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CN117926228A - 需要修复的部件的涂层体系 - Google Patents

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CN117926228A
CN117926228A CN202311375306.0A CN202311375306A CN117926228A CN 117926228 A CN117926228 A CN 117926228A CN 202311375306 A CN202311375306 A CN 202311375306A CN 117926228 A CN117926228 A CN 117926228A
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CN
China
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nickel
cobalt
layer
coating
containing layer
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.)
Pending
Application number
CN202311375306.0A
Other languages
English (en)
Inventor
B·A·纳加拉吉
张利明
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.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

提供了在钴系超合金部件的表面上形成涂层体系的方法。该方法包括在钴系超合金部件的表面上形成镍系底层；在所述镍系底层上形成中间含镍层；以及热处理所述钴系超合金部件以在所述钴系超合金部件的表面上形成扩散涂层。中间含镍层包括镍、铬和铝。还提供了由该方法形成的涂覆的钴系超合金部件。

Description

需要修复的部件的涂层体系
技术领域
具体实施方式整体涉及部件上的保护涂层，更具体地，涉及包括在具有翼面的燃气涡轮机部件上的扩散涂层的涂层体系。
背景技术
燃气涡轮发动机中，空气被吸入发动机前部，由轴装式压缩机压缩，并与燃料混合。该混合物燃烧，产生的热燃烧气体通过安装在同一轴上的涡轮机。气流通过接触涡轮机叶片的翼面部分来转动涡轮机，其转动所述轴并向压缩机提供动力。涡轮气体越热，发动机的运行效率就越高。因此，存在提高涡轮机运行温度的动机。然而，涡轮机气体的最高温度通常受到用于制造涡轮机的涡轮机叶片和涡轮机叶片的材料的限制。
附图说明
本说明书参考附图针对本领域普通技术人员提出了本发明的完整且有效的公开内容，包括其最佳模式，其中：
图1A是燃气涡轮发动机的涡轮叶片形式的部件的透视图；
图1B是燃气涡轮发动机的喷嘴段形式的另一部件的透视图；
图2是在热处理之前在部件(例如图1A或图1B的翼面件)的表面上的示例性涂层体系的截面图；
图3是包括在热处理和形成TBC之后的包含MCrAlY涂层的示例性涂层体系的截面图；和
图4是修复翼面表面涂层的示例性方法的框图。
在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
发明内容
本发明涉及在需要修复的钴系超合金部件的表面上形成涂层体系的方法，该方法包括：
在所述钴系超合金部件的表面上形成镍系底层(primer layer)；
在所述镍系底层上形成中间含镍层，其中所述中间含镍层包括镍、铬和铝；
在所述中间含镍层上形成铝化物层；和
热处理所述钴系超合金部件，在所述钴系超合金部件的表面上从所述镍系底层、所述中间含镍层和所述铝化物层形成扩散涂层。
本发明还涉及修复的部件，包括：
具有表面的钴系超合金部件；和
在所述钴系超合金部件的表面上的扩散涂层，其中所述扩散涂层包括内部部分、中间含镍层和铝化物层。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施方式，其一个以上的实施例在附图中示出。详细说明使用数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和说明书中的相似或类似的标记用于指代本发明的相似或类似部分。
