專利名稱：用于將一合金沉積到一基底上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將一合金沉積到一基底上的方法。
已公知一些用于在一基底上敷設(shè)涂層的不同方法，例如等離子金屬噴鍍、電鍍沉積或蒸發(fā)鍍膜等。
在1992年第8期的電化學(xué)報(bào)(Bulletin of Electrochemistry 8(8)，1992)第390至392頁(yè)上由G.Devaray撰寫的標(biāo)題為“電沉積材料的方法-用于航空宇宙及其他領(lǐng)域的新工藝的一種回顧(Electro deposited composites-a reviewon new technologies for aerospace and other field)”的文章中給出了對(duì)用于電化學(xué)沉積涂層的方法的一個(gè)總概述。
德國(guó)專利申請(qǐng)DE 101 13 767 A1公開(kāi)了一種電解電鍍方法。
德國(guó)專利說(shuō)明書DE 39 43 669 C2公開(kāi)了一種用于通過(guò)電解方式來(lái)進(jìn)行表面處理的方法和裝置，其中，通過(guò)震動(dòng)運(yùn)動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將用于形成涂層的材料成分充分混合，因此沉積出一層均勻的電解層。
其他用于形成涂層的電解方法可以從GB 2 167 446 A、EP 443 877 A1以及從在1982年1月份“電鍍及表面處理”期刊中從第77頁(yè)開(kāi)始由J.Zahavi等人撰寫的標(biāo)題為“電沉積復(fù)合材料層的特性(Properties of electrodepositedcomposite coatings)”的文章中獲知，在這些文獻(xiàn)中，采用在電解液中不溶解的顆粒，以便使顆粒一起沉積在涂層中。
在電化學(xué)領(lǐng)域報(bào)(Electrochemical Society Proceedings)第95-18卷第543頁(yè)上由Sarhadi等人撰寫的標(biāo)題為“低電流密度電鍍池的改進(jìn)(Developmentofa low current density eletroplating bath)....”中描述了采用一些含有鈷的、鎳的或鐵的化合物的電鍍槽(Bder)。
在US-PS 6,375,823 B1記載了一種電解式的涂層方法，其中，采用一超聲波探測(cè)器。
在DE 195 45 231 A1中記載了一種用于通過(guò)電解沉積來(lái)形成金屬層的方法，其中采用了脈沖電流或脈沖電壓方法。但是這樣的方法只是用于減小沉積槽的老化現(xiàn)象。
US 2001/00 54 559 A1公開(kāi)了一種通過(guò)電解形成涂層的方法，其中，采用了脈沖電流，以便在電解形成金屬涂層期間防止不希望地產(chǎn)生氫。
在DE 196 53 681 C2中公開(kāi)了一種用于通過(guò)電解沉積來(lái)形成一層純銅涂層的方法，其中采用了脈沖電流或脈沖電壓方法。
在DE 100 61 186 C1中描述了一種用于電鍍沉積的方法，其中采用了周期性電流脈沖。
V.Sova在Trans IMF，1987年，第65期第21頁(yè)起的文章“用于防止高溫腐蝕的電沉積復(fù)合材料涂層(electrodeposited composite coatings forprotection from high temperature corrosion)”中描述了一種電解沉積方法，其中采用在電解液中不溶解的用于待敷設(shè)的涂層的顆粒。并同樣也描述了采用脈沖電流。
采用上述方法敷設(shè)的涂層在某些條件下相對(duì)于所述基底具有較差的附著性。另外，只能夠沉積具有一種穩(wěn)定組成成分的材料。
因此，本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)。
上述目的通過(guò)一種按照權(quán)利要求1所述的用于將一合金沉積到一基底上的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)采用脈沖電流或者通過(guò)產(chǎn)生材料成分成梯度分級(jí)的涂層來(lái)改善在所述基底上的涂層的附著性以及沉積率。
在從屬權(quán)利要求中記載了本發(fā)明方法的其他有利設(shè)計(jì)。
在附圖中詳細(xì)地表示出了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，附圖中
圖1示出一用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置；以及圖2表示用于本發(fā)明方法的一電流/電壓脈沖的序列。
