抗氧化性提高的高溫結(jié)合涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)合涂層，更特別地涉及被設(shè)計(jì)用來(lái)保護(hù)形成適用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件的鎳基或鈷基材料的結(jié)合涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱氣路徑內(nèi)存在的高溫環(huán)境，置于其內(nèi)的組件通常由鎳基或鈷基材料制成。這些材料在強(qiáng)度上得到優(yōu)化，而在較高溫度下通常無(wú)法承受氧化和腐蝕。因而，這些材料必須借助涂層來(lái)抗氧化，這些涂層通常由MCrAlY以及其它富鋁涂層制成。這樣的涂層可用于抗氧化和腐蝕，以及用作熱障涂層(TBC)系統(tǒng)的結(jié)合涂層。在TBC系統(tǒng)中，MCrAlY涂層保護(hù)其下的材料免于暴露在熱氣體下，并且提供將TBC系統(tǒng)結(jié)合到組件的機(jī)制。通常在不斷提高的內(nèi)部熱氣路徑溫度下運(yùn)行的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)面臨導(dǎo)致熱障涂層散裂的涂層失效的傾向更高。因而，需要改進(jìn)能夠經(jīng)受較高溫度環(huán)境且結(jié)合涂層不易劣化的涂層，且需要提高TBC的抗散裂能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請(qǐng)涉及具有高耐蝕性和高抗氧化性并且與熱障涂層相容性好的結(jié)合涂層。該結(jié)合涂層可以是具有附加材料的優(yōu)化的NiCrAlY材料，其通過(guò)用γ/γ'系統(tǒng)取代β相來(lái)消除用于氧化的β相的存在性。該結(jié)合涂層還可以減少那些對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械和氧化性能有害的相的存在性，例如σ相和BCC鉻相。該結(jié)合涂層還可以具有比常規(guī)結(jié)合涂層高約400攝氏度的? IY轉(zhuǎn)化溫度，這能夠降低局部應(yīng)力。
[0004]用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的該結(jié)合涂層可以由包括但不局限于鋁、鉻、鉭、鐵、釔和釹的材料制成。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合涂層可以由重量百分比計(jì)7.75%的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)14.4%的鉻、重量百分比計(jì)6%的鉭、重量百分比計(jì)2.7%的鐵、重量百分比計(jì)0.3%的釔和重量百分比計(jì)0.03%的釹組成。
[0005]保護(hù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件免受在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑內(nèi)存在的高溫的方法可以包括向組件涂覆該結(jié)合涂層?？蓪⒃摻Y(jié)合涂層設(shè)置在該組件與一個(gè)或多個(gè)熱障涂層(TBC)之間。該方法可以包括提供由包括但不限于鋁、鉻、鉭、鐵、釔和釹的材料制成的結(jié)合涂層材料。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)合涂層可以由重量百分比計(jì)7.75 %的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)14.4%的鉻、重量百分比計(jì)6%的鉭、重量百分比計(jì)2.7%的鐵、重量百分比計(jì)0.3%的釔和重量百分比計(jì)0.03%的釹制成。該方法還可以包括向該燃?xì)鉁u輪組件涂覆該結(jié)合涂層。可以通過(guò)高速氧燃料處理、通過(guò)空氣等離子體噴涂處理、通過(guò)低壓等離子體噴涂處理、通過(guò)電子束氣相沉積處理、通過(guò)冷噴涂處理或其它合適方法來(lái)涂覆該結(jié)合涂層。
[0006]該結(jié)合涂層的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，該結(jié)合涂層具有熱生長(zhǎng)氧化物層的改進(jìn)的粘附性，并具有強(qiáng)化的TBC抗散裂性。
[0007]該結(jié)合涂層的另一優(yōu)點(diǎn)在于，消除有害的σ相的存在性會(huì)導(dǎo)致優(yōu)于傳統(tǒng)高鋁涂層的提高的機(jī)械性能。
[0008]下面更詳細(xì)地描述這些和其它實(shí)施方式。
【附圖說(shuō)明】
[0009]結(jié)合到說(shuō)明書中并作為其一部分的附圖描述了當(dāng)前公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說(shuō)明書一起公開(kāi)了本發(fā)明的主旨。
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的高抗氧化結(jié)合涂層的相圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的結(jié)合涂層的相圖。