“示例性”一词在本文中用于表示“用作示例、举例或说明”。本文中描述为“示例性的”的任何实现方式不一定被解释为比其他实现方式更优选或更有利。此外，除非另有具体明确，否则本文所描述的所有实施方式应被视为示例性的。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述”包括复数形式。在例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中，术语“其中的至少一个”指仅A、仅B、仅C或A、B、和C的任何组合。
在本说明书和权利要求书中，范围限定是组合和互换的，除非上下文或语言另有说明，否则明确这些范围包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括其端点，并且端点可以彼此独立地组合。
在本发明中，当层被描述为在另一层或基底“之上”或“上面”时，应理解为除非明确相反，否则这些层可以彼此直接接触，或者在这些层之间具有另一层或者特征。因此，这些术语只是描述层彼此的相对位置，并不一定意味着“在顶部”，因为上面或下面的相对位置取决于设备相对于观察者的方向。
如本文所用，术语“涂层”是指以连续或不连续的方式布置在至少一部分下表面上的材料。此外，术语“涂层”并不一定意味着布置的材料的厚度均匀，布置的材料可以具有均匀或变化的厚度。术语“涂层”可以指单层涂层材料，也可以指多层涂层材料。涂层材料在多个层中可以是相同或不同的。
化学元素在本发明中使用其常用的化学缩写进行讨论，例如常用于元素周期表上。例如，氢以其常用的化学缩写H表示；氦以其常用的化学缩写He表示；等等
将保护层施加于涡轮机叶片(blade)或涡轮机轮叶(vane)部件的翼面上作为基底。保护层保护基底免受高温、高腐蚀性燃烧气体的环境性损害。例如，涡轮机翼面可以用涂覆有热喷涂MCrAlX(M为Ni、Co或其组合；X为Hf或Y)涂层的钴系超合金制造。形成保护层后，在部件中钻出冷却孔。
在涂层部件的修复期间，部件上残留的任何先前涂层都会被剥离(即去除)，但热喷涂厚涂层的重新涂覆将封闭冷却孔。相反，最先进的修复涂层是扩散涂层，如铂铝化物，其相对较薄，厚度通常为1.5密耳(38.1μm)至3.5密耳(88.9μm)。然而，这种薄的铂铝化物所提供的环境性保护达不到原先的热喷涂厚涂层。由于钴系合金上的铂铝化物扩散涂层的性能相比于镍系部件上的性能较差，因此加剧了钴系高温合金部件修复涂层的这种性能缺陷。
整体为适用于用作涡轮发动机的热气通道部件(例如翼面)的钴系高温合金部件提供涂层体系和方法。涂层体系特别适合用作修复涂层，该修复涂层可以在修复后提供增强的耐腐蚀性和抗氧化性。整体地，涂层体系具有多重扩散层化学结构，其至少包括镍系底层、中间含镍层和铝化物层(例如，铂铝化物)。这些层可以通过热处理在钴系超合金部件的表面上形成扩散涂层。
在不希望受任何特定理论约束的情况下，认为钴通过钴铝化物层从基础合金中的扩散在钴系合金的铝化物涂层工艺中起着关键作用。钴通过钴铝化物层的扩散速率极慢(相对于镍通过相应的镍铝化物的扩散速率而言)。因此，认为这种缓慢的扩散速率是在钴系合金上沉积足够厚度的钴铝化物涂层的限制因素。尽管钴的扩散速率相对较慢，本发明提供了在钴系超合金部件的表面上形成扩散涂层(包括铝化物)的方法。
在特定的实施方式中，扩散涂层可以降低燃气涡轮机部件对性能衰退(如低循环疲劳失效)的敏感性，同时保留与施加于部件的保护涂层相关的优点。本方法可以作为正常修复操作或维护操作的一部分来实现，而无需进行重大修改。
参考附图，图1A示出了燃气涡轮机发动机的示例性部件5，如燃气涡轮机叶片4所示。部件5(显示为涡轮机叶片4)包括翼面6、横向延伸的平台7、将部件5(显示为涡轮机叶片4)附接到涡轮盘(未示出)的燕尾式附件8。部件5具有暴露的、剥离的、需要修复的表面13。在去除其上的任何先前涂层之后，剥离的表面13可以在部件5上暴露，由于操作使用的退化、操作使用的损坏(例如，冲击或摩擦事件)、原始涂层中的缺陷或暴露表面13的其他事件，这些先前涂层可能已经需要修复。在一些部件中，多个内部通道21(例如，冷却通道)延伸穿过翼面6的内部，终止于翼面6表面13中的开口15。在特定实施方式中，开口15可以是经由内部通道21与冷却流体液体连通的膜孔。
