用于高温部件的具有多孔基体的涂层制造技术

提供了一种用于在基底上形成涂层的方法。对包括基底12、处于基底12上的多孔基体14和处于多孔基体14上或内部的浸渍材料16的组件10，所述方法包括从能量源20施加一定量的能量18，该一定量的能量18有效地熔化浸渍材料16和基底的一部分。以这种方式，浸渍材料16浸渍多孔基体14。所述方法还包括冷却组件10以提供包括与基底12成为一体的多孔基体14的涂层26。

Coating with porous substrate for high temperature components

A method for forming a coating on a substrate is provided. In 12, a porous substrate includes a substrate 12 on the substrate 14 and a porous matrix impregnated materials or components within 14 of 16 on the 10, the method includes from the energy source 20 exert a certain amount of energy 18, part of the amount of energy 18 effectively melting impregnated material and substrate 16. In this way, the impregnated material 16 was impregnated with porous matrix 14. The method further includes a cooling assembly 10 to provide a coating layer comprising a porous substrate 14 which is integrated with the substrate 12.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及材料增强，并且更具体而言，涉及用于在基底上提供强化和保护涂层的过程以及所产生的结构。
技术介绍
燃气涡轮机或其他超级合金部件的结构修复通常被认为是用匹配的合金材料来更换受损的材料，并且实现接近原制造部件规格（例如，原规格的至少70%的极限抗拉强度）的性能，例如强度等。例如，优选的是对已经受表面开裂的涡轮机叶片进行结构修复，使得降低进一步开裂的风险并且叶片被恢复至原材料结构和尺寸规格。用于陆基发电和用于航空航天应用的这些动叶和静叶通常由超级合金材料形成。术语“超级合金”在本文中如它在本领域中通常被使用的那样被用于表示即使在高温下也表现出优异的机械强度和耐蠕变性的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。超级合金通常包括高的镍或钴含量。由于超级合金材料的开发，已采用各种策略来给材料提供机械强度，以在新的制造或修理期间提高其寿命。一些元素可以在固溶体中提供强度。示例包括Co、Cr、Fe、Mo、W、Ta和Re。碳化物沉淀也可以增加强度。形成碳化物的元素包括W、Ta、Ti、Mo、Nb、Hf和Cr。最特别地，超级合金材料可以通过形成称为gammaprime（γ'）的析出相（precipitatephase）来强化。该相具有基本组成Ni3(AI,Ti)。如果大小适当并具有足够的体积分数，则该相提供显著的强化，最特别地是对于镍基超级合金而言。一些超级合金也被称为gammadoubleprime（γ''）的另一种析出物强化。该析出物具有组成Ni3Nb，并且对于强化一些镍和镍/铁基超级合金而言是重要的。γ'相具有有序的晶格，其有助于给材料提供增加的强度。此外，已经开发了用于超级合金的单晶凝固技术，其使得能够从铸件中完全消除晶界，以及增加γ'析出物的体积分数。替代性地，超级合金可以定向凝固，以便仅包括纵向定向的晶粒用于增加强度。氧化物弥散强化（ODS）的合金由于其高温强度和抗氧化性而对高温使用也具有吸引力。然而，由于制造中的困难，包括有限的可成形性（特别是复杂的形状）、有限的可加工性、可焊性、可制造性或可修复性，这样的合金在实践中仅发现有限的应用。由于ODS材料到基底的不充分结合的问题，这种合金作为层或涂层的潜在应用甚至更具挑战性。