專利名稱：用于將一合金沉積到一基底上的方法
技術領域：
本發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涂層的不同方法，例如等離子金屬噴鍍、電鍍沉積或蒸發鍍膜等。
在1992年第8期的電化學報(Bulletin of Electrochemistry 8(8)，1992)第390至392頁上由G.Devaray撰寫的標題為“電沉積材料的方法-用于航空宇宙及其他領域的新工藝的一種回顧(Electro deposited composites-a reviewon new technologies for aerospace and other field)”的文章中給出了對用于電化學沉積涂層的方法的一個總概述。
德國專利申請DE 101 13 767 A1公開了一種電解電鍍方法。
德國專利說明書DE 39 43 669 C2公開了一種用于通過電解方式來進行表面處理的方法和裝置，其中，通過震動運動和/或旋轉運動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頁開始由J.Zahavi等人撰寫的標題為“電沉積復合材料層的特性(Properties of electrodepositedcomposite coatings)”的文章中獲知，在這些文獻中，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。
在電化學領域報(Electrochemical Society Proceedings)第95-18卷第543頁上由Sarhadi等人撰寫的標題為“低電流密度電鍍池的改進(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(Bder)。
在US-PS 6,375,823 B1記載了一種電解式的涂層方法，其中，采用一超聲波探測器。
在DE 195 45 231 A1中記載了一種用于通過電解沉積來形成金屬層的方法，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象。
US 2001/00 54 559 A1公開了一種通過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生氫。
在DE 196 53 681 C2中公開了一種用于通過電解沉積來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頁起的文章“用于防止高溫腐蝕的電沉積復合材料涂層(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。
采用上述方法敷設的涂層在某些條件下相對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定組成成分的材料。
因此，本發明的目的是克服上述缺點。
上述目的通過一種按照權利要求1所述的用于將一合金沉積到一基底上的方法來實現。
通過采用脈沖電流或者通過產生材料成分成梯度分級的涂層來改善在所述基底上的涂層的附著性以及沉積率。
在從屬權利要求中記載了本發明方法的其他有利設計。
在附圖中詳細地表示出了本發明的一種實施方式，附圖中

圖1示出一用于實施本發明方法的裝置；以及圖2表示用于本發明方法的一電流/電壓脈沖的序列。
圖1示出一用于實施本發明方法的裝置1，在一容器4中裝有一種電解質7、一電極10和一有待涂層的基底13。該有待涂層的基底13例如是一燃氣輪機或蒸汽輪機的由以鎳、鈷或鐵為基的超級合金制成的一燃燒室內襯、一外殼件或一透平葉片，但該構件在所述基底(MCrAlY)上也可以已經具有一涂層。
該基底13和電極10通過電引線19與一電源16導電連接。該電源16產生脈沖電流/電壓(見圖2)。
在電解質7中包含一合金的應該沉積到所述基底13上的各種成分。因此，電解質7包含一合金的第一種成分28以及第二種成分31。通過適當地選擇過程參數(見圖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適當選擇過程參數產生在化學成分中的梯度。例如將一種合金MCrAlY沉積到基底13上，其中，M對應至少鐵、鈷或鎳族中的一種元素。或者通過向電解質中添加適當的可溶解的鹽或者通過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7中。通過一后續的加熱過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。
用一個可安置在電解質7中且通過一個超聲波發生器25來控制的超聲波探測器22改善所述成分28、31在基底13范圍內的流體動力特性和混合以及使所述沉積過程加速。振蕩頻率例如高于1kHz。對應于所述合金的至少一種、尤其對應于該合金的每種成分28、31來確定電流/電壓強度、脈沖持續時間和脈沖間歇時間。
圖2表示一可重復的電流脈沖40的一示范性的連續行。一個序列34由至少兩個方塊37構成。在圖2中該序列由四個方塊37構成。但是它也可以由三個、五個或更多的方塊37組成。每個方塊37由至少一個電流脈沖40構成。在圖2中它們由三個、四個或六個電流脈沖40組成。但是每個方塊37也可以采用兩個、五個或六個以上的電流脈沖40。每個電流脈沖40是通過其持續時間ton、最大電流強度Imax以及其形狀(矩形、三角形、...)來表示的。作為過程參數同樣重要的是各電流脈沖40之間的間歇時間toff以及方塊37之間的間隔時間。
所述序列可以同樣隨時間改變。
所述序列34包括例如具有三個電流脈沖40及在它們之間又存在一間歇的一個第一方塊37。接下來是(因為要與另一種成分相協調而)具有更大或更小電流強度以及由六個電流脈沖40組成的一個第二方塊37。在經過另一個間隔時間后接下來是沿相反方向的四個電流脈沖40，也就是說，具有已變化的極性，以便于達到調整合金成分、氫解吸作用或活化作用的目的。
每個方塊37因此可以具有不同數量的電流脈沖40、脈沖持續時間ton或脈沖間歇時間toff。
作為序列34的結尾是另一個具有四個電流脈沖的方塊37。該序列34可以多次地重復。
所述單個脈沖時間ton優選高數量級地約為1至100毫秒。所述方塊37的持續時間高達10秒的數量級，所以在一個方塊37中可以發送高達5000個脈沖。
不僅在脈沖持續期間、而且在間歇時間內都可以選擇加設一微弱的電位(基礎電流)。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以其參數與一合金的成分28、31相協調，以便于達到這些成分的最佳沉積。這些參數可以在各次實驗中確定。一最佳的方塊37導致根據該方塊37優化選擇的成分最佳地沉積，也就是說，改善了沉積的持續時間和方式。同樣其他成分也被沉積。這種優化可以針對該合金的至少另一種成分、比如所有成分31來進行。因此達到成分28、31的優化組成。
例如通過各方塊37的持續時間可以確定各成分28、31在待敷設涂層中的份額。同樣可以在該涂層中產生材料成分梯度。這通過相應地延長或縮短所述與一種成分28、31最佳協調的方塊37的持續時間、電流/電壓強度或每個方塊的脈沖40的數量來達到，也就是說，通過改變序列34來達到。
當例如一種成分28、31的沉積率基于已沉積的涂層隨時間變化時，一序列34也可以變化。
同樣，在電解質7中可以含有和沉積例如作為次相的其他非合金成分。
權利要求
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(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(37)中，其中，重復采用多個組成一序列(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)由至少兩個不同的方塊(37)組成，一方塊(37)由至少一個電流脈沖(40)構成，一方塊(37)分別與所述合金的一種成分(28、31)相協調，以便于達到該成分(28、31)的最佳沉積。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，使所述電解質(7)產生機械振動。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在所述電解質(7)中有一個超聲波探測器(19)在工作。
4.如權利要求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)通過其隨時間變化的尤其具有矩形或三角形形狀的曲線來確定。
5.如權利要求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)，也可以采用負電流/電壓脈沖(40)。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過電流脈沖(40)的數量、脈沖持續時間(ton)、脈沖間歇時間(toff)、最大電流強度(Imax)以及隨時間的變化曲線來確定每個方塊(37)。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，使每個方塊(37)分別與所述合金的一種成分(28、31)相協調，以便達到所述成分(28、31)的最佳組成。
8.如權利要求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.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述電流脈沖(40)和/或在所述時間間歇內疊加一基礎電流。
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。而按照本發明的方法通過使所述用于電解沉積的電流/電壓脈動來實現將一合金層沉積到一基底(13)上。
文檔編號C25D5/20GK1729314SQ200380106920
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月16日 優先權日2002年12月18日
發明者馬克·德沃格萊里, 丹尼爾·科特維萊西, 拉爾夫·賴歇, 賴納·安東 申請人:西門子公司