图1B表示喷嘴段10形式的另一示例性部件5’，其可用作多个喷嘴段中的一个，这些喷嘴段在连接在一起时形成燃气涡轮发动机的环形喷嘴组件。与图1A类似，图1B所示的部件5’具有需要修复的暴露表面13’。喷嘴段10由多个轮叶12组成，每个轮叶限定翼面并在外平台14和内平台16之间延伸。轮叶12以及平台14和16可以分别形成再组装，例如通过将每个轮叶12的端部钎焊在平台14和16中限定的开口内。可替换地，整个喷嘴段10可以形成为一体的铸件。轮叶12通常具有前缘、后缘、压力侧(即凹侧)和吸力侧(即凸侧)。前缘有时被描述为限定于轮叶12的最前点(鼻部)。
当喷嘴段10与其他喷嘴段组装成喷嘴组件时，各喷嘴段的内部平台和外部部分平台分别形成连续的内部带和外部部分带，轮叶12在这些带之间周向分隔并径向延伸。由于常用冷却方案的复杂性，具有单独喷嘴段10的喷嘴组件的构造通常是有利的。图1B中所示的喷嘴段10被称为双组件(doublet)，因为每个喷嘴段10与两个轮叶12相关联。喷嘴段10可以配备有两个以上的轮叶12，例如，三轮叶(称为三组件(triplet))、四轮叶、六轮叶，或者配备有单个叶片以形成所谓的单组件(singlet)。如本领域所知，在单组件铸件和双组件铸件之间的设计考虑了与它们的不同构造和加工相关的优点。单组件喷嘴结构的一个显著优点是能够在轮叶12周围获得优异的涂层厚度分布，这除了提升抗氧化性和耐腐蚀性之外，还促进喷嘴之间喉部面积的控制以及不同级轮叶之间的均匀性。另一方面，尽管对涂层厚度的控制较少，双组件铸件排除了必需的高温钎焊操作。
类似于图1A，许多内部通道21(例如冷却通道)穿过图1B的轮叶12的内部，终止于轮叶12的表面13’中的开口15’。在特别的实施方式中，开口15’可以是通过内部通道21与冷却流体液体连通的膜孔。
在一个实施方式中，图1A的涡轮叶片4的翼面6和图1B的喷嘴段10的轮叶12位于发动机的涡轮部分，并受到来自发动机燃烧器的热燃烧气体的影响。除了强制空气冷却技术(例如，经由膜孔15)之外，还希望通过涂层体系保护这些部件5的表面13，如下面更详细的讨论。
图1A的部件5(显示为涡轮机叶片4)的翼面6和图1B的喷嘴段10的轮叶12由钴系超合金形成，该超合金可形成所需形状，并在即将安装喷嘴段的燃气涡轮机区域的预期操作温度下承受必要的操作载荷。在典型的实施方式中，钴系超合金部件具有精细γ-(M)(面心立方)和β-(M)Al(体心立方)的两相结构。β-(M)Al相是铝(Al)储层。例如，涡轮机翼面6或轮叶12最初可以由钴系超合金制造，该钴系超高温合金具有初始厚度为125μm至385μm的铝系涂层的热喷涂涂层。在使用期间，表面附近的铝可能会扩散到TBC界面而耗尽，在扩散涂覆的基底表面上形成α-Al2O3热生长氧化物。因此，在使用之后，钴系超合金部件可能具有铝缺陷，其可在上覆的TBC劣化或去除之后暴露。
尽管以上和图1A以及1B中针对部件5(例如，涡轮叶片4和喷嘴段10)进行了描述，但以下修复涂层体系18(图2)可用于燃气涡轮机发动机的任何需要修复的部件。如上所述，在去除部件5上的任何先前涂层之后，剥离表面13可以在部件5上暴露，这些涂层可以通过任何合适的方法去除，包括但不限于机械方法(例如研磨)、化学方法(例如化学蚀刻)或其组合。部件5可能由于操作使用的劣化、操作使用的损坏(例如，碰撞或摩擦事件)、原始涂层中的缺陷或暴露表面13的其他情况而需要修复。
参考图2，示例性涂层体系18显示为包括多个在热处理之前的层22。在所示的实施方式中，镍系底层20显示在钴系超合金部件5的表面13上。中间含镍层30在镍系底层20上。最后，铝化物层34(例如，铂铝化物)在中间含镍层30上。下面将更详细地讨论这些层中的每一层。应注意的是，示出的层没有以相对厚度来描述。例如，镍系底层20可以沉积到明显小于中间含镍层30的厚度。例如，镍系底层20的厚度可以沉积到小于中间含镍层30厚度的25％，例如小于10％。
