与覆盖层兼容的热障涂层系统技术方案

形成保护性氧化物涂层的材料和方法。高温涂层系统(108)至少包括热障涂层(104)和热障涂层(104)上的热稳定的抗沉积保护层(106)。

Thermal Barrier Coating System Compatible with Overlay

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与覆盖层兼容的热障涂层系统相关申请的交叉引用本国际申请要求在2017年1月30日提交的题为“具有可提高抗沉积性的兼容覆盖层的热障涂层系统”的美国临时专利申请序列号62/452,124的权益，其全部公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及高温涂层材料，并且更具体地涉及用于热障涂层(TBC)的覆盖层及其制造方法。
技术介绍
燃气轮机包括用于容纳压缩机区段、燃烧区段和涡轮机区段的壳体或汽缸。空气供应在压缩机区段中被压缩并被引导到燃烧区段中。压缩空气进入燃烧入口并与燃料混合。然后燃烧空气/燃料混合物以产生高温和高压气体。然后，该工作气体经过燃烧器过渡部并进入涡轮机的涡轮机区段中。通常，涡轮机区段包括多排导叶，其将工作气体引导至涡轮机叶片的翼型部分。工作气体行进通过涡轮机区段，使涡轮机叶片旋转，从而转动转子。转子还附接到压缩机区段，从而转动压缩机以及用于发电的发电机。通过将流过燃烧区段的气体加热到与实际应用一样高的温度来实现燃气轮机的高效率。然而，热气体可能使各种金属涡轮机部件，如燃烧器、过渡管、导叶、环形段以及在流过涡轮机时所经过的涡轮机叶片退化。出于这个原因，已经开发了保护涡轮机部件免受极端温度影响的策略，诸如开发和选择适于承受这些极端温度的高温材料和在操作期间保持部件充分冷却的冷却策略。一种这样的策略包括将热障涂层(Thermalbarriercoating，简称TBC)沉积到部件的衬底表面上以减少到衬底的热流，并因此降低下面的衬底的暴露温度。因此，TBC必须在高温服务环境中具有高耐久性。然而，随着发动机工作温度的升高，污染物组合物和TBC之间的化学和机械相互作用变得更具侵蚀性。例如，熔融的污染物组合物可以与TBC反应或者可以渗入其孔和开口中，从而引发和传播裂缝，并从而引起TBC材料的分层和损耗。特别地，钙、镁、铝、硅、钛及其混合物的氧化物可以结合以形成称为CMAS(Ca-Mg-Al-SiO)的污染物组合物。CMAS污染物组合物可与发动机部件上的TBC结合以形成低熔点共晶体并腐蚀性地破坏TBC。这些熔融的污染物组合物可以渗入TBC的孔，并且在冷却时，熔融的材料可能固化为沉积物。无论是否与其他CMAS成分结合，发动机中的铁和镍氧化物也会在TBC上形成有害沉积物并导致TBC失效。沉积物可以为CMAS组合物、富含镍和/或铁的氧化物或其组合，从而形成低熔点共晶体。当发生这种情况时，可能在TBC中引发和传播裂缝，并且TBC的应变顺应性可能降低，从而增加散裂的风险并丧失TBC的热保护性能。已经提出了许多用于保护TBC免受CMAS相关损伤等的涂层溶液。通常，这些保护层或涂层被描述为对CMAS是不可渗透的、牺牲性的或不润湿的。不可渗透的涂层通常表征为抑制熔融的CMAS的渗透。牺牲涂层与CMAS反应以增加CMAS的熔融温度和粘度，从而抑制改性CMAS渗入到相关的TBC中。非润湿涂层降低了固体TBC和与其接触的熔融CMAS之间的吸引力，以减少CMAS渗入TBC中。对于示例性保护涂层系统，参见美国专利号6,720,038；6,627,323；6,465,090；5,914,189；5,871,820；5,773,141；以及5,660,885。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，高温涂层系统包括：热障涂层；以及热障涂层上的热稳定的抗沉积保护层。在本专利技术的另一方面，一种部件包括：衬底；衬底上的热障涂层；以及热障涂层上的热稳定的抗沉积保护层。附图说明参考以下附图、描述和权利要求，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点。借助于附图更详细地示出了本专利技术。附图示出了优选的配置，但并不限制本专利技术的范围。图1为根据本专利技术的一个方面的燃气轮机的剖视图；图2示出了根据本专利技术的示例性实施例的一个方面的涂层系统；图3示出了根据本专利技术的示例性实施例的一个方面的另一涂层系统；图4示出了根据本专利技术的示例性实施例的一个方面的另一涂层系统。具体实施方式在优选实施例的以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中，通过说明而非限制的方式示出了可以实施本专利技术的特定实施例。