圖1示出一用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置1，在一容器4中裝有一種電解質(zhì)7、一電極10和一有待涂層的基底13。該有待涂層的基底13例如是一燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的由以鎳、鈷或鐵為基的超級(jí)合金制成的一燃燒室內(nèi)襯、一外殼件或一透平葉片，但該構(gòu)件在所述基底(MCrAlY)上也可以已經(jīng)具有一涂層。
該基底13和電極10通過(guò)電引線19與一電源16導(dǎo)電連接。該電源16產(chǎn)生脈沖電流/電壓(見(jiàn)圖2)。
在電解質(zhì)7中包含一合金的應(yīng)該沉積到所述基底13上的各種成分。因此，電解質(zhì)7包含一合金的第一種成分28以及第二種成分31。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇過(guò)程參數(shù)(見(jiàn)圖2)將成分28、31沉積到基底13上。同樣可以在所述待制造的涂層中通過(guò)適當(dāng)選擇過(guò)程參數(shù)產(chǎn)生在化學(xué)成分中的梯度。例如將一種合金MCrAlY沉積到基底13上，其中，M對(duì)應(yīng)至少鐵、鈷或鎳族中的一種元素?；蛘咄ㄟ^(guò)向電解質(zhì)中添加適當(dāng)?shù)目扇芙獾柠}或者通過(guò)使不溶解的作為固體顆粒沉積的微粒粉末懸浮在電鍍槽中來(lái)引入合金元素Cr、Al、Y以及所選擇的其他元素，例如至少兩種成分例如以鹽的形式溶解在電解質(zhì)7中。通過(guò)一后續(xù)的加熱過(guò)程可以使涂層均勻化或濃縮變密或者可以在該涂層中形成某種金相。
用一個(gè)可安置在電解質(zhì)7中且通過(guò)一個(gè)超聲波發(fā)生器25來(lái)控制的超聲波探測(cè)器22改善所述成分28、31在基底13范圍內(nèi)的流體動(dòng)力特性和混合以及使所述沉積過(guò)程加速。振蕩頻率例如高于1kHz。對(duì)應(yīng)于所述合金的至少一種、尤其對(duì)應(yīng)于該合金的每種成分28、31來(lái)確定電流/電壓強(qiáng)度、脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間歇時(shí)間。
圖2表示一可重復(fù)的電流脈沖40的一示范性的連續(xù)行。一個(gè)序列34由至少兩個(gè)方塊37構(gòu)成。在圖2中該序列由四個(gè)方塊37構(gòu)成。但是它也可以由三個(gè)、五個(gè)或更多的方塊37組成。每個(gè)方塊37由至少一個(gè)電流脈沖40構(gòu)成。在圖2中它們由三個(gè)、四個(gè)或六個(gè)電流脈沖40組成。但是每個(gè)方塊37也可以采用兩個(gè)、五個(gè)或六個(gè)以上的電流脈沖40。每個(gè)電流脈沖40是通過(guò)其持續(xù)時(shí)間ton、最大電流強(qiáng)度Imax以及其形狀(矩形、三角形、...)來(lái)表示的。作為過(guò)程參數(shù)同樣重要的是各電流脈沖40之間的間歇時(shí)間toff以及方塊37之間的間隔時(shí)間。
所述序列可以同樣隨時(shí)間改變。
所述序列34包括例如具有三個(gè)電流脈沖40及在它們之間又存在一間歇的一個(gè)第一方塊37。接下來(lái)是(因?yàn)橐c另一種成分相協(xié)調(diào)而)具有更大或更小電流強(qiáng)度以及由六個(gè)電流脈沖40組成的一個(gè)第二方塊37。在經(jīng)過(guò)另一個(gè)間隔時(shí)間后接下來(lái)是沿相反方向的四個(gè)電流脈沖40，也就是說(shuō)，具有已變化的極性，以便于達(dá)到調(diào)整合金成分、氫解吸作用或活化作用的目的。
每個(gè)方塊37因此可以具有不同數(shù)量的電流脈沖40、脈沖持續(xù)時(shí)間ton或脈沖間歇時(shí)間toff。
作為序列34的結(jié)尾是另一個(gè)具有四個(gè)電流脈沖的方塊37。該序列34可以多次地重復(fù)。
所述單個(gè)脈沖時(shí)間ton優(yōu)選高數(shù)量級(jí)地約為1至100毫秒。所述方塊37的持續(xù)時(shí)間高達(dá)10秒的數(shù)量級(jí)，所以在一個(gè)方塊37中可以發(fā)送高達(dá)5000個(gè)脈沖。
不僅在脈沖持續(xù)期間、而且在間歇時(shí)間內(nèi)都可以選擇加設(shè)一微弱的電位(基礎(chǔ)電流)。由此避免電沉積的中斷，而這種中斷可能引起不均勻。