在沉积多个层22期间，多个层中的各个层都可以沉积在开口15的内部通道21内，同时保持内部通道21打开以供流体从中流过。也即，镍系底层20、中间含镍层30和铝化物层34中的每一个可以以保持通道打开以供流体流过的方式形成在冷却孔15的内部通道21内的内表面13上。
在特别实施方式中，镍系底层20可直接形成在钴系超合金部件5的表面13上。镍系底层20可以由元素镍形成，例如通过将元素镍镀到超合金部件5的表面13上。镍系底层20通常用作结合层，以增加钴系超合金部件5与上覆的中间含镍层30之间的亲和力。
镍系底层20可以形成一个相对较薄的层，该层足以增加上覆层的结合，同时保持足够薄，从而不会增加所得扩散涂层的总厚度，避免封闭表面13内的膜孔。例如，镍系底层20的厚度可以为12.5μm至25μm。在施加镍系底层20之后，冷却孔15保持打开。
如前所述，中间含镍层30可形成在镍系底层20上。在特别的实施方式中，中间含镍层30直接形成在镍系底层20上。在特别的实施方式中，中间含镍层30可以包括Cr、Co、Al和Ni。
在一个实施方式中，在形成铂族金属层之前，中间含镍层30可以沉积有组合物，按重量计，该组合物包含高达25％的Cr(例如，10％至25％的Cr)、6至7％的Al、高达1％的Hf(例如，0.1％至1％Hf)、高达0.5％的Y(例如，0.1至0.5％的Y)、8至12％的Co、5至7％的Ta、1至3％的Re、0.5至1.5％的Si，高达0.5％Zr(例如0.0001％至0.5％的Zr)，其余为Ni。在某些实施方式中，MCrAlY层在其组成中包括增强成分(例如Re、Ta、Hf、Zr、Si或其混合物)。例如，沉积的MCrAlY层(例如，在Pt电镀和Al沉积之前)可以包括按重量计5至7％的Ta、1至3％的Re，或者两者。例如，中间含镍层包括MCrAlX，其中M是任选存在Co的Ni，并且其中X是Hf、Y、Zr或其组合(例如，NiCoCrAlY、NiCrAlY等，或其组合)。在另一个实施方式中，中间含镍层包括NiAl(CrZr)。
中间含镍层30根据任何合适的施加工艺形成在部件5的表面13上。非限制性实例包括等离子体沉积(例如，离子等离子体沉积、真空等离子体喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD))、高速氧燃料(HVOF)技术、高速空气燃料(HVAF)技术、物理气相沉积，化学气相沉积(CVD)、空气等离子喷涂(APS)、冷喷涂和激光烧蚀。在一个实施方式中，中间含镍层30通过热喷涂技术(例如，VPS、LPPS、HVOF、HVAF、APS、冷喷涂等)来施加。在一个特别的实施方式中，中间含镍层30经由离子等离子体沉积形成。
中间含镍层30可以在表面13上形成25μm至130μm(例如，25μm到100μm)的厚度。通过保持中间含镍层30相对较薄，可以理解，在表面13内限定的任何开口15(例如，膜孔)即使不使用掩模或其他沉积阻挡方法也可以保持打开。
然后可以在中间含镍层30上形成铝化物层34，以进一步提高抗氧化性。在一个特定实施方式中，铝化物层34可包括铝金属间化合物、γ相(gamma phase)、γ′相(gammaprime phase)等，其可通过任何合适的方法形成。例如，铝化物层34可以通过任何可操作的方法沉积，例如通过包埋渗铝(aluminiding by pack cementation)，或者包括气相铝化的其他工艺。
在一个实施方式中，铝化物层34通过气相铝化法沉积。例如，卤化氢气体(例如氯化氢或氟化氢)与铝金属或铝合金接触以形成相应的卤化铝气体。如果需要，可以从相应的气体将其他元素掺杂到铝化物层34中。在一个循环时间期间(例如，4至20小时的循环)，沉积发生在900℃至1065℃的高温下。然而，与其他高温合金相比，钴系基底的这些沉积温度略低，这是出乎意料的，因为钴的扩散速率相对较慢。铝化物层34的厚度优选为12至125μm(例如25μm至100μm，例如35μm至75μm)。如果需要，沉积技术允许合金元素从卤化物气体共沉积到铝化物层34中。
当铝化物层34包含铂铝化物时，在特别的实施方式中，铝化物34可以在多层沉积工艺中形成，该工艺包括在中间含镍层上形成铂族金属层31，然后在铂族金属层31上形成铝化物涂层32。
