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法承受氧化和腐蝕。因而，這些材料必須借助涂層來抗氧化，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，其通過用γ/γ'系統(tǒng)取代β相來消除用于氧化的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。可將該結(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?？梢酝ㄟ^高速氧燃料處理、通過空氣等離子體噴涂處理、通過低壓等離子體噴涂處理、通過電子束氣相沉積處理、通過冷噴涂處理或其它合適方法來涂覆該結(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。
【附圖說明】
[0009]結(jié)合到說明書中并作為其一部分的附圖描述了當(dāng)前公開的本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說明書一起公開了本發(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，其通過用?h'系統(tǒng)取代β相來消除用于氧化的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^高速氧燃料處理、通過空氣等離子體噴涂處理、通過低壓等離子體噴涂處理、通過電子束氣相沉積處理、通過冷噴涂處理或其它合適方法來涂覆該結(jié)合涂層10。
[0017]提供上述內(nèi)容是為了說明、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，其通過用γ/γ′系統(tǒng)取代β相來消除用于氧化的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
【公開號(hào)】CN105209662
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380074167
【發(fā)明人】A·A·庫爾卡尼, J·E·小施佩, W·施塔姆
【申請(qǐng)人】西門子公司
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2013年3月1日
【公告號(hào)】EP2961860A1, WO2014133538A1