涂覆工藝及涂覆物品的制作方法
【專利摘要】公開了一種涂覆工藝及涂覆物品。涂覆工藝包括關(guān)于電感器定位物品、利用電感器加熱物品，接著將涂層材料施加在物品上面來形成晶質(zhì)涂層。物品的加熱將物品的表面的第一溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度。另一種涂覆工藝包括定位物品、將物品的表面均勻地加熱至有利于晶體形成的第二溫度，接著將環(huán)境阻隔涂層材料施加在物品的表面上面來形成晶質(zhì)環(huán)境阻隔涂層。環(huán)境阻隔涂層的施加通過空氣等離子噴涂沉積來執(zhí)行。涂覆物品包括具有復(fù)雜幾何形狀的物品，以及施加在物品的表面上的晶質(zhì)涂層。晶質(zhì)涂層包括對分層的增大的阻力。
【專利說明】
涂覆工藝及涂覆物品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涂覆工藝及涂覆物品。更具體地，本發(fā)明涉及晶質(zhì)涂層。

【背景技術(shù)】
[0002]各種系統(tǒng)常見的惡劣操作條件可使物品的表面退化和/或破壞。環(huán)境阻隔涂層(EBC)通常沉積在物品的表面上面，以減少或消除退化和/或破壞。例如，破壞的一種形式包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)由于氣流中的水蒸氣而退化。水蒸氣與碳化硅反應(yīng)來形成氫氧化硅。沉積EBC的一種常見工藝為通過熱噴涂，諸如空氣等離子噴涂。
[0003]在常規(guī)空氣等離子噴涂期間，EBC以非晶質(zhì)狀態(tài)沉積。在非晶質(zhì)狀態(tài)下，EBC的原子未以有序晶格布置。為了提高涂層的性能，非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)可結(jié)晶，或通過涂覆物品的涂覆后熱處理形成為晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。涂層的結(jié)晶通常產(chǎn)生涂層的體積變化，產(chǎn)生可導(dǎo)致缺陷和/或分層的應(yīng)力。物品的涂覆后熱處理引起EBC材料在晶質(zhì)結(jié)構(gòu)形成時膨脹。EBC材料的膨脹可引起各種微觀結(jié)構(gòu)缺陷，諸如微裂紋、EBC從物品的分層，或它們的組合。EBC的分層引入了EBC的定位和/或物品的破壞和/或失效。
[0004]減少或消除EBC材料的膨脹期間形成的缺陷的一種方法包括將涂覆后熱處理延長至大于50小時；然而，這是耗時的，并且增加了生產(chǎn)成本。避免EBC材料的膨脹的其它方法包括在EBC沉積之前和同時使用開箱熔爐來加熱物品，以及在EBC沉積之前和同時使用電阻加熱來加熱物品。開箱熔爐不適于具有復(fù)雜幾何形狀的涂覆構(gòu)件或穩(wěn)健的制造工藝。電阻加熱形成非均勻加熱，這產(chǎn)生局部過熱和熔化物品的區(qū)。
[0005]本領(lǐng)域中將合乎需要的是不遭受以上缺陷中的一個或更多個的涂覆工藝和涂覆物品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個實施例中，一種涂覆工藝包括關(guān)于電感器定位物品、利用電感器加熱物品、接著將涂層材料施加在物品上面來形成晶質(zhì)涂層。物品的加熱將物品的表面的第一溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度。
[0007]在另一個實施例中，一種涂覆工藝包括定位物品、將物品的表面均勻地加熱至有利于晶體形成的第二溫度，接著將環(huán)境阻隔涂層材料施加在物品的表面上面來形成晶質(zhì)環(huán)境阻隔涂層。環(huán)境阻隔涂層的施加通過空氣等離子噴涂沉積來執(zhí)行。
[0008]在另一個實施例中，一種涂覆物品包括具有復(fù)雜幾何形狀的物品，以及施加在物品的表面上的晶質(zhì)涂層。晶質(zhì)涂層包括對分層的增大的阻力。
[0009]一種涂覆工藝，包括:關(guān)于電感器定位物品；利用電感器加熱物品；接著將涂層材料施加在物品上面來形成晶質(zhì)涂層；其中物品的加熱將物品的表面的第一溫度增大至有利于晶體形成的第二溫度。
[0010]優(yōu)選地，晶質(zhì)涂層抵抗分層。
[0011]優(yōu)選地，晶質(zhì)涂層在復(fù)雜幾何形狀上。
[0012]優(yōu)選地，涂覆工藝還包括關(guān)于電感器操縱物品。
[0013]優(yōu)選地，涂覆工藝還包括關(guān)于物品操縱電感器。
[0014]優(yōu)選地，晶質(zhì)涂層在沒有涂覆后熱處理的情況下形成。
[0015]優(yōu)選地，涂覆工藝還包括遍及將涂層材料施加在物品上面至少保持有利于物品中的晶體形成的第二溫度。
[0016]優(yōu)選地,物品包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。
[0017]優(yōu)選地,物品包括鎳合金。