在这样的实施方式中，铂族金属层31沉积在中间含镍层30上。铂族金属层31通常包括铂、铑、钯、钌、锇、铱或其混合物。这些元素具有相似的物理和化学性质，并且往往一起出现在同一矿床中。在一个实施方式中，铂族金属层31中包括钯族-铂族金属(即，铂、铑、钯或其混合物)。在一个特别的实施方式中，铂族金属层31通常包括铂，但也可以包括其他元素(例如，钯、铑或其组合)。例如，铂族金属层31可以包括铂-钯合金、铂-铑合金或铂-钯-铑合金。在一个实施方式中，铂族金属层31包括至少50重量％(例如75重量％至100重量％)的铂。
在大多数实施方式中，铂族金属层31的合适厚度为1μm至10μm(例如，3μm至7μm)。在所示的实施方式中，由于铂族金属层31的这种相对薄的性质，铂族金属膜31直接形成在中间含镍层30上。
铂族金属层31可以通过任何合适的工艺形成。例如，在一个特别的实施方式中，铂族金属层31通过电沉积工艺(例如，电镀)沉积，也可以替代地使用溅射、刷镀等。电镀可以在室温下进行(例如，20至25℃)。在一个实施方式中，通过将含铂族金属的溶液(例如，含铂溶液)放入沉积槽中并将铂族金属从该溶液沉积到中间含镍层上来实现电沉积过程。例如，当沉积铂时，含铂的水溶液可以包括Pt(NH3)4HPO4，并且电压/电流源可以在1/2-10安培每平方英尺的制品接触表面下操作。
然后，在本实施方式中，可以将铝化物涂层32施加到铂族金属层31上，以进一步提高抗氧化性。在一个特别的实施方式中，铝化物涂层32可以包括铝金属间化合物、γ相、γ′相等。铝化物涂层32沉积在铂族金属层31之上。铝化物涂层32可以通过任何合适的方法形成为2至100μm(例如，25至100μm，例如35至75μm)的厚度。例如，铝化物涂层32可以通过任何可操作的方法沉积，例如通过包埋渗铝，或包括气相渗铝的其他工艺(如以上关于铝化物层34所讨论的)。因为铝的沉积在高温下进行，所以沉积的铝原子与铂族金属层31(或相互扩散的铂/基底区域)相互扩散、与表面13的材料相互扩散或与两者相互扩散以形成扩散区。
在图2所示的实施方式中，铝化物涂层32沉积在整个表面13上、在表面13的任意空腔和任意开口15(例如，膜孔)中，以及铂族金属层31上。
在处理期间，铝化物涂层32与铂族金属层31反应，形成包括铂铝化物的铝化物层34。也即，包括铂铝化物的铝化物层34包含铂族金属和铝，例如铂改性铝化物(PtAl)，但是可以包含其他组分(例如，铂改性镍铝化物)。因此，铂族金属镀覆，然后扩散铝化物，产生“包括铂铝化物的铝化物层34”，其中该涂层的外层除了扩散铝化物之外还具有铂族金属(例如，铂)。
在形成镍系底层20、中间含镍层30和铝化物层34(例如，铂铝化物)之后，可以对该部件进行热处理，以在钴系超合金部件5的表面13上形成扩散涂层40(图3)。在一个实施方式中，在900至1065℃的处理温度下在真空中(例如，在10托以下的处理压力，例如，在1托以下的处理压力)进行一段时间(例如，处理时间为1至4小时)的热处理。在该热处理期间，部件的材料(例如钴)与镍系底层20、中间含镍层30和铝化物层34的材料一起扩散。如上所述，即使钴通过铝化物层34的扩散速率非常慢(相对于镍通过相应的镍铝化物的扩散速率)，在扩散涂层40的形成中，钴从部件5扩散到扩散涂层40中起着关键作用。
如图3所示，通常，所得涂层体系18在其整个厚度上具有组成梯度，并包括内部部分41、中间部分43和外部部分45。隔热涂层(TBC)36可选地定位在涂层体系18与部件5相对的表面上。然而，在特定的实施方式(未示出)中，涂层体系18在外部部分45的表面上完全没有任何TBC36，使得外部部分45限定了涂层部件5的外表面。
当包括TBC时，内部部分41通常对应于镍系底层20，并且是部件5的最内部扩散层，而外部部分45与部件相对并且与TBC36(在包括TBC时)相邻。内部部分41、中间部分43和外部部分45中的每一个整体可以限定涂层体系18的一定厚度。在某些实施方式中，内部部分41可以具有小于中间部分43的中间厚度的内部厚度。在一个实施方式中，扩散涂层40的厚度为60至100μm(例如，75至85μm)。