附图说明根据附图在下面的描述中解释本专利技术，这些附图示出了：图1图示了根据本专利技术的一个方面的包括浸渍的多孔基体的涂层的形成；图2图示了根据本专利技术的一个方面将金属氧化物粉末添加到图1的材料，以在浸渍的多孔基体上形成外部金属氧化物层；图3图示了根据本专利技术的一个方面将粉末状焊剂包含到金属氧化物粉末中以形成熔渣层。具体实施方式本专利技术人已开发了一种用于在基底上形成包括强化和保护性高温网的涂层的新颖的过程。在某些方面，本文所述的过程将包括例如金属氧化物、陶瓷或碳材料之类的高温材料的多孔基体放置在基底上，并且之后，使处于多孔基体上或内部的浸渍材料熔化，以用该材料浸渍多孔基体。多孔基体在该过程期间基本上不熔化。然而，基底的一部分也被熔化。浸渍到多孔基体中的材料与基底相容。因此，当基底和熔融材料冷却时，多孔基体被熔合到基底。以这种方式，可以在基底上形成包括强化和保护性高温网的涂层。在一个实施例中，例如金属氧化物材料之类的高温材料也被设置在浸渍材料或多孔基体上，被熔化和冷却以形成外部保护层，该外部保护层与未熔化的多孔基体一体化（integrate），以扩展强化和保护性的高温材料网。参照图1，其示出了组件10，该组件10包括基底12、设置在基底12上的多孔基体14以及设置在多孔基体14上或内部的浸渍材料16。在一个实施例中，浸渍材料16被选择为使得在浸渍材料16熔化时与基底12相容。多孔基体14可以被放置在基底12之上，以便在待接合或修复的区域中或在新制造品中所期望的区域上基本上覆盖基底12的顶表面。然后，可以将浸渍材料16预先放置或以其他方式供给到多孔基体14的表面上，例如作为均匀层。替代性地，多孔基体14可以作为预形成件来提供，其中浸渍材料16已放置在该预形成件上，该预形成件被放置在基底12上。为了形成高温保护涂层，以有效地熔化浸渍材料16并熔化基底12的一部分22的量从合适的能量源20对组件10施加能量18。然而，能量18基本上不熔化多孔基体14，使得在施加能量18之后保持多孔基体14的大部分（例如，体积百分比>50%）的结构完整性。以这种方式，熔融的浸渍材料16流动到多孔基体14中并浸渍多孔基体14，以形成浸渍的多孔基体24，该浸渍的多孔基体24在能量施加之后保持基本上自支撑。可以设想的是，一些熔融的材料16也可扩散到熔化的基底（部分22）中，但至少期望熔融的材料16与熔化的基底部分22接合（或界面接合，interface）。在本文所述的过程期间，基底12的熔化部分22可具有期望的深度，例如从0.05mm至1.0mm。在冷却和凝固时，例如通过冶金结合等，多孔基体14可通过浸渍的多孔基体24内的材料16与基底12成为一体，该材料16与基底的熔融部分22接合并与之一起凝固。有利地，这种锚固可以消除例如在超级合金上常规施加的涂层的典型的涂层剥落。因此，在凝固时，在基底12上形成包括高温网28的保护涂层26。对本文所述的过程而言，基底12可包括将受益于本文所述的过程的任何材料。在某些实施例中，基底12包括超级合金材料。如上所述，术语“超级合金”在本文中如它在本领域中通常被使用的那样被用于表示即使在高温下也表现出优异的机械强度和耐蠕变性的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。示例性超级合金包括但不限于以如下商标和品牌名称来销售的合金，即：Hastelloy、Inconel合金（例如，IN738、IN792、IN939）、Rene合金（例如，ReneN5、Rene41、Rene80、Rene108、Rene142、Rene220）、Haynes合金、MarM、CM247、CM247LC、C263、718、X-750、ECY768、262、X45、PWA1483和CMSX（例如，CMSX-4）单晶合金、GTD111、GTD222、MGA1400、MGA2400、PSM116、CMSX-8、CMSX-10、PWA1484、IN713C、Mar-M-200、PWA1480、IN100、IN700、Udimet600、Udimet500以及铝化钛等。替代性地，基底12可包括铝化钛材料、金属陶瓷材料或陶瓷基复合材料或者包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、莫来石、堇青石、β-锂辉石、钛酸铝、铝锶硅酸盐、锂铝硅酸盐及其组合中的一种或多种的单片陶瓷。