СПЛАВ С БОМБАРДИРОВАННОЙ ИОНАМИ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ СРЕДЫ Российский патент 2015 года по МПК C23C14/16 C23C14/48 C23C14/58 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к сплавам и покрытиям для сплавов, предназначенным для применения в высокотемпературных механических системах.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Детали высокотемпературных механических систем, таких как, например, газотурбинные двигатели, должны работать в жестких средах. Например, рабочие и направляющие лопатки, бандажи и бандажные полки пера лопаток турбин высокого давления подвергаются непосредственному воздействию протекающих в горячем тракте газов в коммерческих авиационных двигателях и обычно испытывают температуры на поверхности металла примерно 800°С, с кратковременными пиками вплоть до 1100°С. Ободная часть диска (рабочего колеса) турбины может испытывать воздействие высоких температур между 600°С и 750°С. В некоторых случаях протекающие в горячем тракте газы могут включать окисляющие и/или коррозионно-активные химические вещества, такие как кислород, сера или тому подобные, воздействию которых может подвергаться ободная часть диска турбины. Высокие температуры, воздействию которых подвергается ободная часть, могут способствовать окислению или коррозии при воздействии на ободную часть окисляющих и/или коррозионно-активных химических веществ, что может влиять на химические и механические свойства ободной части.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В общем, изобретение направлено на методы формирования модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области в детали из сплава и к деталям из сплавов, которые включают модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. В некоторых примерах сплав может представлять собой никелевый дисковый сплав, такой как сплав γ-Ni+γ'-Ni₃Al. В некоторых примерах сплав может быть отформован в деталь газотурбинного двигателя, такую как диск турбины. Модифицированная поверхностная и/или подповерхностная область может быть сформирована осаждением на поверхность сплава слоя, который включает по меньшей мере один элемент, и бомбардировкой этого слоя инертными ионами с использованием ионной бомбардировки для введения элемента в слое в поверхностную и/или подповерхностную область сплава.

[0004] В одном аспекте изобретение направлено на способ, включающий осаждение множества атомов в слой на поверхности подложки, которая включает никелевый сплав. Согласно этому аспекту изобретения множество атомов включает по меньшей мере один из реакционноспособного элемента, такого как иттрий (Y), гафний (Hf), цирконий (Zr), лантан (La), церий (Ce), кремний (Si) или хром (Cr); или благородного металла, такого как платина (Pt), палладий (Pd), родий (Rh), рутений (Ru), иридий (Ir), осмий (Os), золото (Au) или серебро (Ag). Способ может дополнительно включать бомбардировку слоя инертными ионами для внедрения (имплантации) по меньшей мере некоторых из множества атомов в подповерхностную область подложки в пределах примерно 0,3 микрометра от поверхности.

[0005] В еще одном аспекте изобретение направлено на изделие, которое включает подложку, содержащую никелевый сплав. Согласно этому аспекту изобретения подложка может включать модифицированную подповерхностную область и объемную область. Модифицированная подповерхностная область может включать первый состав, а объемная область может включать второй состав, отличающийся от первого состава. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область включает по меньшей мере один из реакционноспособного элемента или благородного металла. В дополнение модифицированная подповерхностная область может включать толщину менее чем примерно 0,3 микрометра, измеренную в направлении, практически нормальном поверхности подложки.

[0006] Подробности одного или более примеров изложены ниже на сопроводительных чертежах и в нижеследующем описании. Прочие признаки, задачи и преимущества изобретения будут очевидными из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фиг.1 представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную деталь из сплава.

[0008] Фиг.2 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует один примерный метод формирования модифицированной подповерхностной области в подложке из сплава с использованием ионной бомбардировки.

[0009] Фиг.3А представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава и слой из множества атомов, осажденный на поверхности подложки из сплава.

[0010] Фиг.3В представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава, которая включает модифицированную подповерхностную область.

[0011] Фиг.4 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует примерный метод формирования модифицированной подповерхностной области в подложке из сплава с использованием ионной бомбардировки.

[0012] Фиг.5А представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава и два слоя, каждый из которых включает множество атомов, осажденных на поверхность подложки из сплава.

[0013] Фиг.5В представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава, которая включает модифицированную подповерхностную область.

[0014] Фиг.6 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует примерный метод формирования модифицированной подповерхностной области в подложке из сплава с использованием ионной бомбардировки.

[0015] Фиг.7А представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава и слой, который включает множество атомов, осажденных на поверхность подложки из сплава.

[0016] Фиг.7В представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава, которая включает модифицированную подповерхностную область.

[0017] Фиг.7С представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава и слой, который включает множество атомов, осажденных на поверхность подложки из сплава поверх модифицированной подповерхностной области.

[0018] Фиг.7D представляет собой концептуальное изображение в разрезе, которое иллюстрирует примерную подложку из сплава, которая включает модифицированную подповерхностную область.

[0019] Фиг.8 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует примерный метод термической обработки подложки из сплава для удаления практически всей третичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al из подложки из сплава.

[0020] Фиг.9 представляет собой график время-температура, который иллюстрирует примерную термическую обработку, которой может быть подвергнута подложка из сплава.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] В общем, изобретение направлено на методы формирования модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области в изделии, которое включает никелевый сплав, и на изделия, которые включают такую модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. В некоторых примерах изделие может включать диск турбины. Модифицированная поверхностная и/или подповерхностная область может быть сформирована сначала осаждением на поверхность подложки слоя по меньшей мере одного элемента. В некоторых примерах этот слой можно сформировать на части подложки, оставляя другую часть подложки не покрытой слоем. В других примерах слой может быть сформирован практически на всех поверхностях подложки. Слой может включать множество атомов, и это множество атомов может включать единственный элемент или смесь по меньшей мере двух элементов. Элемент или элементы могут быть выбраны для обеспечения защиты изделия от окисления и/или коррозии. Например, элементы могут быть выбраны из реакционноспособного элемента или благородного металла.