应当理解，可以使用其他实施例，并且可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下进行改变。概括地说，本专利技术的一个实施例提供了一种高温涂料系统，包括：热障涂层；以及热障涂层上的热稳定的抗沉积保护层。参考图1，作为示例，燃气轮机发动机10可包括压缩机区段12、燃烧器区段14、涡轮机区段16和排气壳体18。压缩机区段12压缩通过进气外壳24进入之后的环境空气22。燃烧器区段14将压缩空气22与燃料组合并点燃混合物，从而产生包括形成工作流体30的热气体的燃烧产物。燃烧器区段14包括燃烧室26，特别是环形燃烧室，具有多个同轴布置的燃烧器28。工作流体30行进到涡轮机区段16。在涡轮机区段16内分别有周向交替的导叶32的排44和转子叶片42的排42，叶片34耦联到转子36。涡轮机区段16包括固定的涡轮机壳体，其容纳导叶32、叶片34和转子36。燃气轮机的叶片34从燃烧器区段14接收高温工作流体30，以便产生轴旋转到发电机或机器(未示出)的机械功。压缩机区段12通过进气壳体24吸入环境空气22并压缩空气22。离开压缩机区段12在压缩机区段12的涡轮机侧端部的压缩空气被传送到燃烧器28，然后空气与燃料在燃烧器28处混合。然后，在燃烧器区段14的燃烧室26内，燃烧混合物以形成工作流体30。然后，工作流体30在运行期间移动通过包括多个连续涡轮机级40的热气管道38。工作流体30流过导叶32和转子叶片34。导叶32固定到定子48的内壳46。转子叶片34通过类似涡轮盘50的装置安装到转子36上。工作流体30在转子叶片34处膨胀，传递动量，使得转子叶片34驱动转子36并且转子36驱动联接到转子36的机器。图2示出了部件100的局部剖视图。部件100可以为任何期望的部件，诸如上面描述并在图1中示出的燃气轮机部件。例如，部件100可包括涡轮机的热气路径中的部件，诸如叶片、导叶、过渡件等。应理解，本专利技术不限于该示例。作为示例，部件100可以为涡轮机叶片34或导叶32。如在图2中可以看到的，该部件包括其上具有热障涂层(TBC)104的衬底102，以及在TBC104上的热稳定的抗沉积保护涂层106。在该实施例中，TBC104和热稳定的抗沉积保护涂层106可以统称为衬底102的涂层系统108。热稳定的抗沉积保护涂层106减少或消除了CMAS和其他有害沉积物渗入TBC104中。CMAS被示为图3中和整个申请中的这种沉积物112的示例。图3示出了设置在衬底102上方的TBC104，同时保护涂层106设置在TBC104上方，使得热稳定的抗沉积保护涂层106成为部件100的最外层。由于该配置，沉积物112首先遇到热稳定的抗沉积保护涂层106。术语热稳定是指本领域已知的燃气轮机发动机的工作温度范围。衬底102可以由任何合适的材料形成，该材料将受益于本文所述的TBC104和热稳定的抗沉积保护涂层106。在某些实施例中，衬底102包括超合金材料。术语“超合金”在本文中使用，因为在本领域中通常使用的超合金是指高度耐腐蚀和抗氧化的合金，其即使在高温下也表现出优异的机械强度和抗蠕变性。在一些其他实施例中，衬底102可以包括本领域已知的陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温涂层系统(108)，包括：热障涂层(104)；以及在所述热障涂层(104)上的热稳定的抗沉积保护层(106)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.30 US 62/452,1241.一种高温涂层系统(108)，包括：热障涂层(104)；以及在所述热障涂层(104)上的热稳定的抗沉积保护层(106)。2.根据权利要求1所述的涂层系统，其中，所述热稳定的抗沉积保护层(106)材料为纯镁橄榄石。3.根据权利要求1所述的涂层系统，其中，所述热稳定的抗沉积保护层(106)为掺杂的镁橄榄石。4.根据权利要求1所述的涂层系统，其中，所述热稳定的抗沉积保护层(106)为镁铝尖晶石。5.根据权利要求1所述的涂层系统，其中，所述热稳定的抗沉积保护层(106)为镁铝尖晶石和氧化镁的复合物。6.根据权利要求1所述的涂层系统，其中，沉积物(112)为钙、镁、铝、硅、钛及其混合物的氧化物(CMAS)的组合物，富含镍和/或铁的氧化物，或其组合。7.一种部件(100)，包括：衬底(102)；所述衬底(102)上的热障涂层(104...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿南德·A·库尔卡尼，阿汀·夏尔马，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE