[發(fā)明專利]施涂熱障涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310056696.5
• 申請(qǐng)日: 2013-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103290361B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.霍斯帕赫;R.瓦森;G.毛爾;K-H.勞瓦爾德;D.施特弗;K.馮尼森;M.金德拉特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 于利奇研究中心有限公司;蘇舍美特科公司
• 主分類號(hào): C23C14/22
• 分類號(hào): C23C14/22;C23C14/08;C23C14/16
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙蘇林;楊思捷

為了施涂熱障涂層（10），由等離子炬在工作腔（2）中產(chǎn)生等離子體射流（5）并將其導(dǎo)向引入工作腔內(nèi)的基體（3）的表面，通過(guò)PS?PVD在基體表面上施涂陶瓷涂料，其中將涂料作為粉末注入等離子體射流中并在其中部分或完全氣化。在施涂熱障涂層時(shí)，在第一工作步驟中，注入粉末的進(jìn)料速率設(shè)定為使得大部分的注入粉末氣化，其中涂料從氣相中凝結(jié)到基體表面上，并與基體表面的材料形成混合相。在第二工作步驟中，將注入粉末的進(jìn)料速率提高至少5倍，從而氣化的注入粉末的相對(duì)比例降低，且涂料以細(xì)長(zhǎng)柱的形式沉積，所述細(xì)長(zhǎng)柱形成了各向異性的微觀結(jié)構(gòu)，且取向?yàn)榛旧洗怪庇诨w表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及依照權(quán)利要求1的前序部分在基體表面上施涂熱障涂層（thermalbarrier coating）的方法和具有這類熱障涂層的基體。

背景技術(shù)

熱障涂層用于機(jī)械和工藝中以保護(hù)經(jīng)受高熱應(yīng)變的部件不受熱量、熱氣體腐蝕和侵蝕的影響。機(jī)械和工藝效率的提高通常僅可通過(guò)工藝溫度的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使得暴露的部件必須受到相應(yīng)保護(hù)。因此，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片通常設(shè)有熱障涂層或通常設(shè)有多層熱障涂層系統(tǒng)以保護(hù)該渦輪葉片不受熱工藝溫度的影響，并延長(zhǎng)保養(yǎng)間隔和使用壽命。

取決于用途，熱障涂層系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)層，例如阻擋層特別是擴(kuò)散阻擋層、粘合促進(jìn)層（adhesion promoting layer）、熱氣體腐蝕保護(hù)層、保護(hù)層、熱障涂層和/或覆蓋層。在上述渦輪葉片的實(shí)例中，基體通常由基于Ni的合金或基于Co的合金制造。施涂到渦輪葉片上的熱障涂層系統(tǒng)可例如以上升順序（rising order）包括以下層：

- 金屬阻擋層，例如由NiAl相或NiCr相或合金構(gòu)成；

- 金屬粘合促進(jìn)層，其還可充當(dāng)熱氣體腐蝕保護(hù)層且可以例如由金屬鋁化物如NiAl、NiPtAl或PtAl制成，或者由MCrAlY合金制成，其中M表示金屬Fe、Ni或Co中一種或者Ni與Co的組合；

- 氧化物陶瓷保護(hù)層，例如主要由Al₂O₃或其他氧化物構(gòu)成；

- 氧化物陶瓷熱障涂層，例如由穩(wěn)定（stabilized）氧化鋯構(gòu)成；和

- 氧化物陶瓷平滑層（smoothing layer）或覆蓋層，例如由穩(wěn)定氧化鋯或SiO₂構(gòu)成。

所述熱障涂層包含一個(gè)或多個(gè)陶瓷涂料層，下文將對(duì)其制備進(jìn)行說(shuō)明。熱障涂層施涂到基體表面上，如在上述渦輪葉片的實(shí)例中那樣，該基體表面可以由金屬粘合促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層提供。

如果通過(guò)大氣等離子體噴涂（APS）施涂氧化物陶瓷熱障涂層，那么熔化的涂料在基體表面上固化并通常形成薄層。通過(guò)APS施涂的薄熱障涂層具有以下缺點(diǎn)：它們具有相對(duì)較低的拉伸耐受性（stretch tolerance）且在循環(huán)熱應(yīng)變下（cyclic thermal strain）容易剝落。

在文獻(xiàn)US 5,238,752中，描述了施涂到金屬基體表面上的熱障涂層系統(tǒng)的制備。基體本身由Ni合金或Co合金構(gòu)成，而金屬基體表面由25μm至125μm厚的Ni鋁化物或Pt鋁化物粘合促進(jìn)層形成。通過(guò)熱氧化在此基體表面上形成了0.03μm至3μm厚的Al₂O₃氧化物陶瓷保護(hù)層，隨后通過(guò)電子束物理氣相沉積（EB-PVD）沉積了125μm至725μm厚的由ZrO₂和6-20wt%的Y₂O₃構(gòu)成的氧化物陶瓷熱障涂層。在EB-PVD工藝中，將待沉積為熱障涂層的物質(zhì)（例如具有8% Y₂O₃的ZrO₂）在高真空度下通過(guò)電子束引入蒸氣相中，并從該蒸氣相中冷凝到待涂覆的組件上。如果以適當(dāng)方式選擇工藝參數(shù)，會(huì)得到柱狀（columnar）微結(jié)構(gòu)。