经涂布的部件及在基材的表面上形成涂层体系的方法技术

本申请提供了一种经涂布的部件以及形成这样的涂层体系的方法。所述经涂布的部件包括基材，该基材具有其上有涂层体系的表面。涂层体系可包括在基材的表面上方的柱状热障涂层(TBC)，所述柱状TBC包括表面连接的空隙。柱状TBC层上方是中间层。中间层具有比柱状TBC的表面粗糙的与柱状TBC相对的表面。中间层上方是第二TBC。

Coated components and methods for forming coating systems on the surface of the substrate

This application provides a coated component and a method for forming such a coating system. The coated component comprises a base material having a surface on which a coating system exists. The coating system may include a columnar thermal barrier coating (TBC) above the surface of the substrate, the columnar TBC comprising a gap in the surface connection. The upper part of the columnar TBC layer is the middle layer. The interlayer has a rougher surface than the columnar TBC and a surface opposite to the columnar TBC. Above the middle layer is the second TBC.

【技术实现步骤摘要】
经涂布的部件及在基材的表面上形成涂层体系的方法
本公开涉及一种向柱状或致密的垂直开裂热障涂层上沉积热喷涂层的方法，如用于其上已事先沉积电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的涡轮发动机部件上，或用于修复其上已事先沉积电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的涡轮发动机部件。
技术介绍
热障涂层(“TBC”)通常用于在高温下运行或暴露于高温下的制品中。例如，航空涡轮机和陆基涡轮机可包括由热障涂层保护的一个或多个部件。在正常的运行条件下，涂层部件可能易受各种类型损害的影响，所述损害包括侵蚀、氧化和来自环境污染物的攻击。对于涡轮机部件，特别关注的环境污染物组合物是含有钙、镁、铝、硅的氧化物及其混合物的那些；例如，由燃气涡轮发动机吸入的灰尘、灰和粉尘通常由这样的化合物构成。这些氧化物经常结合以形成包含混合的钙-镁-铝-硅-氧化物体系(Ca-Mg-Al-Si-O)的污染物组合物，以下称为“CMAS”。在高涡轮机操作温度下，这些环境污染物可粘附至热的热障涂层表面，并且因此引起对热障涂层的损害。例如，CMAS可形成在涡轮机的操作温度下为液体或熔融的组合物。熔融的CMAS组合物可溶解热障涂层，或者可通过渗透涂层中的孔、通道、裂缝或其他空腔来填充其多孔结构。冷却后，渗透的CMAS组合物固化并降低涂层应变耐受性，因此引发且传播可引起涂层材料分层和剥落的裂缝。这还可导致对零件或部件的下层金属基材提供的热保护的部分或完全丧失。此外，热障涂层的剥落可在金属基材中产生热点，导致过早的部件失效。过早的部件失效可导致计划外维护和零件更换，导致降低的性能以及增加的操作和维护成本。然而，TBC的日常维护包括清洗和向部件上重新施加TBC材料。这样的操作需要发动机拆卸或发动机清洗过程，以便可向一个或多个部件的表面上施加新的TBC。这样的拆卸过程会导致发动机停机时间，从而造成长时间的服务中断。或者，用洗涤剂和其他清洁剂冲洗发动机的内部部件可能向发动机引入其他不希望有的问题。因此，需要改进的涂层体系，当在高温下操作或暴露于高温时，所述涂层体系对热障涂层提供免于环境污染物的不利效应的保护。具体地，需要改进的涂层体系和制备这种涂层的方法，所述涂层提供免于沉积CMAS的不利效应的保护。
技术实现思路
方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，或者可从该描述显而易见，或者可通过本专利技术的实施来了解。一般地，提供了经涂布的部件。在一个实施方案中，经涂布的部件包括基材，所述基材具有其上有涂层体系的表面。涂层体系可包括在基材的表面上方的柱状热障涂层(TBC)，所述柱状TBC包括表面连接的空隙。柱状TBC层上方是中间层。中间层具有比柱状TBC的表面粗糙的与柱状TBC相对的表面。中间层上方是第二TBC。本专利技术还提供了在基材的表面上形成涂层体系的方法。在一个实施方案中，在基材的表面上方形成柱状热障涂层，使得柱状TBC具有表面连接的空隙并具有有着第一表面粗糙度的表面。在柱状物上方形成空气等离子喷涂中间层，使得中间层具有与柱状TBC相对的表面，该表面具有比柱状TBC的第一表面粗糙度粗糙的第二表面粗糙度。任选地，可然后在APS中间层上方形成第二TBC。本申请技术方案1涉及一种经涂布的部件，所述部件包含基材，所述基材具有其上有涂层体系的表面，其中所述涂层体系包含：所述基材的所述表面上方的柱状热障涂层(TBC)，其中所述柱状TBC包括表面连接的空隙，并且其中所述柱状TBC具有与所述基材相对的表面；所述柱状TBC层上方的中间层，其中所述中间层具有比所述柱状TBC的所述表面粗糙的与所述柱状TBC相对的表面；和所述中间层上方的第二TBC。本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述表面连接的空隙是基本垂直取向的。本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中大部分所述表面连接的空隙延伸通过所述柱状TBC的整个厚度。