多孔基体14在其中包括例如微孔之类的多个孔，并且至少部分地由至少比浸渍材料16具有更高的熔化温度的材料形成。以这种方式，即使在施加能量18来熔化浸渍材料16时，多孔基体14也可基本上保持其结构完整性。例如，多孔基体14可以呈过滤体、海绵、蜂窝体或泡沫材料的形式。在一个实施例中，多孔基体14可以包括选自如下组中的金属氧化物，所述组包括氧化铝、氧化锑（III）（antimony(III)oxide）、氧化硼、氧化铬、氧化钴、氧化铜、氧化铕、氧化铁、氧化镍、二氧化硅、氧化锡、氧化钛、氧化钇、氧化锌、氧化锆（zirconia）及它们的组合。在一个特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆基底（12）的方法，包括：对包括基底（12）、处于所述基底（12）上的多孔基体（14）和处于所述多孔基体（14）上或内部的浸渍材料（16）的组件（10），从能量源（20）施加某一量的能量（18），所述某一量的能量（18）有效地熔化所述浸渍材料（16）和所述基底（12）的一部分，使得所述浸渍材料（16）浸渍所述多孔基体（14）；以及冷却所述组件（10），以提供包括与所述基底（10）成为一体的浸渍的多孔基体（24）的涂层（26、26A）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 US 14/4605041.一种涂覆基底（12）的方法，包括：对包括基底（12）、处于所述基底（12）上的多孔基体（14）和处于所述多孔基体（14）上或内部的浸渍材料（16）的组件（10），从能量源（20）施加某一量的能量（18），所述某一量的能量（18）有效地熔化所述浸渍材料（16）和所述基底（12）的一部分，使得所述浸渍材料（16）浸渍所述多孔基体（14）；以及冷却所述组件（10），以提供包括与所述基底（10）成为一体的浸渍的多孔基体（24）的涂层（26、26A）。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底（10）和所述浸渍材料（16）包括选自如下组中的组分，所述组包括超级合金材料、铝化钛、金属陶瓷材料以及陶瓷材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔基体（14）包括选自如下组中的金属氧化物，所述组包括氧化铝、氧化锑（III）、氧化硼、氧化铬、氧化钴、氧化铜、氧化铕、氧化铁、氧化镍、二氧化硅、氧化锡、氧化钛、氧化钇、氧化锌、氧化锆及它们的组合。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔基体（14）包括选自如下组中的陶瓷材料，所述组包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、碳氮化硅、莫来石、堇青石、β-锂辉石、钛酸铝、硅酸锶铝、硅酸锂铝及它们的组合。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔基体（14）还包括选自如下组中的材料，所述组包括富勒烯结构、碳纱、碳纤维、碳纳米芽、石墨烯结构、类金刚石材料、碳蜂窝体、碳织物及它们的组合。6.如权利要求1所述的方法，还包括：将高温材料（32）添加到所述组件（10）的顶部，其中，所述高温材料（32）选自包括金属氧化物材料、铝化钛、金属陶瓷材料和陶瓷材料的组中；在从能量源（20）施加一定量的能量（18）期间熔化所述高温材料（32）；以及冷却熔融的高温材料（32），以由此在与所述多孔基体（14）成为一体的涂层（26A）上形成外部保护层（30）。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温材料（32）包括选自如下组中的金属氧化物材料，所述组包括氧化铝、氧化锑（III）、氧化硼、氧化铬、氧化钴、氧化铜、氧化铕、氧化铁、氧化镍、二氧化硅、氧化锡、氧化钛、氧化钇、氧化锌、氧化锆及它们的组合。8.如权利要求6所述的方法，还包括：将焊剂粉末（34）添加到所述组件（10）；以及在从能量源（20）...

【专利技术属性】
技术研发人员：GJ布鲁克，A卡默尔，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US