部分合金化的氧化鋯粉末的制作方法
【專利說明】部分合金化的氧化鋯粉末
[0001]本申請是分案申請，其母案的申請日為2007年3月2日、申請?zhí)枮?00710084420.2，名稱為“部分合金化的氧化鋯粉末”。
[0002]相關申請的交叉引用
不適用。
[0003]關于資助研宄或開發(fā)的聲明不適用。
[0004]引用序列表
不適用。
技術領域
[0005]本發(fā)明涉及用于熱阻隔涂層的材料，更具體地，涉及用于等離子體噴涂沉積方法的部分合金化的氧化鋯粉末。
【背景技術】
[0006]近幾年來，陶瓷熱阻隔涂層(TBC)已經(jīng)成功地用于工業(yè)燃氣輪機、飛機發(fā)動機、船舶推進裝置和其它熱金屬應用中。已經(jīng)用于所述涂層應用的一種材料是用大約7重量％的氧化釔(Y2O3)穩(wěn)定的氧化鋯(ZrO2),該材料也被稱為7YSZ。通常，來自這種材料的涂層提供了有利的性能組合，所述組合包含低導熱率、高熱膨脹系數(shù)和較高溫度范圍里的相穩(wěn)定性。在某些情況下，使用具有7YSZ的TBC可以導致下面的金屬表面溫度下降多達170°C(300 °F)，因而提高了金屬部件的耐久性并使得發(fā)動機性能提高。對更高發(fā)動機效率、更高性能和增加的耐久性方面提出的要求已經(jīng)產(chǎn)生了對于具有更佳保護性能的改進涂層的需要。
[0007]沉積TBC可以采用例如等離子體噴涂方法來完成。在該方法中，將陶瓷粉末進料注入到高速等離子體流中，在此所述陶瓷粉末進料被同時熔融和向基材推進。當熔融的顆粒沖擊基材時，它們固化形成“薄片激冷金屬(splat)”，其積累形成TBC。實際上變成所形成的涂層的一部分的粉末進料的量是沉積效率的量度。沉積效率通?？梢员欢x為涂層重量對總進料重量的比。為了既提高沉積速率又降低材料損失，改進沉積效率仍是涂覆工業(yè)的持續(xù)目標。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明通過提供與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物中的一種或多種部分合金化的低密度多孔氧化鋯(ZrO2)粉來滿足上述關于提高涂層性能和沉積效率的需求?？梢詥为毣蛘咭匀魏谓M合形式包含上述氧化物。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，合金化氧化物的總量應當?shù)陀诖蠹s30重量％。一個實例是含有大約6-9重量％氧化釔的氧化鋯合金。該粉末通過對含有適量(例如，總組合低于30重量％)的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的物理團聚或者化學生成的氧化鋯復合粉末進行受控燒結或者光等離子體致密化(light plasma densificat1n)來制備。本發(fā)明的粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。粉末的表觀密度大致為1.0-2.0g/cm3。當在相同加工條件下用于等離子體噴涂沉積方法中時，本發(fā)明粉末的沉積效率比具有類似組成和類似顆粒尺寸分布的完全合金化粉末(完全合金化粉末是指含有低于10%的單斜氧化鋯相的氧化鋯合金)的沉積效率高直到50%或者更高。使用本發(fā)明粉末得到的涂層具有低于大約5%的單斜相含量。
[0009]在本發(fā)明的一個方面中，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎(attrit1n milling)形成的團聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學生成的氧化鋯復合粉末；和(2)通過將該粉末加熱到至少1400°C燒結所述團聚的粉末或者化學生成的粉末，其中對燒結工藝進行控制，以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0010]在本發(fā)明的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎形成的團聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學生成的氧化鋯復合粉末；和(2)在環(huán)境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使所述團聚粉末或者化學生成的粉末等離子體致密化，其中控制等離子體致密化工藝以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0011]在本發(fā)明的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎形成的團聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學生成的氧化鋯復合粉末；和(2)然后在環(huán)境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使用對所述團聚粉末或者化學生成的粉末進行燒結和等離子體致密化的組合來使得所述粉末部分合金化，其中控制所述燒結工藝和等離子體致密化工藝的組合以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0012]在本發(fā)明的又一方面，提供了在基材上施加涂層的方法。該方法包括下列步驟:提供與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合部分合金化的氧化鋯(ZrO2),其中所述粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相氧化鋯或者未合金化的氧化鋯。該方法的另一步驟是使用等離子體噴涂方法在基材上沉積粉末以形成涂層，其中所述涂層含有低于5%的單斜相含量。
[0013]本發(fā)明的其它方面將由下面的說明給出，這些方面部分地將由所述說明變得顯而易見，或者可以通過實施本發(fā)明獲悉。本發(fā)明的這些方面可以通過下面特別指出的手段或其組合來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0014]附圖闡述了本發(fā)明的實施方案并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理，這些附圖被包括進來以提供對本發(fā)明的進一步理解并結合到說明書中構成該說明書的一部分。在附圖中: 圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的粉末制造方法的流程圖；
圖2提供了根據(jù)本發(fā)明使用的等離子體致密化裝置的示意圖；和圖3提供了根據(jù)本發(fā)明至少一個方面制備得到的涂層的顯微照片。
【具體實施方式】
[0015]現(xiàn)在將詳述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其實施例圖示于附圖中。
[0016]本發(fā)明包括用于制備與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合部分合金化的低密度多孔氧化鋯(ZrO2)的方法。合金化氧化物的總量應當?shù)陀?0重量％。一個實例是含有大約6重量％至大約9重量％的氧化釔的氧化鋯復合體，但是在要求保護的本發(fā)明范圍內可以設想無數(shù)的其它組合物。當在相同處理條件下進行等離子體噴涂時，這種粉末表現(xiàn)出比具有相同組成和類似顆粒尺寸分布的完全合金化粉末的沉積效率高直到5%至50%的沉積效率。該部分合金化的氧化鋯復合粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。完全合金化的粉末(包括例如熔合和碾碎的、等離子體致密化的、團聚和燒結的粉末)通常含有低于10體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。
[0017]圖1提供了根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生和施加粉末的方法100的流程圖。在步驟S102中，提供了