[0018]優(yōu)選地，涂層材料為環(huán)境阻隔涂層。
[0019]優(yōu)選地，通過施加涂層材料來形成晶質(zhì)涂層在沒有相變的情況下發(fā)生。
[0020]優(yōu)選地，通過施加涂層材料來形成晶質(zhì)涂層在沒有體積變化的情況下發(fā)生。
[0021]優(yōu)選地，涂覆工藝還包括通過選自由熱噴涂、空氣等離子噴涂、高速含氧燃料噴涂、高速空氣燃料噴涂、高速空氣等離子噴涂和射頻感生等離子構(gòu)成的組的方法來沉積涂層材料。
[0022]優(yōu)選地，晶質(zhì)涂層包括0.5密耳至30密耳之間的涂層深度。
[0023]優(yōu)選地,涂覆工藝還包括通過帶涂覆來沉積涂層材料。
[0024]優(yōu)選地，涂覆工藝還包括使物品與設(shè)備分開。
[0025]優(yōu)選地，物品遍及涂層材料的沉積保持附接于設(shè)備。
[0026]優(yōu)選地,涂覆工藝還包括對物品熱處理達(dá)小于50小時。
[0027]—種涂覆工藝，包括:定位物品；將物品的表面均勻地加熱至有利于晶體形成的第二溫度；接著將環(huán)境阻隔涂層材料施加在物品的表面上面來形成晶質(zhì)環(huán)境阻隔涂層；其中環(huán)境阻隔涂層的施加通過空氣等離子噴涂沉積來執(zhí)行。
[0028]—種涂覆物品，包括:具有復(fù)雜幾何形狀的物品；以及施加在物品的表面上的晶質(zhì)涂層；其中晶質(zhì)涂層包括對分層的增大的阻力。
[0029]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合附圖進(jìn)行的優(yōu)選實施例的以下更詳細(xì)的描述為顯而易見的，附圖經(jīng)由實例示出了本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1示出了根據(jù)本公開的實施例的涂覆工藝。
[0031]圖2示出了對應(yīng)于圖1的涂覆工藝的截面圖。
[0032]在可能的任何地方，相同的附圖標(biāo)記將在所有附圖中用于表示相同的部件。

【具體實施方式】
[0033]提供了示例性的涂覆工藝及涂覆物品。本公開的實施例相比于未使用本文公開的特征中的一個或更多個的工藝和物品減少或消除了環(huán)境阻隔涂層(EBC)的分層、縮短了具有EBC的物品的生產(chǎn)時間、降低了具有EBC的物品的生產(chǎn)成本、在EBC施加期間提高了 EBC的結(jié)晶度、減少了涂層缺陷、延長了涂層壽命、加強(qiáng)了涂層功能性，或它們的組合。
[0034]參照圖1，在一個實施例中，工藝150包括關(guān)于電感器102定位(步驟115)物品101、利用電感器102加熱(步驟100)物品101，接著將涂層材料104施加(步驟120)在物品101上面來形成(步驟130)相比于非晶質(zhì)材料具有增加量的晶質(zhì)材料的晶質(zhì)涂層107。物品101的加熱(步驟100)將物品101的表面105的第一溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度。例如，物品101為渦輪輪葉、渦輪葉片、熱氣體通路構(gòu)件、護(hù)罩、燃燒襯套、具有晶質(zhì)涂層的構(gòu)件、任何其它適合的構(gòu)件，或它們的組合。物品101在工藝150的部分或所有之前與系統(tǒng)和/或設(shè)備分開，或遍及工藝150的部分或所有保持附接于系統(tǒng)和/或設(shè)備。
[0035]在一個實施例中，工藝150包括關(guān)于能夠?qū)⒈砻?05的第一溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度的任何適合的能量源來定位(步驟115)物品101。適合的能量源包括但不限于紅外線(IR)源、焊炬、電感器102或它們的組合。相比于其它能量源，電感器102提供了提高的加熱(步驟100)速率、加強(qiáng)的加熱(步驟100)控制、增大的對來自等離子噴涂的破壞的阻力，以及降低的成本。
[0036]對于能夠?qū)⒈砻?05的第一溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度的任何適合的持續(xù)時間，加熱(步驟100)在涂層材料104的施加(步驟120)之前和/或同時執(zhí)行。用于在施加(步驟120)涂層材料104之前加熱(步驟100)的適合的持續(xù)時間包括但不限于大約0.0001小時至大約I小時之間、大約0.005小時至大約0.95小時之間、大約0.1小時至大約0.9小時之間、大約0.1小時至大約0.5小時之間、大約0.05小時至大約0.2小時之間、大約0.05小時至大約0.15小時之間，或任何組合、子組合、范圍或其子范圍。