一方塊37以其參數(shù)與一合金的成分28、31相協(xié)調(diào)，以便于達(dá)到這些成分的最佳沉積。這些參數(shù)可以在各次實(shí)驗(yàn)中確定。一最佳的方塊37導(dǎo)致根據(jù)該方塊37優(yōu)化選擇的成分最佳地沉積，也就是說(shuō)，改善了沉積的持續(xù)時(shí)間和方式。同樣其他成分也被沉積。這種優(yōu)化可以針對(duì)該合金的至少另一種成分、比如所有成分31來(lái)進(jìn)行。因此達(dá)到成分28、31的優(yōu)化組成。
例如通過(guò)各方塊37的持續(xù)時(shí)間可以確定各成分28、31在待敷設(shè)涂層中的份額。同樣可以在該涂層中產(chǎn)生材料成分梯度。這通過(guò)相應(yīng)地延長(zhǎng)或縮短所述與一種成分28、31最佳協(xié)調(diào)的方塊37的持續(xù)時(shí)間、電流/電壓強(qiáng)度或每個(gè)方塊的脈沖40的數(shù)量來(lái)達(dá)到，也就是說(shuō)，通過(guò)改變序列34來(lái)達(dá)到。
當(dāng)例如一種成分28、31的沉積率基于已沉積的涂層隨時(shí)間變化時(shí)，一序列34也可以變化。
同樣，在電解質(zhì)7中可以含有和沉積例如作為次相的其他非合金成分。
權(quán)利要求
1.一種用于將具有至少兩種成分的合金作為涂層電解沉積到一基底(13)上的方法，該基底(13)安置在一電解質(zhì)(37)中，使所述合金的至少兩種成分(28、31)懸浮和/或溶解在該電解質(zhì)(37)中，其中，重復(fù)采用多個(gè)組成一序列(34)的電流/電壓脈沖(40)以用于所述電解沉積，其中，所述序列(34)由至少兩個(gè)不同的方塊(37)組成，一方塊(37)由至少一個(gè)電流脈沖(40)構(gòu)成，一方塊(37)分別與所述合金的一種成分(28、31)相協(xié)調(diào)，以便于達(dá)到該成分(28、31)的最佳沉積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述電解質(zhì)(7)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述電解質(zhì)(7)中有一個(gè)超聲波探測(cè)器(19)在工作。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于電解沉積的電流/電壓脈沖(40)通過(guò)其隨時(shí)間變化的尤其具有矩形或三角形形狀的曲線來(lái)確定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了電解沉積而采用一電流/電壓脈沖(40)，在此，既可以采用正電流/電壓脈沖(40)，也可以采用負(fù)電流/電壓脈沖(40)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)電流脈沖(40)的數(shù)量、脈沖持續(xù)時(shí)間(ton)、脈沖間歇時(shí)間(toff)、最大電流強(qiáng)度(Imax)以及隨時(shí)間的變化曲線來(lái)確定每個(gè)方塊(37)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使每個(gè)方塊(37)分別與所述合金的一種成分(28、31)相協(xié)調(diào)，以便達(dá)到所述成分(28、31)的最佳組成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為合金將MCrAlY層沉積到一基底(13)上，其中，M至少為鐵、鈷或鎳元素組中的一種元素。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所要制成的一合金層中使所述材料成分形成梯度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述電流脈沖(40)和/或在所述時(shí)間間歇內(nèi)疊加一基礎(chǔ)電流。
全文摘要
迄今為止的電解沉積方法只能較差地將合金的成分沉積到一基底上。而按照本發(fā)明的方法通過(guò)使所述用于電解沉積的電流/電壓脈動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)將一合金層沉積到一基底(13)上。
文檔編號(hào)C25D5/20GK1729314SQ200380106920
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者馬克·德沃格萊里, 丹尼爾·科特維萊西, 拉爾夫·賴歇, 賴納·安東 申請(qǐng)人:西門子公司