專利名稱：熱阻擋涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及熱阻擋涂層，尤其涉及用于熱阻擋涂層涂敷在渦輪機(jī)部件上的粘接涂層。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)部件(例如葉片、導(dǎo)流葉片、密封件、燃燒室面板等)通常由鎳基或鈷基超級合金制成。所希望的工作溫度通常超過這些合金本身可使用的溫度。熱阻擋涂層(TBC)通常使用在這些部件上，以便其在高溫下使用。已知的是已經(jīng)提出了各種涂層組分(例如陶瓷)和各種涂敷方法(例如電子束物理氣相沉積(EB-PVD)和等離子噴射沉積)。
現(xiàn)有的一種示例性的涂層系統(tǒng)借助EB-PVD技術(shù)應(yīng)用于超級合金基底上。一種示例性的涂層系統(tǒng)可包括在基底之上的金屬的粘接涂敷層(例如NiCoAlY合金的覆蓋層或鋁化物擴(kuò)散層)。一種隔熱陶瓷外涂敷層(例如借助氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ))沉積在粘接涂層之上。在這種沉積過程中，熱生長的氧化層(TGO)(例如氧化鋁)可形成在粘接涂層上并且設(shè)置在粘接涂層的其余的基礎(chǔ)部分與外涂層之間。
在一種示例性的涂層系統(tǒng)及其工藝中，鎳基超級合金基底最初由鉑進(jìn)行鍍覆。加熱步驟可產(chǎn)生在基底與鍍覆層之間的擴(kuò)散。在這種鉑擴(kuò)散之后，施加鋁涂層。在施加鋁之后，擴(kuò)散作用可形成含有鋁化物的鉑。在這種涂敷之后，另一加熱步驟產(chǎn)生進(jìn)一步的擴(kuò)散，以使借助鋁擴(kuò)散到額外的表面中并且使鎳從基底中擴(kuò)散出來從而獲得更大的均勻性。其后，借助EB-PVD技術(shù)來沉積YSZ涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種包括基底和熱阻擋層的涂敷物件。鋁化物層設(shè)置在該基底與該熱阻擋層之間。PtAl2層設(shè)置在該鋁化物與該熱阻擋層之間。
一種方法包括將含鋁的第一層施加到基底上，將含鉑的第二層施加在該第一層之上，以便鋁從該第一層擴(kuò)散到該第二層中，從而形成PtAl2合金，并且將熱阻擋層施加到該P(yáng)tAl2合金之上。
以下將參照附圖并且結(jié)合本發(fā)明的一個或多個實施例來詳細(xì)描述。參照以下的附圖具體實施方式
、和權(quán)利要求可更清晰底理解本發(fā)明的其它特征、目的、和優(yōu)點。


圖1示出了用于形成涂敷物件的方法的基本流程圖；圖2示出了涂敷物件的截面顯微照片；和圖3示出了用于形成涂敷物件的替代方法的流程圖。
在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
具體實施例方式
圖1示出了形成涂敷物件的示例性方法。該示例性方法包括形成待涂敷的基底。示例性的基底是由鎳基或鈷基超級合金制成的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的部件。該基底可通過一個或多個步驟(例如鑄造和機(jī)加工)制成?；蛘撸谠偻糠蟮那闆r下，基底可在先制成并且除去現(xiàn)有的涂層并且進(jìn)行可選擇的修補(bǔ)和填縫等。
基底的待涂敷的表面可借助化學(xué)和/或機(jī)械方式(例如本領(lǐng)域已知的表面噴丸處理)來進(jìn)行制備。其后，含鋁的材料直接施加在該基底表面上。含鋁材料的施加可用于至少在最開始形成鋁化物?？刹捎迷诒绢I(lǐng)域中的許多施加技術(shù)。一種示例性的技術(shù)涉及常規(guī)的氣相涂敷。這種工藝涉及將基底設(shè)置在產(chǎn)生涂敷蒸氣的涂敷介質(zhì)源附近。這區(qū)別于化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，在化學(xué)氣相沉積中，該涂敷介質(zhì)源設(shè)置遠(yuǎn)端位置。在CVD涂敷中，基底保持在與涂敷介質(zhì)容器分隔開的容器中。CVD涂敷材料蒸氣經(jīng)由獨立的載體氣體進(jìn)行輸送。然而，在氣相涂敷中，基底和涂敷介質(zhì)在同一容器內(nèi)，并且基底不與(產(chǎn)生涂敷蒸氣的)涂敷介質(zhì)接觸。
一種示例性的涂敷源材料包括具有氟化銨、氯化銨、或氟化鋁作為活化劑的鋁鉻合金。示例性的鋁鉻合金是在共晶體中鋁和鉻重量百分比比率為55∶45的顆粒合金。當(dāng)(例如在受控的氣體環(huán)境條件如惰性氣體(例如氬氣)的環(huán)境下在蒸發(fā)皿中)加熱鋁鉻合金和活化劑時，活化劑使得釋放出來的鋁蒸氣冷凝在基底上。示例性的沉積時間段小于八小時(例如5-7小時)。在這種沉積過程中，來自基底的(例如尤其是由鎳形成的)擴(kuò)散作用使得施加的含鋁材料轉(zhuǎn)化成鋁化鎳。這種鋁化物往往具有NiAl/NiAl2組分，其還包括作為鋁化物中的合金成分和/或作為鋁化物中的沉積物的其它基底合金成分。
在含鋁材料施加和初始的鋁化物形成之后，施加含鉑的材料。這種示例性的施加涉及純鉑的電鍍。這種施加使得含鉑材料層形成在該鋁化物之上。
擴(kuò)散步驟隨后導(dǎo)致鋁擴(kuò)散到鉑層中以及鉑擴(kuò)散到鋁化物中。一種示例性的擴(kuò)散是借助加熱來產(chǎn)生的。示例性的加熱為加熱到至少1850的溫度(更優(yōu)選為至少1950)保持至少5分鐘，(例如在真空(例如0.1毫托或更低的壓力下)中在大約10分鐘內(nèi)加熱到大約1925，隨后在氬氣中加熱到1975保持大約4小時)。
在任何額外的表面制備(例如拋光)之后，可施加YSZ涂層。示例性的YSZ施加借助EB-PVD技術(shù)。
圖2示出了涂敷物件的細(xì)節(jié)。在該附圖的底部，基底具有大致未受影響的基部20。YSZ層22位于頂部。該YSZ層22緊靠在鉑-鋁層24之上，該鉑-鋁層24是通過鋁擴(kuò)散到鉑鍍覆層中而形成的。在示例性的實施方式中，鉑-鋁層24是連續(xù)PtAl2相。含鉑的鋁化物層26位于PtAl2層24之下。在層24和26之間的過渡區(qū)域30不是變化非常明顯的，并且其特征在于一層的材料適度大地包含在另一層中。過渡區(qū)域30位于在鋁化物與鉑鍍覆層之間的初始邊界之外。該邊界由黑點來表示，其與基底的初始表面重疊。相似的是，擴(kuò)散區(qū)域28位于未受影響的基底基部20與鋁化物26之間。