[0012]圖3是具有該結(jié)合涂層和熱障涂層的渦輪組件的局部橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖2和3所示，本發(fā)明涉及具有高耐蝕性和高抗氧化性并且與熱障涂層12相容性好的結(jié)合涂層10。該結(jié)合涂層10可以是具有附加材料的優(yōu)化的NiCrAlY材料，其通過(guò)用?h'系統(tǒng)取代β相來(lái)消除用于氧化的β相的存在性。該結(jié)合涂層10還可以減少那些對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械和氧化性能有害的相的存在性，例如σ相和BCC鉻相。這些相是在地形學(xué)上緊密堆積(TCP)的結(jié)構(gòu)，其降低系統(tǒng)的延展性和熱機(jī)械性能。該結(jié)合涂層10具有比常規(guī)結(jié)合涂層高約400攝氏度的γ/γ'轉(zhuǎn)化溫度，這能夠降低局部應(yīng)力。
[0014]結(jié)合涂層10在具有可接受的機(jī)械性能和提尚的抗氧化性的同時(shí)，可以具有良好的長(zhǎng)的壽命。用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的該結(jié)合涂層10可以由包括但不局限于鋁、鉻、鉭、鐵、釔和釹的材料制成。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合涂層10可以由重量百分比計(jì)至少1%的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)至少1%的鉻、重量百分比計(jì)4?8%的鉭、重量百分比計(jì)0.5?5%的鐵、重量百分比計(jì)0.1?0.7%的釔和重量百分比計(jì)O?1.5%的釹制成。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合涂層10可以由重量百分比計(jì)至少I %的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)至少1%的鉻、重量百分比計(jì)5?7%的鉭、重量百分比計(jì)I?4%的鐵、重量百分比計(jì)0.1?0.7%的釔和重量百分比計(jì)O?1.5%的釹制成。在又一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合涂層10可以由重量百分比計(jì)7.75%的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)14.4%的鉻、重量百分比計(jì)6%的鉭、重量百分比計(jì)2.7%的鐵、重量百分比計(jì)0.3%的釔和重量百分比計(jì)0.03%的釹制成。該結(jié)合涂層10已被優(yōu)化，使得降低熱機(jī)械性能的σ相和BCC鉻相減少以接收鋁。已經(jīng)按照足以改進(jìn)熱生長(zhǎng)的氧化物層的粘合性并促使TBC抗散裂性提高的量加入釹。另外，已經(jīng)添加的釹的量在帶來(lái)上述益處的基礎(chǔ)上而不會(huì)對(duì)結(jié)合涂層10的機(jī)械性能產(chǎn)生不利影響。
[0015]該結(jié)合涂層10可以包括導(dǎo)致涂層具有高的γ / γ '轉(zhuǎn)換溫度(γ / γ '相取代β相)的鉭和鐵，從而導(dǎo)致在高溫下比常規(guī)高鋁涂層更強(qiáng)的抗氧化性。β相的消除(如果結(jié)合有害的σ相的存在性完全消除來(lái)完成)會(huì)導(dǎo)致優(yōu)于常規(guī)尚招涂層的提尚的機(jī)械性能。如圖2中所示，該結(jié)合涂層10可以具有提高的γ/γ'轉(zhuǎn)換溫度，其比常規(guī)涂層高約400攝氏度，如圖1中所示的。因此，降低了在操作溫度區(qū)域的局部應(yīng)力。如圖2中所示，該結(jié)合涂層10可以具有類似的富Al的β含量，其與高γ '濃度及低γ濃度一起有助于優(yōu)異的抗氧化性。該結(jié)合涂層10還可以具有較低濃度的有害的σ相和BCC相12，這顯示了該結(jié)合涂層10在低溫下優(yōu)良的熱機(jī)械性能。
[0016]如圖3中所示，保護(hù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件免受在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑內(nèi)存在的高溫的方法可以包括向組件14涂覆該結(jié)合涂層10?？蓪⒃摻Y(jié)合涂層10設(shè)置在該組件與一個(gè)或多個(gè)熱障涂層(TBC) 12之間。該方法可以包括提供由包括但不限于鋁、鉻、鉭、鐵、釔和釹的材料制成的結(jié)合涂層材料。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)合涂層10可以由重量百分比計(jì)7.75%的鋁、重量百分比計(jì)0%的鈷、重量百分比計(jì)14.4%的鉻、重量百分比計(jì)6 %的鉭、重量百分比計(jì)2.7%的鐵、重量百分比計(jì)0.3%的釔和重量百分比計(jì)0.03 %的釹制成。該方法還可以包括向該燃?xì)鉁u輪組件涂覆該結(jié)合涂層10?？梢酝ㄟ^(guò)高速氧燃料處理、通過(guò)空氣等離子體噴涂處理、通過(guò)低壓等離子體噴涂處理、通過(guò)電子束氣相沉積處理、通過(guò)冷噴涂處理或其它合適方法來(lái)涂覆該結(jié)合涂層10。
