[發明專利]抗氣蝕性環境隔離涂層

無效

• 申請號: 201310352389.1
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103587156A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: R.達斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B18/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;林森

技術領域

本發明一般涉及適用于保護暴露于高溫環境(例如燃氣渦輪發動機的有害熱環境)的組件的涂層系統。更具體地講，本發明涉及在例如陶瓷基質復合材料(CMC)的組件的含硅區域上的粘合涂層，并且涉及在粘合涂層的晶粒間界中加入摻雜劑，以提高環境隔離涂層系統(EBC，environmental?barrier?coating)的抗脫層性和抗氣蝕性。

背景技術

不斷尋求燃氣渦輪發動機的較高操作溫度以提高其效率。雖然已通過形成鐵、鎳和鈷基超合金顯著提高高溫能力，但一直研究替代材料。例如，目前正考慮復合材料用于此類高溫應用，如燃燒器襯墊、輪葉、護罩、翼片和燃氣渦輪發動機的其它熱段組件。特別關注基于硅的復合材料，例如碳化硅(SiC)作為基質和/或增強材料。

在很多高溫應用中，保護性涂層對含硅材料有益，或者是含Si材料所需要的。這類涂層應通過抑制含Si材料在腐蝕性含水環境中降解的主要機制來提供環境保護，即，形成揮發性一氧化硅(SiO)和氫氧化硅(Si(OH)₄)產物。具有這些功能的涂層系統以下被稱為環境隔離涂層(EBC)系統。關于涂層材料的重要性質包括與含SiC材料相容的熱膨脹系數(CTE)、對氧化劑的低滲透性、低熱導率、穩定性和與含Si材料和從氧化形成的二氧化硅鱗皮(scale)的化學相容性。

已研究在含Si基底上使用的多種單層和多層EBC系統。用氧化釔部分或完全穩定化的氧化鋯(YSZ)涂層作為熱障層顯示極佳的環境耐性。然而，由于CTE不匹配(與SiC/SiC復合材料的約4.9ppm/℃相比，對于YSZ為約10ppm/℃)，YSZ不良地粘合到含Si材料(SiC或硅)。已提出將富鋁紅柱石(3Al₂O₃2SiO₂)、鋇-鍶-鋁硅酸鹽(BSAS；(Ba1-xSrx)O-Al₂O₃-SiO₂)和其它堿土鋁硅酸鹽作為保護性涂層用于含Si材料。例如，頒予Lee等的美國專利No.?5,496,644和頒予McCluskey等的美國專利No.?5,869,146公開了使用富鋁紅柱石，頒予Eaton等的美國專利No.?6,254,935、6,365,288、6,387,456和6,410,148公開了用BSAS作為外部保護性隔離涂層用于含硅基底。在Eaton等的專利中，描述了BSAS隔離涂層是用中間層(粘合涂層)粘合到含硅基底的，除了其它可能的材料外，中間層可以為富鋁紅柱石或富鋁紅柱石與BSAS的混合物。然而，隨著涂層厚度增加，由于單獨涂層和基底之間CTE不匹配導致的應變能也增加，這可導致涂層系統脫粘和散裂。

另外，在粘合涂層包含硅時，硅優先與氧反應成非氣態產物。得到的氧化硅(SiO₂)層雖然有時合乎需要，但可能降低EBC系統的抗氣蝕性，甚至由于與其它EBC層的CTE不匹配而導致脫層或散裂。因此，減小氧化硅層生長的方法和系統對于某些應用合乎需要。

鑒于上述，可以理解，存在與現有技術相關的某些問題、缺點或不利，并且如果研發具有提高的抗脫層性和抗氣蝕性的改進的EBC系統，以至少部分克服或避免這些問題、缺點或不利，將是合乎需要的。

發明內容

本發明提供適合用于保護暴露于高溫環境的組件，具有提高的抗脫層性和抗氣蝕性的環境隔離涂層、其施加方法和由其制備的制品。

根據本發明的第一方面，用于含硅基底的環境隔離涂層系統包括在含硅基底上的粘合涂層和在粘合涂層上的至少一個陶瓷環境隔離層。粘合涂層包括硅和至少一種包括元素鈦的摻雜材料。摻雜材料以足夠提高粘合涂層的抗脫層性和抗氣蝕性的量位于粘合涂層內的晶粒間界處。

根據本發明的第二方面，制品包括含硅基底和在含硅基底上的環境隔離涂層系統。環境隔離涂層系統包括在含硅基底上的粘合涂層和在粘合涂層上的至少一個陶瓷環境隔離層。粘合涂層包括硅和至少一種包括元素鈦的摻雜材料。摻雜材料以足夠提高粘合涂層的抗脫層性和抗氣蝕性的量位于粘合涂層內的晶粒間界處。

根據本發明的第三方面，在含硅基底上施加環境隔離涂層系統的方法包括：在含硅基底上形成包括硅的粘合涂層；以使得摻雜材料以足夠提高粘合涂層的抗脫層性和抗氣蝕性的量位于粘合涂層內的晶粒間界處的方式，用包括元素鈦的摻雜材料摻雜粘合涂層；并且在粘合涂層上施加至少一個陶瓷層。

具體而言，本發明提供如下方面：

1.?一種用于含硅基底的環境隔離涂層系統，所述環境隔離涂層系統包含：