[0022] Элемент или элементы могут быть осаждены до толщины (измеренной в направлении, практически нормальном поверхности подложки) или плотности покрытия (измеренной, например, в граммах материала на квадратный сантиметр площади поверхности (г/см²)), которая приводит в результате к заданному составу в модифицированной подповерхностной области после введения элемента в модифицированную подповерхностную область.

[0023] После того как слой был осажден на поверхность подложки слой может быть подвергнут бомбардировке инертными (нереакционноспособными) ионами, такими как ксенон (Xe), гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr) или радон (Rn). Ионная бомбардировка может приводить к тому, что атомы в слое вводятся в подповерхностную область. В некоторых примерах ионная бомбардировка и введение элемента в модифицированную подповерхностную область могут практически не влиять на фазовый состав и/или микроструктуру подповерхностной области. Например, подповерхностная область может включать фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al перед введением элемента в подповерхностную область и также может включать фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al после введения элемента в подповерхностную область с образованием модифицированной подповерхностной области. В некоторых примерах введение элемента в подповерхностную область также может создавать остаточное напряжение в подповерхностной области.

[0024] Фиг.1 представляет собой концептуальное изображение, иллюстрирующее сечение одной примерной детали из сплава. В проиллюстрированном примере деталь из сплава включает диск 10 газотурбинного двигателя, используемый в газотурбинном двигателе. Диск 10 газотурбинного двигателя включает ободную часть 12, ступичную часть 14 и часть 16 с просверленным отверстием. В различных примерах диск 10 газотурбинного двигателя может представлять собой диск компрессора низкого, среднего и высокого давления (диск LPC, диск IPC или диск HPC), диск турбины низкого, среднего и высокого давления (диск LPT, диск IPT или диск HPT) или диск вентилятора.

[0025] Хотя нижеследующее описание будет направлено главным образом на диск 10 газотурбинного двигателя, выполненный из сплава γ-Ni+γ'-Ni₃Al, в других примерах деталь из сплава может содержать иное изделие или иную деталь, нежели диск 10 газотурбинного двигателя, или может содержать иной сплав. Например, деталь из сплава может представлять собой другую деталь высокотемпературной механической системы, такую как лопатка турбины или вал для авиационного двигателя, или может включать другое изделие из сплава, которому может быть полезна модифицированная подповерхностная область. В дополнение описываемые здесь методы могут быть применены к другим сплавам, таким как, например, сталь, алюминиевые сплавы, кобальтовые сплавы, титановые сплавы или тому подобное. В некоторых примерах деталь может включать два или более сплава, соединенных между собой, например, двухсплавный диск газотурбинного двигателя.

[0026] При эксплуатации в газотурбинном двигателе ободная часть 12 диска 10 газотурбинного двигателя может испытывать воздействие иных рабочих условий, нежели часть 16 с просверленным отверстием диска 10 газотурбинного двигателя. Например, часть 16 с просверленным отверстием может быть практически изолирована от газов, проходящих через газотурбинный двигатель, тогда как ободная часть 12 может быть подвержена воздействию этих газов. Вследствие этого ободная часть 12 может подвергаться воздействию более высоких температур и/или более коррозионной и/или окислительной среды, чем часть 16 с просверленным отверстием. Соответственно, части 16 с просверленным отверстием и ободной части 12 могут быть полезны различные механические и/или химические свойства, в том числе свойства вдоль поверхностных и/или подповерхностных областей части 16 с просверленным отверстием и ободной части 12. Например, части 16 с просверленным отверстием может быть полезным наличие высокой прочности на растяжение и высокой усталостной прочности при более низких температурах, тогда как ободной части 12 может быть полезным наличие улучшенного сопротивления ползучести при повышенных температурах, улучшенной стойкости к повреждениям и улучшенного сопротивления усталости с выдержками. Дополнительно или альтернативно ободной части 12 могут быть полезными покрытие или поверхностная область, которое(ая) обеспечивает защиту ободной части 12 от воздействия среды, например, от коррозии и/или окисления, тогда как часть 16 с просверленным отверстием может быть практически изолирована от горячих газов и не получит никакой пользы от покрытия или поверхностной области, которые обеспечивают защиту от воздействия среды.

[0027] На химические и механические свойства ободной части 12 и части 16 с просверленным отверстием могут оказывать влияние химический состав или металлографическая структура, фазовый состав и/или микроструктура соответствующей части 12 или 16. Диск 10 газотурбинного двигателя может быть выполнен из широкого диапазона сплавов, включая, например, жаропрочный сплав (суперсплав) на основе Ni. В некоторых примерах диск 10 газотурбинного двигателя может быть выполнен из жаропрочного сплава на основе Ni, имеющего фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al. В таких примерах γ-Ni может быть сплошной фазой, например, матрицей, а γ'-Ni₃Al может быть дисперсной фазой, например, выделившейся фазой. Фаза γ'-Ni₃Al может выделяться в четко выраженные, практически однородные домены внутри матричной фазы γ-Ni.

[0028] В некоторых примерах домены выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут быть классифицированы на домены первичной выделившейся фазы, домены вторичной выделившейся фазы, домены третичной выделившейся фазы или их комбинации. Наименование «первичная», «вторичная» или «третичная» может относиться к тому способу, которым были сформированы домены выделившейся фазы γ'-Ni₃Al, или к тому, как домены выделившейся фазы реагируют на термическую обработку. Например, домены первичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут оставаться практически нерастворенными и даже могут укрупняться, когда сплав подвергают термической обработке ниже температуры фазового перехода сплава. В некоторых примерах объемная доля доменов первичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al определяется температурой, при которой выполняют термическую обработку, а размер доменов первичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al определяется продолжительностью термической обработки. Напротив, домены вторичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al практически растворяются в матричной фазе, когда сплав подвергают термической обработке выше нижнего порогового значения температуры и ниже температуры фазового перехода сплава. Домены вторичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al образуются во время охлаждения сплава от относительно высоких температур. Домены третичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al также могут растворяться в матричной фазе, когда сплав подвергают термической обработке выше нижнего порогового значения температуры и ниже температуры фазового перехода сплава. Домены третичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут образовываться во время охлаждения сплава при относительно более низких температурах. В дополнение домены третичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут укрупняться во время старения, тогда как домены первичной и вторичной выделившихся фаз γ'-Ni₃Al могут быть относительно неподверженными влиянию старения.