在一个实施方式中，涂层体系18具有组成梯度，与中间部分43的组成相比，外部部分45具有相对低浓度的Ni和相对高浓度的Pt和Al。因此，外部部分45具有良好的氧化性质和对TBC(或其上的其它层)的粘附性。然而，在中间部分43、内部部分41或两者中增加的Ni浓度可以提升耐腐蚀性。
为了提高部件5的空气动力学性能，将涂层体系18沉积和处理为具有光滑的表面光洁度，例如3μm以下的表面粗糙度(Ra)。在一个实施方式中，涂层体系18的表面粗糙度(Ra)优选为小于3μm(例如0.75至2.75μm，例如1.25至2.25μm)。
图3还示出了在涂层体系18上具有可选的热障涂层(TBC)36(这在需要进一步的保护(例如，在将在非常高的温度下使用的轮叶12表面上)时是特别有用的)的涂层体系18。在特定的实施方式中，TBC 36也可以沉积在内部带和外部带的表面上。例如，TBC36可以完全由一种以上的陶瓷组合物组成。TBC 36可以通过任何可操作的技术施加，电子束物理气相沉积(EB-PVD)是优选的氧化钇稳定的氧化锆涂层的优选技术。EB-PVD工艺可以在高温工艺之前或之后进行，高温工艺可能影响粘结涂层中元素的分布。EB-PVD工艺本身通常在高温下进行。其他涂层、涂层组合物和涂层厚度也在本发明的范围内。
为了提高喷嘴组件的空气动力学性能，对TBC 36进行沉积和处理，使其具有非常光滑的表面光洁度，例如1.5μm以下的Ra。在一个实施方式中，TBC 36优选地具有小于3μm的沉积表面粗糙度(Ra)。此后，优选地对TBC 36的表面进行处理，优选地进行喷丸(peening)处理，然后进行翻滚(tumbling)处理，以提高TBC36的表面光洁度。在喷丸和翻滚之后，TBC36的表面粗糙度优选为不高于2.0μm Ra，轮叶凹面和前缘的典型范围为1.3至1.8μm Ra；轮叶凸面的典型范围是0.5至1.0μm Ra。
本发明特别适用于在以相对高温为特征的环境中运行的部件，特别适用于图1A和1B所示类型的部件，因此受到严重氧化和腐蚀性运行环境的影响。应当注意，当结合以下说明查看附图时，绘制附图的目的是为了清楚起见，因此并非为按比例绘制。
在部件5的修复时，整体还提供了在部件5(例如翼面)的表面上形成涂层的方法。例如，该方法可以是用于形成涂层系统的多步骤工艺，特别适用于涂层系统的修复。在一个实施方式中，重新涂覆包括多个步骤，包括：去除表面上的任何现有涂层；形成镍系底层，使后续层在所述钴系超合金部件上更好的粘合；形成中间含镍层(例如，MCrAlX，其中M是任选存在Co的Ni，并且X是Hf、Y、Zr或其组合)；形成铝化物层(例如包括铂铝化物的铝化物)以提供改进的耐腐蚀性和抗氧化性；以及对所述层进行热处理以形成扩散涂层。
参考图4，整体示出了用于在需要修复的部件表面上形成涂层的示例性方法400的流程图。在401，如果任何先前的涂层仍然存在于部件的表面上，则可以任选地剥离该涂层。在402，将镍系底层沉积在钴系超合金部件的表面上，例如上述的电镀工艺。在404，在镍系底层上沉积中间含镍层。在406，在中间含镍层上形成铝化物层。然后可以在408对层进行热处理，例如通过如上所述加热至900至1200℃的处理温度。
以下条款的主题提供了进一步的方面：
在需要修复的钴系超合金部件表面形成涂层体系的方法，该方法包括：在钴系超高温合金部件表面上形成镍系底层；在所述镍系底层上形成中间含镍层，其中所述中间镍层包括镍、铬和铝；在所述中间含镍层上形成铝化物层；和热处理所述钴系超合金部件，在所述钴系超合金部件的表面上从所述镍系底层、所述中间含镍层和所述铝化物层形成扩散涂层。
前述任一条款所述的方法，其中热处理在900至1200℃的处理温度下进行。
前述任一条款所述的方法，其中所述镍系底层的厚度为12.5至25μm。
前述任一条款所述的方法，其中所述镍系底层包含元素Ni。
前述任一条款所述的方法，其中形成镍系底层包括镍镀覆将元素Ni到钴系超合金部件的表面上。
前述任一条款所述的方法，其中所述中间含镍层包含MCrAlX，其中M为任选存在Co的Ni，X为Hf、Y、Zr或其组合。
前述任一条款所述的方法，其中所述中间含镍层包含NiCoCrAlY、NiCrAlY或其组合。
前述任一条款所述的方法，其中所述中间含镍层包含NiAl(CrZr)。
