专利名称：用于将一合金沉积到一基底上的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将一合金沉积到一基底上的方法。
已公知一些用于在一基底上敷设涂层的不同方法，例如等离子金属喷镀、电镀沉积或蒸发镀膜等。
在1992年第8期的电化学报(Bulletin of Electrochemistry 8(8)，1992)第390至392页上由G.Devaray撰写的标题为“电沉积材料的方法-用于航空宇宙及其他领域的新工艺的一种回顾(Electro deposited composites-a reviewon new technologies for aerospace and other field)”的文章中给出了对用于电化学沉积涂层的方法的一个总概述。
德国专利申请DE 101 13 767 A1公开了一种电解电镀方法。
德国专利说明书DE 39 43 669 C2公开了一种用于通过电解方式来进行表面处理的方法和装置，其中，通过震动运动和/或旋转运动将用于形成涂层的材料成分充分混合，因此沉积出一层均匀的电解层。
其他用于形成涂层的电解方法可以从GB 2 167 446 A、EP 443 877 A1以及从在1982年1月份“电镀及表面处理”期刊中从第77页开始由J.Zahavi等人撰写的标题为“电沉积复合材料层的特性(Properties of electrodepositedcomposite coatings)”的文章中获知，在这些文献中，采用在电解液中不溶解的颗粒，以便使颗粒一起沉积在涂层中。
在电化学领域报(Electrochemical Society Proceedings)第95-18卷第543页上由Sarhadi等人撰写的标题为“低电流密度电镀池的改进(Developmentofa low current density eletroplating bath)....”中描述了采用一些含有钴的、镍的或铁的化合物的电镀槽(Bder)。
在US-PS 6,375,823 B1记载了一种电解式的涂层方法，其中，采用一超声波探测器。
在DE 195 45 231 A1中记载了一种用于通过电解沉积来形成金属层的方法，其中采用了脉冲电流或脉冲电压方法。但是这样的方法只是用于减小沉积槽的老化现象。
US 2001/00 54 559 A1公开了一种通过电解形成涂层的方法，其中，采用了脉冲电流，以便在电解形成金属涂层期间防止不希望地产生氢。
在DE 196 53 681 C2中公开了一种用于通过电解沉积来形成一层纯铜涂层的方法，其中采用了脉冲电流或脉冲电压方法。
在DE 100 61 186 C1中描述了一种用于电镀沉积的方法，其中采用了周期性电流脉冲。
V.Sova在Trans IMF，1987年，第65期第21页起的文章“用于防止高温腐蚀的电沉积复合材料涂层(electrodeposited composite coatings forprotection from high temperature corrosion)”中描述了一种电解沉积方法，其中采用在电解液中不溶解的用于待敷设的涂层的颗粒。并同样也描述了采用脉冲电流。
采用上述方法敷设的涂层在某些条件下相对于所述基底具有较差的附着性。另外，只能够沉积具有一种稳定组成成分的材料。
因此，本发明的目的是克服上述缺点。
上述目的通过一种按照权利要求1所述的用于将一合金沉积到一基底上的方法来实现。
通过采用脉冲电流或者通过产生材料成分成梯度分级的涂层来改善在所述基底上的涂层的附着性以及沉积率。
在从属权利要求中记载了本发明方法的其他有利设计。
在附图中详细地表示出了本发明的一种实施方式，附图中
图1示出一用于实施本发明方法的装置；以及图2表示用于本发明方法的一电流/电压脉冲的序列。
图1示出一用于实施本发明方法的装置1，在一容器4中装有一种电解质7、一电极10和一有待涂层的基底13。该有待涂层的基底13例如是一燃气轮机或蒸汽轮机的由以镍、钴或铁为基的超级合金制成的一燃烧室内衬、一外壳件或一透平叶片，但该构件在所述基底(MCrAlY)上也可以已经具有一涂层。
该基底13和电极10通过电引线19与一电源16导电连接。该电源16产生脉冲电流/电压(见图2)。
在电解质7中包含一合金的应该沉积到所述基底13上的各种成分。因此，电解质7包含一合金的第一种成分28以及第二种成分31。通过适当地选择过程参数(见图2)将成分28、31沉积到基底13上。同样可以在所述待制造的涂层中通过适当选择过程参数产生在化学成分中的梯度。例如将一种合金MCrAlY沉积到基底13上，其中，M对应至少铁、钴或镍族中的一种元素。或者通过向电解质中添加适当的可溶解的盐或者通过使不溶解的作为固体颗粒沉积的微粒粉末悬浮在电镀槽中来引入合金元素Cr、Al、Y以及所选择的其他元素，例如至少两种成分例如以盐的形式溶解在电解质7中。通过一后续的加热过程可以使涂层均匀化或浓缩变密或者可以在该涂层中形成某种金相。
用一个可安置在电解质7中且通过一个超声波发生器25来控制的超声波探测器22改善所述成分28、31在基底13范围内的流体动力特性和混合以及使所述沉积过程加速。振荡频率例如高于1kHz。对应于所述合金的至少一种、尤其对应于该合金的每种成分28、31来确定电流/电压强度、脉冲持续时间和脉冲间歇时间。