[0029] В некоторых примерах домены выделившейся фазы γ'-Ni₃Al также могут быть классифицированы на основе среднего диаметра доменов выделившейся фазы. Например, домены третичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут иметь средний диаметр между примерно 10 нанометрами (нм) и примерно 50 нм (примерно 0,01 микрометра (мкм) и примерно 0,05 мкм), а домены вторичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут иметь средний диаметр между примерно 100 нм и примерно 300 нм (примерно 0,1 мкм и примерно 0,3 мкм). Домены первичной выделившейся фазы γ'-Ni₃Al могут иметь средний диаметр между примерно 1 мкм и примерно 3 мкм.

[0030] В некоторых примерах объемная доля доменов выделившейся фазы γ'-Ni₃Al и тип доменов выделившейся фазы γ'-Ni₃Al (например, первичной, вторичной, третичной) могут оказывать влияние на свойства диска 10 газотурбинного двигателя, такие как, например, прочность на растяжение, усталостная прочность, сопротивление ползучести, стойкость к повреждениям или сопротивление усталости с выдержками.

[0031] Конкретный химический состав сплава также может влиять на свойства диска 10 газотурбинного двигателя, даже в пределах единого фазового состава. Например, относительные количества элементов в сплаве могут влиять на механические свойства сплава, такие как прочность на растяжение, усталостная прочность, сопротивление ползучести, стойкость к повреждениям или сопротивлению усталости с выдержками. Подобным образом относительные количества элементов в сплаве могут влиять на химические свойства сплава, такие как стойкость к окислению, коррозионная стойкость или тому подобные. В некоторых случаях химический состав сплава может проявлять конкурирующие эффекты, например, может оказывать вредное влияние на по меньшей мере одно механическое или химическое свойство, в то же время благоприятно влияя на по меньшей мере одно другое механическое или химическое свойство. Как здесь описано, один метод уравновешивания эффектов различных составов состоит в формировании модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области, что приводит в результате к заданным характеристикам поверхностной и/или подповерхностной области, в то же время сохраняя иной состав, а значит, и потенциально иные заданные характеристики, в объеме сплава.

[0032] В некоторых примерах описываемые здесь методы могут быть применены только к некоторым частям детали из сплава, такой как диск 10 газотурбинного двигателя. Например, как описано выше, практически только ободная часть 12 диска 10 газотурбинного двигателя может подвергаться воздействию газов, проходящих через газотурбинный двигатель. Вследствие этого ободная часть 12 может включать модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область, которая может вносить вклад в стойкость к окислению и/или коррозии ободной части 12, в то время как часть 16 с просверленным отверстием может не включать модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. В других примерах практически все поверхности диска 10 газотурбинного двигателя, в том числе часть 16 с просверленным отверстием, ступичная часть 14 и ободная часть 12 могут включать модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область.

[0033] Фиг.2 представляет собой блок-схему одного примера метода формирования модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области в подложке из сплава, такой как диск 10 газотурбинного двигателя. Фиг.2 будет описана с одновременным обращением к фиг.3А и 3В для простоты описания. Однако будет понятно, что подложка 32 из сплава по Фиг.3А и 3В может составлять часть ободной части 12, ступичной части 14 и/или части 16 с просверленным отверстием диска 10 газотурбинного двигателя.

[0034] Метод, проиллюстрированный на фиг.1, включает в себя формирование (22) слоя 36, который включает множество атомов поверхности 34 подложки 32 из сплава. Как описано выше, подложка 32 из сплава может включать никелевый сплав, такой как жаропрочный сплав на основе никеля. В некоторых примерах подложка 32 из сплава может включать никелевый сплав, который имеет фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al. Как будет описано ниже в отношении фиг.8 и 9, в некоторых примерах подложка 32 из сплава может быть подвергнута термической обработке или иной технологической стадии, которая удаляет практически весь третичный γ'-Ni₃Al из по меньшей мере той части подложки 32 из сплава, которая будет включать модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. В других примерах подложка 32 из сплава может включать любые заданные фазовый состав и микроструктуру, включая, например, по меньшей мере одно из первичного γ'-Ni₃Al, вторичного γ'-Ni₃Al и/или третичного γ'-Ni₃Al.

[0035] Слой 36 может включать по меньшей мере один элемент, а в некоторых примерах может состоять, по существу, из единственного элемента. В других примерах слой 36 может включать по меньшей мере два элемента. Элемент или элементы в слое 36 могут быть выбраны, например, из реакционноспособного элемента или благородного металла. Используемые здесь благородные металлы включают Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt и Au. Используемые здесь реакционноспособные элементы включают Y, La, Hf, Zr, Ce, Si и Cr. В некоторых примерах реакционноспособные элементы могут быть подразделены на подкатегории: основной легирующий элемент (Cr), второстепенный легирующий элемент (Si) и следовые легирующие элементы (Y, Hf, Zr, La и Ce, совокупно называемые редкоземельными реакционноспособными элементами).

[0036] Слой 36 может быть осажден до толщины (измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34) или плотности покрытия (измеренной в г/см²), достаточной для обеспечения заданной концентрации элемента или элементов в модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области после введения атомов в слое 36 в модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. Например, толщина или плотность покрытия, которая будет приводить к заданной концентрации элемента, может быть определена на основе глубины модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области, измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34, и заданной концентрации элемента внутри объема модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области.

[0037] Слой 36 может быть осажден с использованием любого метода, которым можно осадить слой 36 до регулируемой толщины или плотности покрытия. В некоторых примерах может быть использован метод осаждения, которым можно осадить слой 36 при относительно низких температурах, например, ниже примерно 1500°F (примерно 815°С) или предпочтительно ниже примерно 1400°F (примерно 760°С). Осаждение при относительно низкой температуре может способствовать осаждению слоя 36 без существенного влияния на микроструктуру или фазовый состав подложки 32. Дополнительно или альтернативно осаждение при относительно низкой температуре может уменьшать или практически устранять взаимную диффузию элементов между слоем 36 и подложкой 32 из сплава. В некоторых примерах слой 36 может быть осажден методом непосредственного осаждения из паровой фазы (DVD), электроосаждения, наномасштабного электроосаждения, химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MO-CVD), плазмостимулированного физического осаждения из паровой фазы (PA-PVD) или тому подобного.