[0037]物品101的加熱(步驟100)將物品101的第一溫度從非晶質(zhì)_晶質(zhì)形成溫度升高至有利于晶體形成的第二溫度。表面105的第一溫度的升高減小了物品101的表面105上面施加(步驟120)的涂層材料104的冷卻速率。冷卻速率的減小降低了玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，這容許涂層104再對準(zhǔn)到以沿所有空間方向延伸并且具有降低的能態(tài)的有順序的圖案布置的固體和晶格中。固體和晶格形成增大了晶質(zhì)涂層107中形成的晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的百分比。
[0038]有利于晶體形成的第一溫度為涂層材料104的施加(步驟120)形成(步驟130)晶質(zhì)涂層107所處于或高于的任何適合的溫度。有利于晶體形成的第一溫度對于具有不同成分的涂層材料104調(diào)整，以適應(yīng)非晶質(zhì)-晶質(zhì)形成溫度中的變化。有利于晶體形成的適合溫度包括但不限于大約500°C至大約1500°C之間、大約800°C至大約1200°C之間、大約800°C至大約1000°C之間、大約900°C至大約1200°C之間、大約1000°C至大約1500°C之間、至少800°C、至少1000°C或任何組合、子組合、范圍或其子范圍。
[0039]時間/溫度關(guān)系驅(qū)使多個熱-化學(xué)和/或熱-物理現(xiàn)象發(fā)生。各個熱-化學(xué)和/或熱-物理現(xiàn)象影響如何和何時出現(xiàn)晶質(zhì)涂層107的形成(步驟130)。在施加(步驟120)涂層材料104之前或期間升高表面105的第一溫度相比于非晶質(zhì)材料，增加了晶質(zhì)涂層107中的晶質(zhì)材料的量。在一個實施例中，晶質(zhì)涂層107包括較少或沒有非晶質(zhì)材料。例如，將物品加熱(步驟100)至1，000°C形成了晶質(zhì)涂層107中的80%的晶質(zhì)材料，而將物品加熱(步驟100)至300°C形成僅7%的晶質(zhì)材料。
[0040]在有利于晶體形成的第二溫度下，施加(步驟120)涂層材料104減少了晶質(zhì)涂層107中的缺陷的量，并且提高了晶質(zhì)涂層107的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高例如通過減少或消除在導(dǎo)致非晶質(zhì)相的非晶質(zhì)-晶質(zhì)形成溫度下施加的涂層材料104經(jīng)歷的相變來對晶質(zhì)涂層107延長壽命和增加功能性。
[0041]涂層材料104的施加(步驟120)通過能夠涂覆表面105的任何適合的技術(shù)。表面105具有適合的幾何形狀，例如，復(fù)雜幾何形狀和/或非平面輪廓。如本文中使用的，用語〃復(fù)雜幾何形狀〃是指能夠不容易或不一致地被識別或再生的形狀，諸如，不是正方形、圓形或矩形。復(fù)雜幾何形狀的實例例如存在于葉片/輪葉的前緣上、葉片/輪葉的后緣上、葉片/輪葉的吸入側(cè)上、葉片/輪葉的壓力側(cè)上、葉片/輪葉末端上、燕尾部上，燕尾部的天使翼上。適合的技術(shù)包括但不限于熱噴涂(例如，通過熱噴涂噴嘴103)、空氣等離子噴涂、高速含氧燃料(HVOF)噴涂、高速空氣燃料(HVAF)噴涂、高速空氣等離子噴涂(HV-APS)、射頻(RF)感生等離子、直接汽相沉積，或它們的組合。
[0042]在一個實施例中，工藝150包括至少遍及將涂層材料104施加(步驟120)在物品101的表面105上面保持(步驟110)有利于晶體形成的第二溫度。第二溫度的保持(步驟110)容許減少或消除涂覆后熱處理。減少或消除涂覆后熱處理提高了制造的簡單性、降低了制造成本、減少或消除了分層、減少或消除了間隙形成，或它們的組合。
[0043]在一個實施例中，晶質(zhì)涂層107的形成(步驟130)沒有涂覆后熱處理。這減少或消除了在涂覆后熱處理期間經(jīng)歷的涂層材料104的體積膨脹。減少或消除涂層材料104的體積膨脹減少或消除了晶質(zhì)涂層107從表面105的分層。例如，減小的體積膨脹水平包括但不限于達(dá)到大約0.30%、達(dá)到大約0.15%、達(dá)到大約0.06%、大約0.001%至大約0.30%之間、大約0.005%至大約0.15%之間、大約0.01%至大約0.06%之間，或任何組合、子組合、范圍或其子范圍。在一個實施例中，超過10密耳的晶質(zhì)涂層107的分層為晶質(zhì)涂層107的失效。
[0044]在一個實施例中，晶質(zhì)涂層的形成(步驟130)的至少一部分包括涂覆后熱處理(未示出)。涂覆后熱處理為任何適合的持續(xù)時間。適合的持續(xù)時間包括但不限于大約0.5小時至大約50小時之間、大約I小時至大約50小時之間、大約5小時至大約50小時之間、大約0.5小時至大約25小時之間、大約I小時至大約25小時之間、大約0.5小時至大約15小時之間、大約0.5小時至大約10小時之間，大約I小時至大約10小時之間，大約5小時至大約50小時之間，或任何組合、子組合、范圍或其子范圍。
