[發(fā)明專利]涂布方法、涂層和涂布組件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310220054.4
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103469201A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: S.S.帕布拉;G.O.克雷默;R.T.埃弗哈特;W.F.小卡內爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C16/453;B32B15/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孔青;林森

技術領域

本發(fā)明涉及制造的組件和制造組件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及涂布方法、涂層和涂布組件。

背景技術

現(xiàn)代的高效燃氣渦輪具有超過約2000℉（1093℃）的燃燒溫度，而且由于對更高效的發(fā)動機的需求持續(xù)，故燃燒溫度持續(xù)增加。形成“熱氣路徑”燃燒器和渦輪節(jié)的很多組件直接暴露于侵蝕性的熱燃燒氣，例如，燃燒器襯里、燃燒和渦輪節(jié)之間的轉換導管以及渦輪靜葉片和旋轉葉片和周圍的環(huán)形片(ring?segment)。除熱應力以外，這些和其它組件還暴露于進一步損耗所述組件的機械應力和負荷。

很多傳統(tǒng)上用來制造用于燃氣渦輪發(fā)動機的熱氣路徑區(qū)的大多數(shù)燃氣渦輪組件的鈷基和鎳基超合金材料通過用熱障涂層涂布所述組件而與熱氣流隔離，以在這種侵蝕性的高溫燃燒環(huán)境中經(jīng)受住長期操作。

熱障涂層體系通常由四個層組成：金屬基底、金屬粘合涂層、熱生長的氧化物和陶瓷頂涂層。陶瓷頂涂層一般由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）組成，其由于具有極低的導熱性同時在應用中一般所見的標稱操作溫度下保持穩(wěn)定，因而是期望的。涂敷這些陶瓷頂涂層可為昂貴的，和/或涂敷方法有限。

YSZ是一種熟知的用來提高高溫金屬中所用的金屬的性能的材料。YSZ一般通過高溫熱噴涂布法來涂敷。YSZ增加高溫基底金屬的操作溫度。此外，將粘合涂層涂敷在YSZ和高溫金屬之間，降低YSZ和高溫金屬之間的熱不匹配，這提高抗剝落性。

氣體渦輪發(fā)動機可使用很多不同燃料來操作。這些燃料在發(fā)動機的燃燒器區(qū)中在處于或超過2000℉（1093℃）的溫度下燃燒，且燃燒的氣體用來使位于發(fā)動機燃燒器區(qū)之后的發(fā)動機渦輪區(qū)旋轉。當從燃燒的熱氣提取能量時，通過旋轉的渦輪區(qū)產(chǎn)生功率。使用最便宜的可得燃料來操作氣體渦輪發(fā)動機通常在經(jīng)濟上有利。較豐富和便宜的石油燒料中的一種是重質燃料油（HFO）。HFO為經(jīng)濟燃料的原因之一是它不經(jīng)深度精煉或它是精煉過程的剩余部分。不經(jīng)深度提煉，其含有很多雜質。這些雜質之一為釩，其在燃燒高溫下形成氧化釩（V₂O₅）。雖然將MgO作為燃料添加劑添加并充當釩物類反應（其在熱障涂層的外表面上或附近形成惰性釩酸鎂化合物）的抑制劑，但是MgO不完全防止YSZ熱障涂層的侵蝕，因為氧化釩可穿透熱障涂層中的微裂縫和多孔結構(porosity)，提供的通路不僅通往YSZ熱障涂層，而且通往下面的粘合涂層。V₂O₅為酸性氧化物，其可在出現(xiàn)于這些熱障涂層的裂縫和多孔結構中使氧化釔從YSZ滲出。侵蝕機制由以下反應提供：

ZrO₂(Y₂O₃)?+?V₂O₅?→?ZrO₂?(單斜晶)?+?2YVO₄

因此，V₂O₅保持迅速侵蝕YSZ的能力，導致其損壞并被熱氣流除去。TBC的損失使基底金屬和任何剩余的結合涂層在升高的溫度下暴露于燃燒熱氣。在這些升高的溫度下，基底金屬和結合涂層經(jīng)受來自燃燒熱氣的腐蝕，這縮短它們的壽命。因此，必須在較短時間間隔內更換組件，例如燃燒器和渦輪葉片，這還意味著在渦輪不產(chǎn)生功率期間對渦輪的額外維護時間。

在本領域中期望不遭受以上缺點的涂布方法、涂層和涂布組件。

發(fā)明內容

在一個示例性實施方案中，涂布方法包括提供MCrAlY基底、將熱障涂層涂敷到MCrAlY基底、將閃層（flash?layer）涂敷到熱障涂層和將反應產(chǎn)物沉積物涂敷到熱障涂層上。閃層包括惰性陶瓷。反應產(chǎn)物沉積物包括選自以下的反應產(chǎn)物：氧化鎂化合物、原釩酸鎂化合物、釩酸鎂化合物、焦釩酸鎂化合物、硫酸鎂化合物和它們的組合。反應產(chǎn)物為摻雜燃料的副產(chǎn)物。

在另一個示例性實施方案中，涂層包括熱障涂層、包括惰性陶瓷的閃層、位于熱障涂層上的反應產(chǎn)物沉積物，反應產(chǎn)物沉積物包括選自以下的反應產(chǎn)物：氧化鎂化合物、原釩酸鎂化合物、釩酸鎂化合物、焦釩酸鎂化合物、硫酸鎂化合物和它們的組合。反應產(chǎn)物為摻雜燃料的副產(chǎn)物。

在另一個示例性實施方案中，涂布組件包括MCrAlY基底、熱障涂層、包括惰性陶瓷的閃層、位于熱障涂層上的反應產(chǎn)物沉積物，反應產(chǎn)物沉積物包括選自以下的反應產(chǎn)物：氧化鎂化合物、原釩酸鎂化合物、釩酸鎂化合物、焦釩酸鎂化合物、硫酸鎂化合物和它們的組合。反應產(chǎn)物為摻雜燃料的副產(chǎn)物。

本發(fā)明請求保護：

1.?一種涂布方法，其包含：

提供MCrAlY基底；