[0038] После того как слой 36 был осажден на поверхность 34, слой 36 подвергают бомбардировке инертными ионами с использованием ионной бомбардировки (24). В некоторых примерах инертные ионы включают благородный газ, такой как He, Ne, Ar, Kr, Xe или Rn. В некоторых вариантах реализации могут быть предпочтительными более тяжелые ионы, такие как, например, Xe или Rn.

[0039] Инертные ионы могут быть ускорены к слою 36 с уровнем энергии, достаточным для того, чтобы соударяться с атомами в слое 36 и вызывать введение атомов в подложку 32 из сплава на заданную глубину. Например, инертные ионы могут быть ускорены до уровня энергии, достаточного для введения атомов в слое 36 в подложку 32 из сплава на глубину вплоть до примерно 0,3 мкм (измеренную в направлении, практически нормальном поверхности 34). В других примерах инертные ионы могут быть ускорены до уровня энергии, достаточного для введения атомов в слое 36 в подложку 32 из сплава на меньшую глубину, например, любую глубину между 0 (нулем) мкм и примерно 0,3 мкм.

[0040] В некоторых примерах инертные ионы могут быть ускорены до различных уровней энергии, так что атомы в слое 36 вводятся в подложку 32 из сплава на различные глубины. Например, инертные ионы могут быть ускорены до уровней энергии, которые приводят к тому, что атомы в слое 36 вводятся в подложку 32 из сплава на глубины, варьирующиеся практически непрерывно от 0 мкм до максимальной глубины модифицированной подповерхностной области 38. В различных примерах максимальная глубина модифицированной подповерхностной области 38 может составлять от примерно 0,01 мкм до примерно 0,3 мкм. Таким образом, ионная бомбардировка может быть использована для введения атомов слоя 36 практически по всей глубине модифицированной подповерхностной области 38.

[0041] В некоторых вариантах реализации введение атомов из слоя 36 в модифицированную подповерхностную область 38 может создавать напряжение в подложке 32 из сплава по меньшей мере в модифицированной подповерхностной области 38. Напряжение может придавать вязкость поверхностной области, подобно другим методам получения сжимающих поверхностных напряжений, таким как нагартовка. Модифицированная подповерхностная область 38 с приданной вязкостью может обеспечивать повышенную устойчивость к высокотемпературной ползучести или повышенное сопротивление распространению трещин в модифицированной подповерхностной области 38 по сравнению с подложкой 32 из сплава, в которой не были созданы такие напряжения.

[0042] В некоторых случаях применение ионной бомбардировки для формирования модифицированной подповерхностной области 38 в подложке 32 из сплава может способствовать образованию модифицированной подповерхностной области 38 без существенного изменения микроструктуры и/или фазового состава подложки 32 из сплава в модифицированной подповерхностной области 38. Например, как описано выше, подложка 32 из сплава может включать фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al перед введением атомов в слое 36 в модифицированную подповерхностную область 38 путем ионной бомбардировки. В некоторых примерах введение атомов из слоя 36 в модифицированную подповерхностную область 38 путем ионной бомбардировки оставляет фазовый состав γ-Ni+γ'-Ni₃Al в модифицированной подповерхностной области 38 практически неизмененным.

[0043] В некоторых вариантах реализации использование ионной бомбардировки для формирования модифицированной подповерхностной области 38 может способствовать образованию модифицированной подповерхностной области 38, в то же время оставляя внешние размеры подложки 32 из сплава практически неизмененными. Это может быть полезным в тех применениях, где размеры подложки 32 из сплава имеют малые допуски и точно выдерживаются.

[0044] Стадия ионной бомбардировки (24) может быть осуществлена при относительно низкой температуре, например, ниже примерно 1500°F (примерно 815°С) или предпочтительно ниже примерно 1400°F (примерно 760°С), которая, как описано выше, может не оказывать существенного влияния на микроструктуру или фазовый состав подложки 32 из сплава. Дополнительно поддержание слоя 36 и подложки 32 из сплава при относительно низкой температуре может уменьшить или практически устранить взаимную диффузию элементов в подложке 32 из сплава и слое 36.

[0045] После завершения ионной бомбардировки и введения элемента или элементов слоя 36 в модифицированную подповерхностную область 38, модифицированная подповерхностная область 38 может включать заданное количество элемента или элементов, которые были осаждены в слой 36. Например, слой 36 может включать по меньшей мере один благородный металл и/или по меньшей мере один реакционноспособный элемент. В некоторых примерах, в которых модифицированная подповерхностная область 38 включает по меньшей мере один реакционноспособный элемент, этот по меньшей мере один реакционноспособный элемент может представлять собой по меньшей мере один основной легирующий элемент (Cr), второстепенный легирующий элемент (Si) или следовый легирующий элемент (Y, Hf, Zr, La и Ce, в совокупности - редкоземельные реакционноспособные элементы).

[0046] Когда слой 36 включает по меньшей мере один благородный металл, модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 20 весовых процентов (вес.%) упомянутого по меньшей мере одного благородного металла, независимо от того, включает ли слой 36 единственный благородный металл или два или более благородных металла. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 10 вес.% упомянутого по меньшей мере одного благородного металла, независимо от того, включает ли слой 36 единственный благородный металл или два или более благородных металла. В примерах, в которых слой 36 включает по меньшей мере один благородный металл, модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 1 вес.% упомянутого по меньшей мере одного благородного металла (например, между примерно 1 вес.% и примерно 20 вес.% или между примерно 1 вес.% и примерно 10 вес.%). В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 2,5 вес.% упомянутого по меньшей мере одного благородного металла (например, между примерно 2,5 вес.% и примерно 20 вес.% или между примерно 2,5 вес.% и примерно 10 вес.%).

