至45%之鉻及1 〇%至30%之錳。 23·如申請專利範圍第21或22項之物件，其中，該粉狀 載銘成分包含一粉狀鋁合金。 2 4 ·如申叫專利範圍第丨8項之物件，其中，該粉狀載鋁 成分包含95%至1〇〇%之鋁。 25.如申請專利範圍第21或22項之物件，包含一種額外 載祐成分其包含9 5 %至1 〇 〇 %之鋁。 二6.Λ申：Λ利範圍第18項之物件，其中，該粉狀金屬 至多5%之選自由給綱及其混合物組 Λ7·Λ申Λ專入利範圍第24項之物件，其中，該粉狀金屬 組成物包含50%至80%(以全部施用之粉狀金屬之重 計）之鉑-矽合金粉末及20%至50%(以 重量計)之粉狀載紹成分。 ^用之如狀金屬 28·如申請專利範圍第i 8項之物件，i 狀金屬塗裝的基材至足夠於塗裝基材面 / =、、、广粉 相之溫度及時間，包含加埶經粉狀仝@ 乂 蚪性液 匕3加熱：杨狀金屬塗裝基材至至少 900 F之溫度且歷時至少〇·25小時。

   89114182.ptc 第29頁 499364 修正

   89114182 六、申請專利範圍 29·如申請專利範圍第28項之物件，苴中，兮| 土 片孟屬塗政的基材至足夠於塗裝基材表面上形成 相之溫度及時間，包含加埶 °F 5 1 4ηπ ^ „ ”、、、、二物狀金屬塗裝基材至1，100 F至1，400 F溫度且歷時〇· 25小時至2小時。 3 0 ·如申請專利範圍第】8項 ，^ ^ ^ ^ ^ 灿厶厘♦壯n # 丹τ δ亥加熱經粉 相：^1:ί材至足夠於塗裝基材表面上形成暫時性液 s 1 , n^〇 ^ a ，包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至9 5 0 Τ 至1，150 F之第一溫度且歷時〇5至1()小時，以及 熱塗裝後之基材至1 2 〇 〇 V泛1 q ς η。1? — # 刊王1，“1]1^至1，350卩之第二溫度且歷時1 小日寸 〇 V,j r's ^18 ^ ^5 ^ ^5 ^ ^ ^ ^ ^ ®目於八上的基材至足夠形成擴散貴金屬鋁化物塗 I 之溫度及時間，包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至 至乂1，60 0 °F之溫度且歷時至少丨小時。 3 士2·如申請專利範圍第31項之物件，其中，該加熱帶有 ，液相於其上的基材至足夠形成擴散貴金屬銘化物塗 g於土。材之溫度及時間包含加熱經粉狀金屬塗裝基材至 1，60 0 °F至2, 100卞之溫度且歷時}小時至8小時。 33·如申請專利範圍第18項之物件，其中，該粉狀金屬 塗裝組成物係透過一媒劑施用。 34.如申請專利範圍第2〇項之物件，其中，該基材為一 鎳合金或一鈷合金。