[發(fā)明專利]制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110372539.6
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN102534457A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·馮尼森;M·金德拉特;R·C·施密德
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇舍美特科公司
• 主分類號(hào): C23C4/12
• 分類號(hào): C23C4/12;C23C4/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃念;林毅斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分的基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)(thermal?barrier?coating?structure)的方法和涉及使用該方法制備的基材。

背景技術(shù)

熱障涂層用在機(jī)器和方法中以保護(hù)經(jīng)受來自熱效應(yīng)的熱應(yīng)變、熱氣體腐蝕和侵蝕的零件。機(jī)器和方法的效率的提高經(jīng)常僅可能伴隨著方法溫度的提高，使得相應(yīng)地必須保護(hù)暴露的零件。航空發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片即是如此，例如，其通常提供有單層或多層熱障涂層體系以保護(hù)渦輪葉片免受高方法溫度的作用和延長使用周期和使用壽命。

熱障涂層體系根據(jù)應(yīng)用可包含一個(gè)或多個(gè)層，例如阻擋層，特別地?cái)U(kuò)散阻擋層、粘結(jié)促進(jìn)層、熱氣體腐蝕保護(hù)層、保護(hù)層、熱障涂層和/或覆蓋層。在前述渦輪葉片的例子中，基材通常由Ni合金或Co合金制備。施加到該渦輪葉片上的熱障涂層體系可以，例如，以上升順序包含下述涂層：

-金屬阻擋層，例如，來自NiAl相或NiCr相或合金；

-金屬粘結(jié)促進(jìn)層，其也作為熱氣體腐蝕保護(hù)層，并且其可以例如至少部分地由金屬鋁化物(metal?aluminide)或由MCrAlY合金進(jìn)行制備，其中M代表金屬Fe，Ni或Co之一或Ni和Co的組合；

-氧化物陶瓷保護(hù)層，例如主要是Al₂O₃或其它氧化物；

-氧化物陶瓷熱障涂層，例如是穩(wěn)定的氧化鋯；和

-氧化物陶瓷平滑層或覆蓋層，例如穩(wěn)定的氧化鋯或SiO₂。

熱障涂層結(jié)構(gòu)，其制備將在下面所述，包含至少一個(gè)氧化物陶瓷保護(hù)層和至少一個(gè)氧化物陶瓷熱障涂層。將該熱障涂層結(jié)構(gòu)施加至金屬基材表面上，該金屬基材表面如在上述提及的渦輪葉片的例子中能夠被提供有金屬粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層。

文獻(xiàn)US?5,238,752中，描述了熱障涂層結(jié)構(gòu)的制備，其被施加至金屬基材表面上。該基材本身由Ni合金或Co合金組成，但是金屬基材表面由25μm厚至125μm厚的Ni鋁化物或Pt鋁化物的粘結(jié)促進(jìn)層形成。在該基材表面上形成0.03μm至3μm厚的Al₂O₃氧化物陶瓷保護(hù)層，并且隨后通過電子束物理蒸氣沉積(EB-PVD)沉積125μm至725μm厚的ZrO₂和6％-20％Y₂O₃氧化物陶瓷熱障涂層。在EB-PVD方法中，待被沉積用于熱障涂層的物質(zhì)，例如具有8％Y₂O₃的Zr₂，通過高真空中的電子束被變成蒸氣相并且從所述蒸氣相凝結(jié)于待涂覆的部件上。如果方法參數(shù)以合適的方式選擇，產(chǎn)生柱狀微結(jié)構(gòu)。

在US5,238,752中描述的熱障涂層結(jié)構(gòu)的制備具有通過EB-PVD沉積熱障涂層的裝置成本相對(duì)高并且EB-PVD不允許該熱障涂層的任何非視線(NLOS)施加的缺點(diǎn)，但是，例如采用低壓等離子體噴涂(LPPS)同樣可能涂覆位于在邊緣后和從等離子體炬看不見的基材部分。

從WO03/087422A1中知道通過LPPS薄膜方法同樣能夠制造具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。在WO03/087422A1中描述的等離子體噴涂方法中，待涂層材料通過等離子體射流噴涂至金屬基材的表面上。在這方面，涂層材料被注入粉末射流散焦的等離子體中并且在低方法壓力下在此進(jìn)行部分或完全熔化，該低方法壓力小于10mbar。為此目的，產(chǎn)生具有足夠高比熱含量的等離子體，使得共計(jì)至少5重量％涂層材料的主要部分變?yōu)闅庀唷⒏飨虍愋越Y(jié)構(gòu)化層施加至具有涂層材料的基材。在該層中，形成各向異性微結(jié)構(gòu)的拉長微粒主要與基材表面垂直地直立排列，其中，該微粒通過低材料過渡區(qū)相互排列并且因此形成柱狀結(jié)構(gòu)。

在WO03/087422A1中描述的用于制備具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層的等離子體噴涂方法提到與LPPS薄膜方法相關(guān)，因?yàn)椋绱怂鼈儯褂脤挼入x子體射流，其通過等離子體炬內(nèi)部壓力(典型地100kPa)與小于10kPa的工作腔室內(nèi)的壓力之間的壓力差產(chǎn)生。但是，由于使用所述方法產(chǎn)生的熱障涂層能夠高達(dá)1mm厚或更厚并且因此實(shí)際上不能由術(shù)語“薄膜”涵蓋，所述方法在下面將稱為等離子體噴涂物理蒸氣沉積方法或縮寫為PS-PVD。

申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果使用根據(jù)修改后的方法制備的熱障涂層結(jié)構(gòu)，能夠提高包含根據(jù)WO03/087422A1制備的熱障涂層的熱障涂層體系的熱循環(huán)阻抗(thermal?cycling?resistance)。

發(fā)明內(nèi)容