[0047] Когда слой 36 включает Cr, модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 30 вес.% Cr. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 20 вес.% Cr. В других примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 10 вес.% Cr. В примерах, в которых слой 36 включает Cr, модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 1 вес.% Cr (например, между примерно 1 вес.% и примерно 30 вес.%, или между примерно 1 вес.% и примерно 20 вес.%, или между примерно 1 вес.% и примерно 10 вес.%). В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 5 вес.% Cr (например, между примерно 5 вес.% и примерно 30 вес.%, или между примерно 5 вес.% и примерно 20 вес.%, или между примерно 5 вес.% и примерно 10 вес.%).

[0048] Когда слой 36 включает по меньшей мере один редкоземельный реакционноспособный элемент (например, Y, Hf, Zr, La и/или Ce), модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 1 вес.% упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента, независимого от того, включает ли слой 36 единственный редкоземельный реакционноспособный элемент или по меньшей мере два редкоземельных реакционноспособных элемента. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 0,1 вес.% упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента, независимо от того, включает ли слой 36 единственный редкоземельный реакционноспособный элемент или по меньшей мере два редкоземельных реакционноспособных элемента. В примерах, в которых слой 36 включает по меньшей мере один редкоземельный реакционноспособный элемент, модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 0,005 вес.% упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента (например, между 0,005 вес.% и примерно 1 вес.% или между 0,005 вес.% и примерно 0,1 вес.%). В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 0,01 вес.% упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента (например, между примерно 0,01 вес.% и примерно 1 вес.% или между примерно 0,01 вес.% и примерно 0,1 вес.%).

[0049] Когда слой 36 включает Si, модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 2 вес.% Si. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 1 вес.% Si. В примерах, в которых слой 36 включает Si, модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 0,005 вес.% Si (например, между 0,005 вес.% и примерно 2 вес.% или между 0,005 вес.% и примерно 1 вес.%). В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать по меньшей мере примерно 0,01 вес.% Si (например, между 0,01 вес.% и примерно 2 вес.% или между 0,01 вес.% и примерно 1 вес.%).

[0050] В некоторых примерах в состав слоя 36 могут входить по меньшей мере один редкоземельный реакционноспособный элемент и Si. Тогда модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 2 вес.% в сумме упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента и Si. В некоторых примерах модифицированная подповерхностная область 38 может включать менее чем примерно 1 вес.% в сумме упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента и Si.

[0051] В некоторых примерах состав модифицированной подповерхностной области 38 может изменяться в зависимости от глубины в пределах подложки 32 из сплава. Например, состав модифицированной подповерхностной области 38 может быть более подобен составу подложки 32 из сплава на границе модифицированной подповерхностной области 38 и подложки 32 из сплава и может больше отличаться от состава подложки 32 из сплава ближе к поверхности 34. В некоторых примерах такой градиент состава может сокращать риск отслоения или откалывания модифицированной подповерхностной области 38 от подложки 32 из сплава, например, может увеличивать адгезию между модифицированной подповерхностной областью 38 и подложкой 32 из сплава. В некоторых примерах перечисленные выше составы могут относиться к среднему составу внутри модифицированной подповерхностной области 38.

[0052] Хотя это не показано на фиг.2, в некоторых вариантах реализации метод может включать стадию термической обработки после ионной бомбардировки. Эта стадия термической обработки может быть выполнена для окисления Cr или Al, присутствующего в модифицированной подповерхностной области 38, с образованием оксидной пленки на поверхности 34. Оксидная пленка может уменьшать или практически устранять дальнейшие окисление и/или коррозию подложки 32 из сплава и, таким образом, может обеспечивать защиту подложки 32 из сплава от воздействия среды. Элементы, присутствующие в модифицированной подповерхностной области 38, могут вносить вклад в образование оксидной пленки, могут повышать адгезию оксидной пленки к поверхности 34 или могут снижать скорость дальнейшего окисления. Например, Cr может окисляться с образованием оксидной пленки. Реакционноспособный элемент может обеспечивать устойчивость к окислению, например, снижать скорость дальнейшего окисления и дополнительно или альтернативно может повышать адгезию оксидной пленки к поверхности 34. Благородные металлы также могут вносить свой вклад в устойчивость к дальнейшему окислению.

[0053] В то время как фиг.2, 3А и 3В описывали метод, включающий осаждение единственного слоя 36 на поверхность 34, в других вариантах реализации метод может включать осаждение множественных слоев на поверхность 34. В некоторых примерах множественные слои могут включать различные элементы. Фиг.4, 5А и 5В иллюстрируют один пример такого метода.

[0054] Как показано на фиг.4, метод может включать осаждение (42) первого слоя 52 на поверхность 34 подложки 32 из сплава. Первый слой 52 может включать множество атомов и включает по меньшей мере один элемент. В некоторых примерах первый слой 52 может состоять, по существу, из единственного элемента, тогда как в других примерах первый слой 52 может включать по меньшей мере два элемента. Как описано выше, элемент или элементы могут быть выбраны из реакционноспособного элемента и/или благородного металла.

[0055] Первый слой 52 может быть осажден до толщины (измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34) или плотности покрытия (измеренной в г/см²), достаточной для обеспечения заданной концентрации элемента или элементов в модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области после введения атомов первого слоя 52 в модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. Например, толщина или плотность покрытия, необходимая для обеспечения заданной концентрации элемента, может быть определена на основе глубины модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области, измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34, и заданной концентрации элемента внутри объема модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области.

[0056] Первый слой 52 может быть осажден с использованием любого метода, которым можно осадить первый слой 52 до регулируемой толщины или плотности покрытия. В некоторых примерах может быть использован метод осаждения, которым можно осадить первый слой 52 при относительно низких температурах, например, ниже примерно 1500°F (примерно 815°С) или предпочтительно ниже примерно 1400°F (примерно 760°С). Осаждение при относительно низкой температуре может способствовать осаждению первого слоя 52 без существенного влияния на микроструктуру или фазовый состав подложки 32 из сплава. Дополнительно или альтернативно осаждение при относительно низкой температуре может уменьшать или практически устранять взаимную диффузию элементов между первым слоем 52 и подложкой 32 из сплава. В некоторых примерах первый слой 52 может быть осажден методом DVD, электроосаждения, наномасштабного электроосаждения, MO-CVD, PA-PVD или тому подобного.