[0045]在一個實施例中，工藝150包括有利于晶體形成的第二溫度的保持(步驟110)期間電感器102和/或物品101的相對操縱(未示出)。在又一個實施例中，相對操縱通過在熔爐(未示出)外側(cè)實現(xiàn)，其能夠用于涂覆后的熱處理。相對操縱容許涂層材料104的施加(步驟120)為均勻或大致均勻的。相對操縱包括方法，諸如但不限于旋轉(zhuǎn)、平移、展開、振蕩、回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、自旋或它們的組合。在一個實施例中，相對操縱通過具有能夠經(jīng)得起有利于晶體形成的第二溫度的任何適合的成分的物品執(zhí)行。適合的成分包括但不限于陶瓷、陶瓷基質(zhì)復(fù)合物、金屬、金屬合金或它們的組合。
[0046]在涂層材料104的施加(步驟120)均勻的實施例中，晶質(zhì)涂層107的形成(步驟130)導(dǎo)致物品101的表面105上面的一致深度。晶質(zhì)涂層107的一致深度為具體涂層的任何適合的深度。晶質(zhì)涂層107的適合深度包括但不限于大約I密耳至大約2000密耳之間、大約I密耳至大約100密耳之間、大約10密耳至大約20密耳之間、大約20密耳至大約30密耳之間、大約30密耳至大約40密耳之間、大約40密耳至大約50密耳之間、大約20密耳至大約40密耳之間、大約0.5密耳至大約30密耳之間，或任何適合的組合、子組合、范圍或其子范圍。
[0047]涂層材料104為能夠施加于物品101的任何適合的材料。適合材料包括但不限于熱障涂層(TBC)材料、連結(jié)涂層材料、環(huán)境阻隔涂層(EBC)材料、結(jié)晶涂層材料或它們的組合。在一個實施例中，TBC材料包括但不限于氧化釔穩(wěn)定的二氧化鋯或氧化釔穩(wěn)定的halfnate。在一個實施例中，EBC材料包括但不限于鋇鍶鋁硅酸鹽(BSAS)、多鋁紅柱石、氧化釔穩(wěn)定的二氧化鋯、鐿摻雜的二氧化硅，以及它們的組合。物品101包括成分201，其為與涂層材料104相容的任何適合成分。適合的成分包括但不限于硅基陶瓷基質(zhì)復(fù)合物、合金、鎳基合金，或它們的組合。
[0048]在一個實施例中，工藝150包括在晶質(zhì)涂層107形成(步驟130)之后冷卻(步驟140)物品101。遍及物品的冷卻(步驟140)，晶質(zhì)涂層107保持處于晶質(zhì)狀態(tài)。在一個實施例中，在有利于晶體形成的第二溫度的保持(步驟110)期間重復(fù)物品101的操縱和涂層材料104的施加(步驟120)形成(步驟130)多層晶質(zhì)涂層107。
[0049]盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可作出各種變化，并且等同方案可替代其元件，而不背離本發(fā)明的范圍。此外，可作出許多修改，以使特定情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不背離其基本范圍。因此，意圖是本發(fā)明不限于公開為設(shè)想用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種涂覆工藝，包括: 關(guān)于電感器定位物品； 利用所述電感器加熱所述物品；接著 將涂層材料施加在所述物品上面來形成晶質(zhì)涂層； 其中所述物品的加熱將所述物品的表面的第一溫度增大至有利于晶體形成的第二溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述晶質(zhì)涂層抵抗分層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述晶質(zhì)涂層在復(fù)雜幾何形狀上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，還包括關(guān)于所述電感器操縱所述物品O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，還包括關(guān)于所述物品操縱所述電感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述晶質(zhì)涂層在沒有涂覆后熱處理的情況下形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，還包括遍及將所述涂層材料施加在所述物品上面至少保持有利于所述物品中的晶體形成的所述第二溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述物品包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述物品包括鎳合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂覆工藝，其特征在于，所述涂層材料為環(huán)境阻隔涂層。
【文檔編號】C23C4/12GK104233168SQ201410246192
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】L. 馬戈利斯 J., R. 格羅斯曼 T. 申請人:通用電氣公司