前述任一条款所述的方法，其中所述中间含镍层的厚度为25至130μm。
前述任一条款所述的方法，其中所述中间含镍层的铬含量高于所述钴系超合金部件。
前述任一项的方法，其中在中间含镍层上形成铝化物层包括：在中间含镍层上形成铂族金属层；和在铂族金属层上形成铝化物涂层，使得铝化物层包含铂铝化物。
前述任一条款所述的方法，其中形成铝化物涂层包括用卤化铝进行气相铝化。
前述任一条款所述的方法，其中所述铝化物涂层形成为25至100μm的厚度。
前述任一条款所述的方法，其中所述钴系超合金部件的表面限定多个开口，在其上形成所述扩散涂层之后，所述多个开口中的每个开口保持打开。
前述任一条款所述的方法，其中所述表面延伸到多个内部通道中，所述多个内部通道中的每个内部通道从所述多个开口中的相应开口延伸，使得扩散涂层在多个内部通道内形成，同时保持所述多个内部通道打开以供流体从中流过。
前述任一条款所述的方法，还包括：在形成所述扩散涂层之后，在所述扩散涂层上形成热障涂层。
前述任一条款所述的方法，还包括：在形成镍系底层之前，从钴系高温合金部件的表面剥离先前的涂层。
修复的部件，包括：具有表面的钴系高温合金部件；以及在所述钴系超合金部件的表面上的扩散涂层，其中所述扩散涂层包括内部部分、中间含镍层和铝化物层。
前述条款中任一项所述的修复的部件，其中所述内部部分包含元素Ni。
前述条款中任一项所述的修复的部件，其中所述中间含镍层包含MCrAlX，其中M为任选存在Co的Ni，X为Hf、Y、Zr或其组合。
前述条款中任一项所述的修复的部件，其中所述铝化物层包括铂铝化物，其中修复的部件在扩散涂层上不存在任何热障涂层。
本说明书使用实施例来公开本发明，包括其最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这些其他实施例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元素，则这些其他实施例旨在在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.在需要修复的钴系超合金部件的表面上形成涂层体系的方法，所述方法包括：
在所述钴系超合金部件的表面上形成镍系底层；
在所述镍系底层上形成中间含镍层，其中所述中间含镍层包括镍、铬和铝；
在所述中间含镍层上形成铝化物层；和
热处理所述钴系超合金部件，在所述钴系超合金部件的表面上由所述镍系底层、所述中间含镍层和所述铝化物层形成扩散涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热处理在900至1200℃的处理温度下进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述镍系底层的厚度为12.5至25μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述镍系底层包括元素Ni。
5.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述镍系底层包括通过镍镀覆将所述元素Ni镀覆到所述钴系超合金部件的表面上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间含镍层包括MCrAlX，其中M为任选存在Co的Ni，X为Hf、Y、Zr或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间含镍层包含NiCoCrAlY、NiCrAlY或其组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间含镍层包含NiAl(CrZr)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间含镍层的厚度为25至130μm。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间含镍层的铬含量高于所述钴系超合金部件。
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