[0057] После того как завершено осаждение первого слоя 52, на первый слой 52 может быть осажден (44) второй слой 54. В некоторых примерах второй слой 54 может включать по меньшей мере один элемент, который не присутствует в первом слое 52. Подобно первому слою 52, второй слой 54 может включать по меньшей мере один элемент, а в некоторых примерах может состоять, по существу, из единственного элемента. В других примерах второй слой 54 может включать по меньшей мере два элемента. Элемент или элементы во втором слое 54 могут быть выбраны из реакционноспособного элемента или благородного металла.

[0058] Второй слой 54 может быть осажден до толщины (измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34) или плотности покрытия (измеренной в г/см²), достаточной для обеспечения заданной концентрации элемента или элементов в модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области после введения атомов второго слоя 54 в модифицированную поверхностную и/или подповерхностную область. Например, толщина или плотность покрытия, необходимая для обеспечения заданной концентрации элемента, может быть определена на основе глубины модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области, измеренной в направлении, практически нормальном поверхности 34, и заданной концентрации элемента внутри объема модифицированной поверхностной и/или подповерхностной области.

[0059] Второй слой 54 может быть осажден с использованием любого метода, которым можно осадить второй слой 54 до регулируемой толщины или плотности покрытия. В некоторых примерах может быть использован метод осаждения, которым можно осадить второй слой 54 при относительно низких температурах, например, ниже примерно 1500°F (примерно 815°С) или предпочтительно ниже примерно 1400°F (примерно 760°С). Осаждение при относительно низкой температуре может способствовать осаждению второго слоя 54 без существенного влияния на микроструктуру или фазовый состав подложки 32 из сплава. Дополнительно или альтернативно осаждение при относительно низкой температуре может уменьшать или практически устранять взаимную диффузию элементов между вторым слоем 54 и подложкой 32 из сплава. В некоторых примерах второй слой 54 может быть осажден методом DVD, электроосаждения, наномасштабного электроосаждения, MO-CVD, PA-PVD или тому подобного. В некоторых примерах первый слой 52 и второй слой 54 осаждают, используя сходный метод, тогда как в других примерах первый слой 52 может быть осажден с использованием первого метода, а второй слой 54 может быть осажден с использованием второго метода.

[0060] В некоторых примерах метод, который включает осаждение первого слоя 52 и второго слоя 54, может способствовать независимому регулированию количества первого элемента и второго элемента, осаждаемых на поверхность 34 и вводимых в модифицированную подповерхностную область 56. Например, первый слой 52 может включать первый элемент, а второй слой 54 может включать второй элемент. В некоторых случаях осаждение первого элемента в первый слой 52 и второго элемента во второй слой 54 может способствовать более точному регулированию осаждаемых количеств первого и второго элементов по сравнению с осаждением первого и второго элементов в виде смеси в единственном слое.

[0061] Когда первый слой 52 и второй слой 54 были осаждены на поверхность 34, первый и второй слои 52 и 54 подвергают бомбардировке инертными ионами с использованием ионной бомбардировки (46). В некоторых примерах инертные ионы включают благородный газ, такой как He, Ne, Ar, Kr, Xe или Rn. В некоторых вариантах реализации могут быть предпочтительными более тяжелые ионы, например, такие как Xe или Rn.

[0062] Инертные ионы могут быть ускорены к первому и второму слоям 52 и 54 с уровнем энергии, достаточным для того, чтобы соударяться с атомами в первом и втором слоях 52 и 54 и вызывать введение атомов в подложку 32 из сплава на заданную глубину. Например, инертные ионы могут быть ускорены до уровня энергии, достаточного для введения атомов первого и второго слоев 52 и 54 в подложку 32 из сплава на глубину вплоть до примерно 0,3 мкм (измеренную в направлении, практически нормальном поверхности 34). В других примерах инертные ионы могут быть ускорены до уровня энергии, достаточного для введения атомов первого и второго слоев 52 и 54 в подложку 32 из сплава на меньшую глубину, например, любую глубину между 0 (нулем) мкм и примерно 0,3 мкм.

[0063] В некоторых примерах инертные ионы могут быть ускорены до различных уровней энергии, так чтобы атомы в первом и втором слоях 52 и 54 вводились в подложку 32 из сплава на различные глубины. Например, инертные ионы могут быть ускорены до уровней энергии, которые приводят к тому, что атомы в первом и втором слоях 52 и 54 вводятся в подложку 32 из сплава на глубины, варьирующиеся практически непрерывно от 0 мкм до максимальной глубины модифицированной подповерхностной области 56. В различных примерах максимальная глубина модифицированной подповерхностной области 56 может составлять от примерно 0,01 мкм до примерно 0,3 мкм. Таким образом, ионная бомбардировка может быть использована для введения атомов в первом и втором слоях 52 и 54 практически по всей глубине модифицированной подповерхностной области 56.

[0064] Модифицированная подповерхностная область 56 может иметь состав, подобный или практически такой же, как и любой из описанных выше. Например, модифицированная подповерхностная область 56 может включать менее чем примерно 1 вес.% по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента, менее чем примерно 2 вес.% Si, менее чем примерно 30 вес.% Cr и/или менее чем примерно 20 вес.% по меньшей мере одного благородного металла. Модифицированная подповерхностная область 56 также может включать прочие элементы, такие как те, которые присутствуют в подложке 32 из сплава перед осаждением первого слоя 52 и второго слоя 54. Как описано выше, перечисленные составы могут быть средними составами, рассчитанными для всей модифицированной подповерхностной области 56 в целом, хотя состав модифицированной подповерхностной области 56 может изменяться внутри модифицированной подповерхностной области 56, например, может изменяться в зависимости от глубины в пределах модифицированной подповерхностной области 56.