本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC的所述表面连接的空隙由所述柱状TBC内的晶界限定。本申请技术方案5涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述第二TBC具有孔隙率，并且其中所述中间层具有比所述第二TBC的所述孔隙率低的孔隙率。本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述中间层具有约0.1％至约10％的孔隙率，并且其中所述第二TBC具有约10％至约25％的孔隙率。本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC具有厚度，并且其中所述中间层具有为所述柱状TBC的所述厚度的约1％至约50％的厚度。本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述涂层体系还包含在所述基材的所述表面上的粘结涂层，使得所述粘结涂层存在于所述柱状TBC和所述基材的所述表面之间。本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的涂层部件，其中热生长氧化物层在所述粘结涂层与所述柱状TBC之间的所述粘结涂层上。本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述中间层的所述表面具有为约2μm或更高的表面粗糙度(Ra)。本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述中间层的所述表面具有为约2.5μm至约6.5μm的表面粗糙度(Ra)。本申请技术方案12涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC的所述表面在除由所述空隙形成的空间外的区域中具有为约2.5μm或更低的表面粗糙度(Ra)。本申请技术方案13涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC的所述表面在除由所述空隙形成的空间外的区域中具有为约2μm或更低的表面粗糙度(Ra)。本申请技术方案14涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC包含陶瓷材料，并且其中所述中间层包含经由空气等离子喷射所沉积的陶瓷材料。本申请技术方案15涉及根据技术方案1所述的涂层部件，其中所述基材包含金属或金属合金。本申请技术方案16涉及一种在基材的表面上形成涂层体系的方法，所述方法包括：在所述基材的所述表面上方形成柱状热障涂层(TBC)，其中所述柱状TBC具有表面连接的空隙，并且其中所述柱状TBC具有有着第一表面粗糙度的表面；和在所述柱状TBC上形成空气等离子喷涂(APS)中间层，其中所述中间层具有与所述柱状TBC相对的表面，该表面具有比所述柱状TBC的所述第一表面粗糙度粗糙的第二表面粗糙度。本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的方法，其中所述表面连接的空隙是基本垂直取向的，并且其中所述柱状TBC的所述表面在除由所述空隙形成的空间外的区域中具有为约2.5μm或更低的表面粗糙度(Ra)；并且其中所述中间层的所述表面具有为约2.5μm或更高的表面粗糙度(Ra)。本申请技术方案18涉及根据技术方案16所述的方法，其中形成所述APS中间层包括：通过等离子喷枪向所述柱状TBC的所述表面上喷射多个完全熔化的微粒，使得所述APS中间层具有约10％或更低的孔隙率，其中所述微粒包含陶瓷TBC层材料。本申请技术方案19涉及根据技术方案16所述的方法，所述方法还包括：在所述APS中间层上方形成第二TBC。本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的方法，其中在所述APS中间层上方形成第二TBC包括：通过等离子喷枪向所述柱状TBC的所述表面上喷射多个部分熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经涂布的部件，所述部件包含基材，所述基材具有其上有涂层体系的表面，其中所述涂层体系包含：所述基材的所述表面上方的柱状热障涂层(TBC)，其中所述柱状TBC包括表面连接的空隙，并且其中所述柱状TBC具有与所述基材相对的表面；所述柱状TBC层上方的中间层，其中所述中间层具有比所述柱状TBC的所述表面粗糙的与所述柱状TBC相对的表面；和所述中间层上方的第二TBC。

【技术特征摘要】
2017.07.31 US 15/664,4461.一种经涂布的部件，所述部件包含基材，所述基材具有其上有涂层体系的表面，其中所述涂层体系包含：所述基材的所述表面上方的柱状热障涂层(TBC)，其中所述柱状TBC包括表面连接的空隙，并且其中所述柱状TBC具有与所述基材相对的表面；所述柱状TBC层上方的中间层，其中所述中间层具有比所述柱状TBC的所述表面粗糙的与所述柱状TBC相对的表面；和所述中间层上方的第二TBC。2.根据权利要求1所述的涂层部件，其中所述表面连接的空隙是基本垂直取向的。3.根据权利要求1所述的涂层部件，其中大部分所述表面连接的空隙延伸通过所述柱状TBC的整个厚度。4.根据权利要求1所述的涂层部件，其中所述柱状TBC的所述表面连接的空隙由所述柱状TBC内的晶界限定。5.根据权利要求1所述的涂层部件，其中所述第二TBC具有孔隙率，并且其中所述中间层具有比所述第二TBC的所述孔隙率低的孔隙率。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·陈，M·付，M·D·克拉克，D·G·科尼策尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US