YSZ層22的示例厚度是至少40微米(例如50-100微米)。PtAl2層24的示例厚度是5-20微米。鋁化物層26的示例厚度是25-100微米。
在鋁沉積之后的鍍覆具有以下的一個或多個優(yōu)點。該鍍覆往往可通過填充鋁化物中的粗糙的疵點部分從而提供了光滑的表面。在擴(kuò)散之后示例性的粗糙度未20-40RA。光滑效果提高了外涂層的粘接性和相關(guān)的剝裂阻力。
圖3示出了替代方法，其中鉑施加和鋁施加的順序顛倒了。與一種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的區(qū)別在于鉑直接施加到基底上，在圖3中，沉積的鉑層較厚(例如5-8微米)。另外，在鉑施加和鋁施加之間基本上沒有獨立的擴(kuò)散步驟。隨后的擴(kuò)散加熱用于產(chǎn)生鉑擴(kuò)散到鋁中以及鋁擴(kuò)散到鉑中的互相擴(kuò)散，(以便形成表面層24以及提供用于鋁化物層的鉑，擴(kuò)散加熱例如加熱到至少1850的溫度(更優(yōu)選為至少1950)保持至少5分鐘)。一種示例性的加熱為在氬氣中加熱到1975保持大約4小時。該擴(kuò)散還經(jīng)由基底部件(例如鎳)擴(kuò)散到鋁中以便形成鋁化物層。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個或多個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可作出各種變型。例如，作為變型，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于現(xiàn)有的涂層系統(tǒng)或未開發(fā)出的涂層系統(tǒng)、涂敷技術(shù)或設(shè)備中。任何這種基線涂層或涂敷技術(shù)或設(shè)備的細(xì)節(jié)可影響任何特定實施方式的細(xì)節(jié)。因此，其它的實施例也落入以下權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種物件，其包括基底；阻擋熱的第一層；第二層，該第二層主要包括在該基底與該熱阻擋層之間的鋁化物；和第三層，該第三層主要包括在該鋁化物層與該熱阻擋層之間的PtAl2。
2.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該基底大致由鎳基超級合金制成。
3.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該第一層大致由借助氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯來制成。
4.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該第二層大致由鋁化鉑制成。
5.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該第三層具有5-20微米的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該第二層具有25-100微米的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的物件，其特征在于該物件大致包括基底、第一層、第二層、和第三層、以及可選地包括過渡區(qū)域。
8.一種方法，其包括將含鋁的第一層施加到基底上；將含鉑的第二層施加在該第一層之上；使得鋁從該第一層擴(kuò)散到該第二層中，從而形成PtAl2合金；以及將熱阻擋層施加到該P(yáng)tAl2合金之上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于施加該熱阻擋層包括借助氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的電子束物理氣相沉積。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于施加該第一層大致包括帶有活化劑的鋁鉻合金的氣相涂敷。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于導(dǎo)致擴(kuò)散包括加熱到至少1850。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于導(dǎo)致擴(kuò)散包括加熱到至少1900
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該擴(kuò)散至少與由加熱到1850的溫度保持至少5分鐘而產(chǎn)生的擴(kuò)散相當(dāng)。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該擴(kuò)散至少與由加熱到1925的溫度保持至少5分鐘而產(chǎn)生的擴(kuò)散相當(dāng)。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該擴(kuò)散至少與由加熱到1950的溫度保持至少5分鐘而產(chǎn)生的擴(kuò)散相當(dāng)。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于形成由鎳基超級合金制成的基底。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于借助表面噴丸來制備該基底。
18.一種涂敷基底的方法，其包括施加含鋁的第一材料的步驟；施加與該第一材料不同的含鉑的第二材料的步驟；由該第二材料的鉑和該第一材料的鋁形成PtAl2層的步驟；和施加熱阻擋層的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于形成熱阻擋層的步驟是在形成PtAl2層的步驟之后實施的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括基底和熱阻擋層的涂敷物件。鋁化物層設(shè)置在該基底與該熱阻擋層之間。PtAl
文檔編號C23C10/28GK1903562SQ200610087888
公開日2007年1月31日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者賴國海, G·B·勞 申請人:渦輪機(jī)檢修服務(wù)私人有限公司