[發明專利]無需粘結層就能保持隔熱涂層的低密度抗氧化超級合金材料

無效

• 申請號: 01138567.7
• 申請日: 2001-10-30
• 公開（公告）號: CN1357642A
• 公開（公告）日: 2002-07-10
• 發明（設計）人: 馬克·F·澤爾斯基;丹什·K·格普塔;艾倫·D·塞特爾
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 巫肖南,封新琴

?????????????????????????發明背景

隨著燃氣輪機發動機的發展，對形成此類渦輪機工作部件的超級合金的需求正在增加。

早期的燃氣輪機發動機使用無保護涂層的多晶鑄造渦輪機翼面。渦輪機技術揭示，以柱狀晶粒包括拉長的晶粒鑄造超級合金部件時，使晶粒的伸長方向與主應力軸的方向一致，可以提高機械性能。該技術減少了橫向晶界的數目，改善了部件的機械性能。同時，大約從這個時期開始，人們普遍采用保護涂層來防止部件的氧化和腐蝕。

燃氣輪機部件發展的下一步是單晶的開發。單晶沒有內部晶界，增強了機械性能水平。開發單晶合金以用于較高的溫度，但單晶合金需要有效的保護涂層。

從二十世紀八十年代開始，人們普遍采用陶瓷隔熱涂層來保護發動機最熱部位的超級合金部件，以提供熱絕緣并允許在較高溫度下工作。

美國專利US?4248940和4321311描述了使用粘結層的隔熱涂層，該粘結層展開了陶瓷隔熱涂層粘附于其上的粘性氧化鋁層。

盡管帶有粘結層的隔熱涂層作為絕熱體非常有效，但是粘結層的重量會對旋轉部件上的拉伸應力造成影響，對高轉速下運行的現代發動機的影響尤為顯著。此外，還已知粘結層在中溫時通常變脆；這種延展性的缺乏促成了發動機服役中過早地發生熱疲勞斷裂。出于這些原因，以及成本上的考慮，翼面的壽命可通過消除粘結層而提高。

美國專利US?5262245描述了一種包括超級合金的陶瓷隔熱涂層體系，該超級合金展開了一種陶瓷隔熱涂層將粘附于其上的粘性氧化鋁屑片(scale)，而無需中間粘結層。

美國專利US?4209348、US?4459160和US?4643782描述了適于用作單晶的超級合金組合物。

?????????????????????發明概要

本發明包含鎳基超級合金基底，以及該鎳基超級合金與隔熱涂層體系的組合，其中隔熱涂層體系包括在基底上就地形成的持久的粘性氧化鋁屑片和不用中間粘結層而直接施用于氧化鋁屑片上的陶瓷隔熱涂層。

該超級合金為具有優異低循環疲勞性能的較低密度合金，并且該隔熱涂層粘附于基底上形成的氧化鋁屑片上，無需粘結層。

低密度超級合金與無粘結層隔熱體系的組合，因部件重量的減輕而降低了旋轉件的離心應力。這對于部件在高轉速下工作的應用是至關重要的。

本發明可應用于燃氣輪機，尤其是燃氣輪機葉片。這種葉片通常包括翼面部分和根部或連接部。

渦輪機翼面在溫度超過約1500°F的高溫環境下工作，并且通常是在內部冷卻。發動機的性能、壽命和效率可由對冷卻翼面的翼面部分進行絕熱而提高。

??????????????????????優選方案的描述

除非另外注明，組分以重量百分比表示。

已經開發了高級的超級合金組合物，該組合物具有提高了的強度和高溫性能。然而，很多這些高級組合物包含增加了它們密度的重元素，如錸、鉬和鎢。較高密度的合金結合現代渦輪機設計的典型的較高轉速，增加了運動翼面上的拉應力。應力的增加是渦輪機葉片的根部或連接部位的一個特殊問題。

本發明的一個主要方面是發現了一組低密度的超級合金，通過較少的成分修正，可表現出令人吃驚的更好的抗氧化性，又不犧牲其它重要性能。已經發現，如此修正的合金產生了粘性和持久性大幅度提高的氧化鋁屑片，并且適于用作無需粘結層的隔熱涂層的基底。

該發現具有積極的意義。本發明超級合金的密度顯著低于新近發展的許多超級合金。并且，由于本發明的超級合金無需粘結層，制成葉片的重量進一步減輕，因而降低了發動機的旋轉張力。其它的優點是TMF(熱機械疲勞)斷裂被大大延遲、減少或消除。我們也發現，當TBC直接應用于本發明的超級合金(具有薄的中間氧化鋁屑片)而不是中間粘結層時，TBC的抗剝離能力增強。

本發明揭示了向某些超級合金中添加釔和鉿，可使之產生持久的粘性的氧化鋁層，該層將既與基底粘結又與陶瓷隔熱涂層粘結，從而免去了對中間粘結層的需要。

??????????????????????????????????表I