[發明專利]熱和環境阻擋涂層組合物

有效

• 申請號: 201580035987.3
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN106660890B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: G.H.柯比;T.G.豪厄爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89;C04B41/87
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;萬雪松

提供涂布基材，其包含：基材；和包含具有式Ln₂ABO₈的化合物的阻擋涂層，其中Ln包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥或其混合物；A包括Si、Ti、Ge、Sn、Ce、Hf、Zr或其組合；和B包括Mo、W或其組合。在一個實施方案中，B包括Mo。

優先權信息

本申請要求Kirby等人在2014年6月30日提交的標題為“Thermal andEnvironmental Barrier Coating Compositions and Methods of Deposition (熱和環境阻擋涂層組合物以及沉積方法)”的美國臨時專利申請序號62/018,983和Kirby等人在2014年10月28日提交的標題為“Thermal And Environmental Barrier CoatingCompositions And Methods Of Deposition (熱和環境阻擋涂層組合物以及沉積方法)”的美國臨時專利申請序號62/069,346的優先權。兩個優先權申請的公開內容通過引用結合在本文中。

發明領域

概括而言，本發明的實施方案涉及用于陶瓷部件和/或金屬部件的熱和環境阻擋涂層及其制備方法。

發明背景

不斷尋求用于燃氣渦輪發動機的較高操作溫度以便改進其有效性。然而，當操作溫度提高時，發動機的部件的高溫耐用性必須相應地提高。高溫能力的顯著進步業已通過鐵、鎳和鈷基超合金的配制獲得。然而，在由超合金構建的許多熱氣路徑部件的情況下，熱阻擋涂層(TBC)可以用于使部件絕緣且可以在承受負載的合金和涂層表面之間維持明顯的溫差，因此限制結構部件的熱暴露。

雖然業已發現超合金廣泛用于在整個燃氣渦輪發動機中且尤其是在較高溫工段中使用的部件，但是業已提議可替代的較輕重量的基材材料，例如陶瓷基質復合材料(CMC)材料。CMC和整體陶瓷部件可以涂有環境阻擋涂層(EBC)以保護它們免受高溫發動機工段的苛刻環境。EBC可以提供致密、氣密密封來抵抗熱燃燒環境中的腐蝕氣體。在干燥的高溫環境中，硅基(非氧化物) CMC和整體陶瓷經受氧化以形成保護性氧化硅片狀物(scale)。然而，氧化硅與例如見于燃氣渦輪發動機中的高溫蒸汽快速反應，以形成揮發性硅物類。這種氧化/揮發過程會在發動機部件的壽命期間導致顯著的材料損失或衰退。這種衰退還在包含氧化鋁的CMC和整體陶瓷部件中出現，原因是氧化鋁也與高溫蒸汽反應以形成揮發性鋁物類。

當前，用于CMC和整體陶瓷部件的大多數EBC由三層涂層體系組成，所述三層涂層體系一般包括粘結涂布層、施加到粘結涂布層的至少一個過渡層和施加到過渡層的任選的外層。任選地，二氧化硅層可以存在于粘結涂布層和相鄰的過渡層之間。這些層一起可以為CMC或整體陶瓷部件提供環境保護。

更具體而言，所述粘結涂布層可以包含硅且一般可以具有約0.5密耳(約12.7 μm)-約6密耳(約152 μm)的厚度。對于硅基非氧化物CMC和整體陶瓷，所述粘結涂布層充當氧化阻擋物以防止基材氧化。所述二氧化硅層可以施加到粘結涂布層，或者可以在粘結涂布層上自然或有意形成。所述過渡層通常可以包含莫來石、鋁硅酸鋇鍶(BSAS)及其各種組合，而任選的外層可以包含BSAS。可以存在1-3個過渡層，各個層具有約0.1密耳(約2.5 μm)-約6密耳(約152 μm)的厚度，且任選的外層可以具有約0.1密耳(約2.5 μm)-約40密耳(約1mm)的厚度。

過渡層和外層各自可以具有不同的孔隙率。在約10%或更小的孔隙率下，所述層對燃燒環境中的熱氣體氣密密封。在約10%-約40%孔隙率的情況下，所述層可以呈現機械完整性，但熱氣體可以滲透通過涂布層損壞下面的EBC。雖然至少一個過渡層或外層為氣密的是有必要的，但是可能有利的是具有一些較高孔隙率范圍的層以減輕由涂層材料和基材之間的任何熱膨脹失配引發的機械應力。