[0065] Стадия ионной бомбардировки (46) может быть осуществлена при относительно низкой температуре, например, ниже примерно 1500°F (примерно 815°С) или предпочтительно ниже примерно 1400°F (примерно 760°С), которая, как описано выше, может не оказывать существенного влияния на микроструктуру или фазовый состав подложки 32 из сплава. Дополнительно поддержание первого слоя 52, второго слоя 54 и подложки 32 из сплава при относительно низкой температуре может уменьшить или практически устранить взаимную диффузию элементов в подложке 32 из сплава и слое 36. Необязательно после стадии ионной бомбардировки (46) подложка 32 из сплава, включающая модифицированную подповерхностную область 56, может быть подвергнута стадии термической обработки. Стадия термической обработки может быть выполнена для окисления Cr или Al, присутствующего в модифицированной подповерхностной области, с образованием оксидной пленки на поверхности 34. Оксидная пленка уменьшает или практически устраняет дальнейшие окисление и/или коррозию подложки 32 из сплава и, таким образом, может обеспечивать защиту подложки 32 из сплава от воздействия среды.

[0066] В некоторых примерах, как показано на фиг.6, 7А, 7В, 7С и 7D, вместо осаждения и первого слоя 52 и второго слоя 54 на поверхность 34 перед выполнением ионной бомбардировки первый слой 72 может быть осажден (62) на поверхность 34 и введен в подповерхностную область подложки 32 из сплава с использованием ионной бомбардировки (64) с образованием модифицированной подповерхностной области 74. Затем на поверхность 34 может быть осажден (66) второй слой 76, и элемент или элементы из второго слоя 76 могут быть введены в модифицированную подповерхностную область 74 с использованием ионной бомбардировки (68) с образованием дополнительно модифицированной подповерхностной области 78, которая включает элементы из первого слоя 72 и второго слоя 76.

[0067] Первый слой 72 может включать, например, по меньшей мере один элемент, выбранный из реакционноспособного элемента и/или благородного металла. Подобным образом второй слой 76 может включать по меньшей мере один элемент, выбранный из реакционноспособного элемента и/или благородного металла. В некоторых примерах первый слой 72 и второй слой 76 включают по меньшей мере один иной элемент, а в некоторых примерах первый слой 72 может включать единственный, первый элемент, а второй слой 76 может включать единственный, иной, второй элемент.

[0068] Как описано выше, каждый из первого слоя 72 и второго слоя 76 может быть осажден до толщины или плотности покрытия, которая обеспечивает заданный состав в модифицированной подповерхностной области 78 после введения элемента(ов) в первом слое 72 и втором слое 76. Например, первый слой 72 и второй слой 76 могут включать достаточные количества по меньшей мере одного элемента с тем, чтобы модифицированная подповерхностная область 78 включала менее чем примерно 1 вес.% по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента, менее чем примерно 2 вес.% Si, менее чем примерно 30 вес.% Cr и/или менее чем примерно 20 вес.% по меньшей мере одного благородного металла или любой другой заданный состав в пределах перечисленных здесь диапазонов.

[0069] В некоторых примерах описанные здесь методы могут включать стадию первоначальной термической обработки для образования заданной микроструктуры в детали из сплава (например, подложке из сплава). Например, как показано на ФИГ.8 и 9, деталь из сплава может быть нагрета 92 до температуры 94 термической обработки, которая является меньшей, чем температура 100 фазового перехода сплава (82). В некоторых примерах, как описано выше, деталь из сплава может быть выполнена из сплава γ-Ni+γ'-Ni₃Al. Температура 100 фазового перехода для сплава γ-Ni+γ'-Ni₃Al называется температурой сольвуса γ'-Ni₃Al, которая представляет собой температуру, выше которой γ'-Ni₃Al, включая домены первичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al, домены вторичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al и домены третичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al, практически полностью растворяется в фазе γ-Ni с образованием твердого раствора. В некоторых примерах температура сольвуса γ'-Ni₃Al может составлять между примерно 1915°F (примерно 1046°С) и примерно 2150°F (примерно 1177°С), а температура 98 плавления может составлять между примерно 2150°F (примерно 1177°С) и примерно 2350°F (примерно 1288°С). Температура сольвуса γ'-Ni₃Al и температура 98 плавления будут зависеть от точного состава сплава, и другие сплавы γ-Ni+γ'-Ni₃Al могут иметь иную температуру 100 фазового перехода и/или иную температуру 98 плавления.

[0070] В некоторых примерах термическая обработка при температуре ниже температуры 100 фазового перехода сплава может иметь результатом растворение по меньшей мере некоторых из доменов выделивших фаз. В качестве одного примера сплав γ-Ni+γ'-Ni₃Al может включать домены γ'-Ni₃Al, которые классифицированы как домены по меньшей мере одной из первичной, вторичной или третичной выделившей фазы. Когда сплав γ-Ni+γ'-Ni₃Al подвергают термической обработке при температуре 94 ниже температуры 100 фазового перехода сплава (82), любые домены вторичной или третичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al, присутствующие в сплаве, могут практически растворяться в матрице γ-Ni, тогда как любые первичные домены первичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al могут оставаться практически нерастворенными и даже могут укрупняться. Например, деталь из сплава γ-Ni+γ'-Ni₃Al может быть нагрета до температуры ниже температуры сольвуса γ'-Ni₃Al на величину между примерно 75°F (примерно 41,67°С) и примерно 150°F (примерно 83,33°С). Когда сплав γ-Ni+γ'-Ni₃Al охлаждают от температуры 94 термической обработки (84), домены вторичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al могут образовываться во время охлаждения 96 при относительно высоких температурах, тогда как домены третичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al могут образовываться во время охлаждения 96 при более низких температурах. В некоторых примерах, если скорость охлаждения детали из сплава является достаточно низкой, домены третичной выделившей фазы могут не образовываться.

[0071] Как только сформированы заданные фазовый состав и микроструктура, например, микроструктура, практически не содержащая доменов третичной выделившей фазы γ'-Ni₃Al, метод можно продолжить образованием модифицированной подповерхностной области. Например, как проиллюстрировано на фиг.8, на поверхность 34 может быть осажден (22) слой 36, и элемент или элементы из слоя 36 могут быть введены в модифицированную подповерхностную область 38 с использованием ионной бомбардировки (24). В других примерах метод, проиллюстрированный на фиг.8 и 9, может включать осаждение первого слоя и второго слоя на поверхность 34, как проиллюстрировано на фиг.4 и 5 или фиг.6 и 7.

