[發(fā)明專利]高溫部件的磨蝕/腐蝕防護涂層

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 96194042.5
• 申請日: 1996-04-01
• 公開（公告）號: CN1185183A
• 公開（公告）日: 1998-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沃爾弗拉姆·比利
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C28/04;C23C14/02;C23C14/08;C23C14/06
• 代理公司: 柳沈知識產(chǎn)權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 黃益芬

本發(fā)明涉及一種制品以及涉及一種防護該制品免受磨蝕和腐蝕侵蝕的方法，所述侵蝕包括在高溫下的顆粒沖擊損傷。

US4,055,705(授于Stecura等人)，4,321,310(授于Ulion等人)和4,321,311(授于Strangman)中公開了用于鎳基或鈷基高溫合金制的氣輪機部件的涂層體系。上述專利中所公開的涂層體系包括位于粘合層或粘合涂層上的陶瓷隔熱層，該隔熱層具有柱狀晶粒的組織結(jié)構(gòu)。所述粘合層或粘合涂層依次位于基體上并將該隔熱層粘合于該基體上。該粘合層或粘合涂層是由MCrAlY型合金制成，即含鉻、鋁和稀土金屬(如釓)的、以鐵、鈷和鎳中至少一種元素為基的合金。其它元素也可含在MCrAlY合金中，下面給出例子。該粘合層的一個重要特征是在MCrAlY合金表面形成薄的氧化鋁層來粘結(jié)該隔熱層。

授予Duderstadt等人的US5,238,752公開了一種用于汽輪機部件的涂層體系，它也包括陶瓷隔熱層和將該隔熱層粘合于該基體上的粘合層或粘合涂層。該粘合層由金屬間鋁化物組成，特別是鎳鋁化物或鉑鋁化物。界面層也具有用于粘結(jié)隔熱層的薄氧化鋁層。

授于Ulion等人的US5,262,245公開了一種通過省去粘合層而試圖簡化包括隔熱層的用于汽輪機部件的涂層體系的研究結(jié)果。為此，公開了一種高溫合金的成分，它可用于制造汽輪機部件基體并且通過合適的處理能在其外表面形成氧化鋁層。該氧化鋁層用于直接將陶瓷隔熱層粘結(jié)在該基體上，省去了需要將特定的粘合層插入于基體和隔熱層之間。

授予Giggins等人的US5,087,477公開了一種通過物理汽相蒸沉(PVD)將陶瓷隔熱層沉積在汽輪機部件上的方法，該方法包括用電子束蒸發(fā)形成隔熱層的化合物并于部件處建立一種具有控制氧含量的氣氛來接受該隔熱層。

授予Czech等人的US5,154,885，5,268,238，5,273,712和5,401,307公開了用于汽輪機部件的增強的涂層體系，包括MCrAlY合金保護涂層。公開的MCrAlY合金具有嚴(yán)格平衡的化學(xué)成分以得到特別好的耐腐蝕性和抗氧化性，以及特別好的與用作基體的高溫合金的性能間的相配性(機械性能、化學(xué)性能)。該MCrAlY合金是鎳基和/或鈷基的。也討論了其它元素的加入，特別是硅和錸。已表明了錸是特別有利的添加元素。也表明所有MCrAlY合金非常適合作為粘合層用于粘結(jié)隔熱層，特別是在下面公開的本發(fā)明范圍之內(nèi)。

在由W.Dienst著的《高溫材料》一書(WerkstofftechnicheVerlagesgesellschaft?mbH，Karlsruhe，DE，1978)中，公開了用于高溫合金的抗氧化涂層，見第6章第92頁。特別是，鋁化物涂層可用于鎳或鈷合金，而硅化物涂層可用于釩、鉬、鎢、鈮或鉭合金。硅化物涂層可基本上由VSi₂、MoSi₂或WSi₂組成；也考慮到(Cr；Ti；Nb)Si₂和(Cr，Ti，Ta)Si₂，特別是對于鈮和鉭合金。可以通過包埋燒結(jié)工藝隨后進行擴散回火而將硅化物層涂于基體上。

如同現(xiàn)有技術(shù)中廣泛討論的那樣，高溫下遭受腐蝕物質(zhì)侵蝕(包括由氧化物質(zhì)或其它腐蝕性化學(xué)品的侵蝕)的如汽輪機部件那樣的制品也常常會被磨蝕。對于暴露于熱氣流中的汽輪機部件尤為如此，該熱氣流可能攜帶固體顆粒如分布其中的灰塵顆粒，并使汽輪機部件遭受這些顆粒引起的磨蝕。

所述金屬保護層于使用溫度下本質(zhì)上是相當(dāng)韌性的并且在這種磨蝕侵蝕下不是太易損壞。如果這種保護層受到顆粒的沖擊，顆粒會粘附在該涂層上，甚至可能會由此而變形，但不太可能使基體產(chǎn)生裂紋或甚至產(chǎn)生散裂。

對于在汽輪機部件表面形成的并且遭受磨蝕侵蝕的陶瓷隔熱層來說情況就完全不同了。由于陶瓷本質(zhì)是脆性的，如果陶瓷涂層遭受顆粒的碰撞或沖擊則必須考慮產(chǎn)生裂紋和散裂，所述顆粒是隨熱氣流沿部件吹過時沖擊或碰撞涂層的。

最需要考慮的是部件表面區(qū)域內(nèi)增加的磨蝕侵蝕，下文中將該區(qū)域定義為“危險區(qū)域”，該區(qū)域在或大或小程度上橫向暴露于吹過的熱氣流。對于汽輪機的翼面部件來說，該翼面部件包括用于固定該部件的固定部分和遭受汽輪機中熱氣流的翼面部分，其危險區(qū)域包括翼面部分的導(dǎo)向邊，該導(dǎo)向邊由吹過該部件的氣流所確定。