[發明專利]具有基材相容性的抗氧化涂層

在審

• 申請號: 201210577858.5
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103184452A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: B.J.齊默曼;M.J.馬羅尼
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;F01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;李進

技術領域本發明涉及保護涂層領域，所述保護涂層應用于在升高溫度下使用的金屬部件上，并且特別是可應用于燃氣渦輪發動機領域中。

背景技術

熱段渦輪發動機零件上的目前的金屬涂層提供氧化和腐蝕保護，并且充當在燃氣渦輪發動機中使用的部件或零件上的陶瓷熱障涂層的粘結層。MCrAlY和鋁化物涂層均被研發用于確保在用于部件或零件基材的當時的基體合金上的可接受的性能。較新的單晶基體合金雖然能夠提供改進的機械性能，但是與當前的粘結層在一起會表現出氧化弊端以及有害的反應區。

對于渦輪發動機零件來說，具有能夠與基材材料相容的涂層是十分重要的。

發明內容

根據本公開，提供了一種涂層，其與鎳基或者鈷基超級合金相容。

根據本公開，提供了一種涂層，其包括11-14wt%的鉻、11-14wt%的鈷、7.5-9.5wt%的鋁、0.20-0.60wt%的釔、0.10-0.50wt%的鉿、0.10-0.30wt%的硅、0.10-0.20wt%的鋯、以及余量的鎳。

此外，根據本公開，提供了一種部件，例如渦輪發動機零件，其具有基材和施加在所述基材上的涂層，所述涂層包括11-14wt%的鉻、11-14wt%的鈷、7.5-9.5wt%的鋁、0.20-0.60wt%的釔、0.10-0.50wt%的鉿、0.10-0.30wt%的硅、0.10-0.20wt%的鋯以及余量的鎳。

具有基材相容性的抗氧化涂層的其它細節在下述的附圖以及詳細的說明中進行闡述，其中，相同的附圖標記表示相同的元件。

附圖說明

圖1描述了一個部件，其具有施加在其上的涂層。

具體實施方式

現在參照圖1，部件10，例如渦輪發動機零件，具有基材11，在其上施加有涂層12，所述涂層12賦予所述部件以抗氧化性，并且與形成所述部件的材料相容。如果需要的話，所述涂層12可以直接施加在基材的表面14上。

基材11可以由許多各種不同的金屬材料形成，包括但不限于鎳基或鈷基超級合金。舉例來說，基材11可以是單晶鎳基超級合金。

涂層12包括11-14wt%的鉻、11-14wt%的鈷、7.5-9.5wt%的鋁、0.20-0.60wt%的釔、0.10-0.50wt%的鉿、0.10-0.30wt%的硅、0.10-0.20wt%的鋯、以及余量的鎳。從上述組合物中可以看出的，其具有降低的鋁含量，這在易于形成SRZ的合金中減少了SRZ的形成。涂層12中更多的鋁可能會產生反應區問題，而更少的鋁不能提供足夠的鋁來維持良好的保護等級。更少的活性元素（Y,?Hf,?Si和Zr）可能提高氧化動力學，而更多的活性元素可能會導致短路氧化。更多的鉻可能會減少主導相，γ相（gamma?prime），而更少的鉻可能會損害抗熱腐蝕性。用于涂層12的極其合適的組合物恰好位于上述范圍中間。

涂層12可以使用等離子噴涂或者物理氣相沉積技術來施加至基材11，由此而形成部件10。舉例來說，涂層可以使用陰極電弧沉積來施加。

涂層12特別是可用作粘結層。在這種情況下，涂層12將會被直接施加在基材11的至少一個表面14上。熱障涂層（未示出）可以施加在涂層12上。

在這里描述的涂層相對于傳統的MCrAlY或者鋁化物或鉑鋁化物涂層顯示出少得多的次級反應區的形成，特別是當應用于可能遭受微結構不穩定性的更高代的單晶合金時更是如此。使得這些超級合金堅硬并抗蠕變的元素可能會使它們趨于不穩定，特別是在涂層附近。已知從涂層中擴散過來的鋁會加劇這一問題。這是因為來自涂層的鋁可以與合金結合并形成被稱為次級反應區的層。該層具有差的機械性能并且與拓撲密堆集（TCP）特性相聯系，所述拓撲密堆集（TCP）特性會促進開裂和向γ’基體（而非合金其余部分中的γ基體）的轉變。如上所指出的，使用本文所述的涂層，SRZ的形成減少。

具有本文所述組成的涂層表現出抗腐蝕性，抗高溫氧化性，以及類似于MCrAlY涂層的機械性能。這一涂層的EB-PVD熱障涂層抗剝落能力為基準涂層的8倍。使含有抗氧化涂層和熱障涂層的部件經受燃氣熱腐蝕試驗（burner?rig?testing）和2050℉，其中所述抗氧化涂層具有根據本公開所述的組成。據發現所述涂層的平均熱障涂層剝落為由傳統的具有更高的鈷和鉻含量的NiCoCrAlY材料形成的組合物涂層的864%。燃氣熱腐蝕試驗顯示本文所述的涂層的抗氧化性為對比涂層的92%（單管法?2150℉），抗熱腐蝕性為對比涂層的130%（燃氣熱腐蝕?1600℉），并且高周疲勞和熱機械疲勞與對比涂層相當。

在本文中提供了具有基材相容性的抗氧化涂層。雖然在所述涂層的具體實施方式的上下文中對其進行了描述，但對于閱讀了上述說明的本領域技術人員來說，其它未預見到的替換、改進和變形都將變得顯而易見。因此，這些替換、改進和變形均應落入所附的權利要求的廣泛范圍之內。