[0017]提供上述內(nèi)容是為了說(shuō)明、解釋和描述本發(fā)明的實(shí)施方式的目的。對(duì)這些實(shí)施方式的改進(jìn)和適應(yīng)變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的，并且在不脫離本發(fā)明的范圍或主旨的情況下可以作出所述改進(jìn)和適應(yīng)變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件的結(jié)合涂層，包括: 重量百分比計(jì)至少1%的鋁； 重量百分比計(jì)0%的鈷； 重量百分比計(jì)至少I%的鉻； 重量百分比計(jì)在4?8%之間的鉭； 重量百分比計(jì)在0.5?5%之間的鐵； 重量百分比計(jì)在0.1?0.7%之間的釔；和 重量百分比計(jì)在O?1.5%之間的釹。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)7.75%的招O3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)14.4%的鉻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)在5?7%之間的鉭。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)6%的鉭。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)在I?4%之間的鐵。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)2.7%的鐵。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)0.3%的釔。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)0.03%的釹。10.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件的結(jié)合涂層，包括: 重量百分比計(jì)至少1%的鋁； 重量百分比計(jì)0%的鈷； 重量百分比計(jì)至少I%的鉻； 重量百分比計(jì)在5?7%之間的鉭； 重量百分比計(jì)在I?4%之間的鐵； 重量百分比計(jì)在0.1?0.7%之間的釔；和 重量百分比計(jì)在O?1.5%之間的釹。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)7.75%的招O12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)14.4%的鉻。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)6%的鉭。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)2.7%的鐵。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)0.3%的釔。16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)合涂層，其中，所述結(jié)合涂層包括重量百分比計(jì)0.03%的釹。17.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件的結(jié)合涂層，包括: 重量百分比計(jì)7.75%的鋁； 重量百分比計(jì)0%的鈷； 重量百分比計(jì)14.4%的鉻； 重量百分比計(jì)6%的鉭； 重量百分比計(jì)2.7%的鐵； 重量百分比計(jì)0.3%的釔；和 重量百分比計(jì)0.03%的釹。
【專利摘要】公開(kāi)了一種具有高耐蝕性和高抗氧化性并且與熱障涂層相容性好的結(jié)合涂層。該結(jié)合涂層可以是具有附加材料的優(yōu)化的NiCrAlY材料，其通過(guò)用γ/γ′系統(tǒng)取代β相來(lái)消除用于氧化的β相的存在性。該結(jié)合涂層還可減少那些對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械和氧化性能有害的相的存在性，例如σ相和BCC鉻相。該結(jié)合涂層還可具有比常規(guī)結(jié)合涂層高約400攝氏度的γ/γ′轉(zhuǎn)化溫度，這能夠降低局部應(yīng)力。
【IPC分類】C23C28/00, C22C19/05, C23C30/00, C23C14/16, F01D5/28, C23C4/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105209662
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380074167
【發(fā)明人】A·A·庫(kù)爾卡尼, J·E·小施佩, W·施塔姆
【申請(qǐng)人】西門子公司
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2013年3月1日
【公告號(hào)】EP2961860A1, WO2014133538A1