[發明專利]以耐腐蝕層保護的元件及制造該元件的方法

有效

• 申請號: 201310513463.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN104562006B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 王麗敏;鐘大龍;周宏;勞倫斯·B·庫爾;張利明;克里斯多夫·E·湯普森
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;F01D5/28
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

本發明涉及以耐腐蝕層保護的元件及制造該元件的方法，其中的一種燃氣輪機發動機元件，包括用耐高溫材料制成的基體和耐腐蝕層。所述耐腐蝕層包含分子式為M_xV_yO_z的難熔金屬釩酸鹽，其中M選自堿土金屬、IV族和V族過渡金屬、稀土金屬、以及它們的組合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。

技術領域

本發明涉及一種以耐腐蝕層保護的發動機元件以及制造該元件的方法。

背景技術

為了提高燃氣渦輪發動機的效率，需不斷追求更高的操作溫度。耐高溫的材料被廣泛用來制造各行業，包括飛機和發電行業的燃氣渦輪發動機的元件。由于操作溫度的升高，發動機元件的耐高溫性能也應相應增強。基于這個原因，燃氣渦輪發動機元部件，如燃燒室、高壓渦輪機的葉片上常使用熱障涂層（thermal barrier coatings，TBC），以其隔熱性能來讓發動機元件能耐受更高的操作溫度下，從而提高元件的壽命，并提高發動機的可靠性。

燃氣渦輪發動機環境內的燃燒室的高溫可導致燃料內的熔融雜質不僅會腐蝕這些用對所述熔融雜質敏感的材料，如超合金和硅基非氧化物陶瓷（silicon-based non-oxide ceramics）制成的元件，還會腐蝕和破壞用來保護這些元件的熱障涂層。這種現象稱為熱腐蝕，是一種由于雜質的存在，如在元件或其保護層表面形成熔融鹽沉積的Na₂SO₄,NaVO₃ and V₂O₅等的存在，導致的加速腐蝕。所述熱腐蝕可導致元件的結構材料或涂層的性能迅速地發生退化，使得元件在幾十到幾千小時的時間內發生嚴重的損壞。

盡管上述問題和不確定性的存在，業界仍希望在燃氣渦輪發動機中使用價格更加低廉的低品級燃料，這些低品級燃料中所含的鹽雜質密度更高，會加劇熱腐蝕的問題。因此，如何減輕發動機元件的熱腐蝕的問題變得越來越具有挑戰性。

發明內容

本發明的一方面涉及一種發動機元件，其包括用耐高溫材料制成的基體和耐腐蝕層。所述耐腐蝕層包含分子式為M_xV_yO_z的難熔金屬釩酸鹽，其中M選自：堿土金屬、IV族和V族過渡金屬、稀土金屬、以及它們的組合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。

在一些實施例中，所述發動機元件進一步包括熱障涂層系統，位于所述基體和至少一部分所述耐腐蝕層之間，該至少一部分耐腐蝕層是直接附著在所述熱障涂層系統上的。

在一些實施例中，所述熱障涂層系統包括厚度在100微米到1150微米之間的氧化釔穩定氧化鋯層、以及位于所述氧化釔穩定氧化鋯層和所述基體之間的第一黏合層。

在一些實施例中，所述第一黏合層包括分子式為RCrAlE的物質，其中R為鐵、鈷和/或鎳，E為釔、稀土金屬和/或其他活性金屬。

在一些實施例中，所述熱障涂層系統進一步包括位于所述第一黏合層和所述氧化釔穩定氧化鋯層之間的熱生長氧化物層。

在一些實施例中，所述熱生長氧化物層包括Al₂O₃。

在一些實施例中，所述發動機元件進一步包括第二黏合層，其位于所述基體和至少一部分所述耐腐蝕層之間，該至少一部分耐腐蝕層附著在所述第二黏合層上，所述第二黏合層在所述基體和所述至少一部分耐腐蝕層之間提供粘接力。

在一些實施例中，所述第二黏合層包括鋁化物。

在一些實施例中，所述耐腐蝕層至少有一部分是直接附著在所述基體上的。