[0072] Были описаны разнообразные примеры. Эти и прочие примеры находятся в пределах объема нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на подложку из жаропрочного никелевого сплава и изделию из жаропрочного никелевого сплава. Изделие включает подложку из никелевого сплава и модифицированную подповерхностную область и объемную область. Модифицированная подповерхностная область включает первый состав, а объемная область включает второй состав, отличающийся от первого состава. Модифицированная подповерхностная область включает по меньшей мере один из реакционноспособного элемента или благородного металла и имеет толщину менее чем примерно 0,3 мкм, измеренную в направлении, практически нормальном поверхности подложки. Модифицированная подповерхностная область сформирована осаждением слоя, включающего по меньшей мере один из реакционноспособного элемента или благородного металла, в слой на поверхности подложки, и введением упомянутого по меньшей мере одного из реакционноспособного элемента или благородного металла в модифицированную подповерхностную область с использованием ионной бомбардировки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ осаждения покрытия на подложку из жаропрочного никелевого сплава, включающий:
осаждение слоя из множества атомов на поверхность подложки из жаропрочного никелевого сплава, причем множество атомов содержит по меньшей мере один из реакционноспособного элемента или благородного металла,
бомбардировку полученного слоя инертными ионами для внедрения по меньшей мере некоторых из множества атомов в подложку из жаропрочного никелевого сплава с образованием модифицированной подповерхностной области, имеющей максимальную глубину менее чем примерно 0,3 мкм, измеренную в практически нормальном к поверхности направлении, и при этом образование модифицированной подповерхностной области не влияет на микроструктуру подложки из жаропрочного никелевого сплава.

2. Способ по п.1, при этом инертные ионы содержат по меньшей мере один из Хе, Не, Ne, Ar, Kr или Rn.

3. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит реакционноспособный элемент, и при этом реакционноспособный элемент содержит по меньшей мере один из Y, La, Hf, Zr, Се, Si или Cr.

4. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит благородный металл, и при этом благородный металл содержит по меньшей мере один из Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir, Ag или Au.

5. Способ по п.1, при этом множество атомов состоит, по существу, из единственного элемента, выбранного из группы, состоящей из реакционноспособного элемента или благородного металла.

6. Способ по п.1, при этом модифицированная подповерхностная область подложки из жаропрочного никелевого сплава содержит фазовый состав γ-Ni+γ′-Ni₃Al перед бомбардировкой слоя инертными ионами, и при этом бомбардировка полученного слоя инертными ионами оставляет фазовый состав γ-Ni+γ′-Ni₃Al в модифицированной подповерхностной области подложки из жаропрочного никелевого сплава практически неизмененным.

7. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит по меньшей мере один редкоземельный реакционноспособный элемент, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 1 вес.% упомянутого по меньшей мере одного редкоземельного реакционноспособного элемента.

8. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит Si, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 2 вес.% Si.

9. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит Cr, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 30 вес.% Cr.

10. Способ по п.1, при этом множество атомов содержит благородный металл, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 20 вес.% благородного металла.

11. Способ по п.1, при этом подложка из жаропрочного никелевого сплава содержит фазовый состав γ-Ni+γ′-Ni₃Al, дополнительно включающий:
перед осаждением множества атомов в полученном слое на поверхности подложки из жаропрочного никелевого сплава, термическую обработку подложки из жаропрочного никелевого сплава при температуре на между 41,67°C и 83,33°C ниже температуры сольвуса γ′-Ni₃Al сплава для растворения практически всего третичного γ′-Ni₃Al, присутствующего в подповерхностной области, так чтобы подповерхностная область, по существу, не содержала третичного γ′-Ni₃Al.

12. Способ по п.1, дополнительно включающий: термическую обработку подложки из жаропрочного никелевого сплава, включающей подповерхностную область, для окисления Cr или Al, присутствующего в подповерхностной области, с образованием оксидной пленки на поверхности подповерхностной области.

13. Изделие из жаропрочного никелевого сплава, включающее подложку из жаропрочного никелевого сплава, содержащую:
модифицированную подповерхностную область; и
объемную область,
причем модифицированная подповерхностная область содержит первый состав, а объемная область содержит второй состав, отличающийся от первого состава, при этом модифицированная подповерхностная область содержит по меньшей мере один из реакционноспособного элемента или благородного металла, и при этом модифицированная подповерхностная область определяется максимальной толщиной менее чем примерно 0,3 мкм, измеренной в направлении, практически нормальном поверхности подложки из жаропрочного никелевого сплава, и при этом микроструктура модифицированной подповерхностной области является практически такой же, как и микроструктура объемной области, смежной с модифицированной подповерхностной областью.

14. Изделие по п.13, при этом модифицированная подповерхностная область содержит фазовый состав γ-Ni+γ′-Ni₃Al.

15. Изделие по п.13, при этом модифицированная подповерхностная область содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит по меньшей мере один из Y, La, Hf, Zr или Се, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 1 вес.% упомянутого по меньшей мере одного из Y, La, Hf, Zr или Се.

16. Изделие по п.13, при этом модифицированная подповерхностная область содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит Si, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 2 вес.% Si.

17. Изделие по п.13, при этом модифицированная подповерхностная область содержит реакционноспособный элемент, причем реакционноспособный элемент содержит Cr, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 30 вес.% Cr.

18. Изделие по п.13, при этом модифицированная подповерхностная область содержит благородный металл, и при этом модифицированная подповерхностная область содержит менее чем примерно 20 вес.% благородного металла.

19. Изделие по п.18, при этом благородный металл содержит по меньшей мере один из Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt и Au.

20. Изделие по п.13, дополнительно включающее оксидную пленку, образовавшуюся на поверхности модифицированной подповерхностной области, причем оксидная пленка содержит по меньшей мере один из оксида хрома (Cr₂O₃) или оксида алюминия (Al₂O₃).