图2表示一可重复的电流脉冲40的一示范性的连续行。一个序列34由至少两个方块37构成。在图2中该序列由四个方块37构成。但是它也可以由三个、五个或更多的方块37组成。每个方块37由至少一个电流脉冲40构成。在图2中它们由三个、四个或六个电流脉冲40组成。但是每个方块37也可以采用两个、五个或六个以上的电流脉冲40。每个电流脉冲40是通过其持续时间ton、最大电流强度Imax以及其形状(矩形、三角形、...)来表示的。作为过程参数同样重要的是各电流脉冲40之间的间歇时间toff以及方块37之间的间隔时间。
所述序列可以同样随时间改变。
所述序列34包括例如具有三个电流脉冲40及在它们之间又存在一间歇的一个第一方块37。接下来是(因为要与另一种成分相协调而)具有更大或更小电流强度以及由六个电流脉冲40组成的一个第二方块37。在经过另一个间隔时间后接下来是沿相反方向的四个电流脉冲40，也就是说，具有已变化的极性，以便于达到调整合金成分、氢解吸作用或活化作用的目的。
每个方块37因此可以具有不同数量的电流脉冲40、脉冲持续时间ton或脉冲间歇时间toff。
作为序列34的结尾是另一个具有四个电流脉冲的方块37。该序列34可以多次地重复。
所述单个脉冲时间ton优选高数量级地约为1至100毫秒。所述方块37的持续时间高达10秒的数量级，所以在一个方块37中可以发送高达5000个脉冲。
不仅在脉冲持续期间、而且在间歇时间内都可以选择加设一微弱的电位(基础电流)。由此避免电沉积的中断，而这种中断可能引起不均匀。
一方块37以其参数与一合金的成分28、31相协调，以便于达到这些成分的最佳沉积。这些参数可以在各次实验中确定。一最佳的方块37导致根据该方块37优化选择的成分最佳地沉积，也就是说，改善了沉积的持续时间和方式。同样其他成分也被沉积。这种优化可以针对该合金的至少另一种成分、比如所有成分31来进行。因此达到成分28、31的优化组成。
例如通过各方块37的持续时间可以确定各成分28、31在待敷设涂层中的份额。同样可以在该涂层中产生材料成分梯度。这通过相应地延长或缩短所述与一种成分28、31最佳协调的方块37的持续时间、电流/电压强度或每个方块的脉冲40的数量来达到，也就是说，通过改变序列34来达到。
当例如一种成分28、31的沉积率基于已沉积的涂层随时间变化时，一序列34也可以变化。
同样，在电解质7中可以含有和沉积例如作为次相的其他非合金成分。
权利要求
1.一种用于将具有至少两种成分的合金作为涂层电解沉积到一基底(13)上的方法，该基底(13)安置在一电解质(37)中，使所述合金的至少两种成分(28、31)悬浮和/或溶解在该电解质(37)中，其中，重复采用多个组成一序列(34)的电流/电压脉冲(40)以用于所述电解沉积，其中，所述序列(34)由至少两个不同的方块(37)组成，一方块(37)由至少一个电流脉冲(40)构成，一方块(37)分别与所述合金的一种成分(28、31)相协调，以便于达到该成分(28、31)的最佳沉积。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述电解质(7)产生机械振动。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述电解质(7)中有一个超声波探测器(19)在工作。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于电解沉积的电流/电压脉冲(40)通过其随时间变化的尤其具有矩形或三角形形状的曲线来确定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了电解沉积而采用一电流/电压脉冲(40)，在此，既可以采用正电流/电压脉冲(40)，也可以采用负电流/电压脉冲(40)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过电流脉冲(40)的数量、脉冲持续时间(ton)、脉冲间歇时间(toff)、最大电流强度(Imax)以及随时间的变化曲线来确定每个方块(37)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使每个方块(37)分别与所述合金的一种成分(28、31)相协调，以便达到所述成分(28、31)的最佳组成。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为合金将MCrAlY层沉积到一基底(13)上，其中，M至少为铁、钴或镍元素组中的一种元素。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所要制成的一合金层中使所述材料成分形成梯度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述电流脉冲(40)和/或在所述时间间歇内叠加一基础电流。
全文摘要
迄今为止的电解沉积方法只能较差地将合金的成分沉积到一基底上。而按照本发明的方法通过使所述用于电解沉积的电流/电压脉动来实现将一合金层沉积到一基底(13)上。
文档编号C25D5/20GK1729314SQ200380106920
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月18日
发明者马克·德沃格莱里, 丹尼尔·科特维莱西, 拉尔夫·赖歇, 赖纳·安东 申请人:西门子公司