本发明专利技术公开一种用于制作热障涂层的方法。所述热障涂层通过细粉的反向共沉淀而以细粒大小生成。然后所述粉末通过溶液等离子体喷涂来喷涂，所述溶液等离子体喷涂部分地熔化所述细粉，同时产生细粒大小并带致密垂直裂纹。所述涂料包含以下各项中的至少一种：45％至65％Yb2O3、余量Zr，Yb／Y／Hf／Ta、余量Zr，以及2.3％至7.8％La、1.4％至5.1％Y和余量Zr，并且其特征在于比包含YSZ的热障涂层的导热率低约25％至50％的导热率。所述热障涂层的特征还在于出色的抗腐蚀性、断裂韧度和抗磨损性中的至少一种。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种用于制作热障涂层的方法。所述热障涂层通过细粉的反向共沉淀而以细粒大小生成。然后所述粉末通过溶液等离子体喷涂来喷涂，所述溶液等离子体喷涂部分地熔化所述细粉，同时产生细粒大小并带致密垂直裂纹。所述涂料包含以下各项中的至少一种：45％至65％Yb2O3、余量Zr，Yb／Y／Hf／Ta、余量Zr，以及2.3％至7.8％La、1.4％至5.1％Y和余量Zr，并且其特征在于比包含YSZ的热障涂层的导热率低约25％至50％的导热率。所述热障涂层的特征还在于出色的抗腐蚀性、断裂韧度和抗磨损性中的至少一种。【专利说明】用于具有超低导热率和磨损性的高温TBC的架构及制造方 法
本专利技术涉及具有超低传导率的热障涂层，并且更具体地说，涉及热障涂层和用于 制造具有超低传导率和出色的磨损性的热障涂层的方法。
技术介绍
热障涂层（TBC)用于保护底层基础材料免受高温环境下高温操作的热降解影响。 此类环境包括涡轮机械的热段。随着时间的流逝，已经对热障涂层做出改进以赋予热障系 统另外的特性，以使得它们在涡轮机环境中更具可存性。 氧化钇稳定的氧化锆（YSZ)是用于热障应用的最广泛使用的涂层系统之一。在 燃气涡轮发动机中，燃烧热气体在TBC上移动引起TBC材料的腐蚀，同时在颗粒撞击TBC 时，将颗粒吸入到发动机中会造成外来物损伤（F0D)。为提高TBC如YSZ的性能，开发出具 有提高的抗腐蚀性和应变柔度而不影响TBC热性能的致密垂直裂纹（Dense Vertically Cracked，DVC)TBC。在已经认定如因叶片摩擦所致的磨损性是问题的地方，其他改进依赖于 图案化的受控孔隙度来赋予足够的磨损性，同时维持抗腐蚀性和低热导率两者。 在高温操作中，YSZ可能不稳定，从而显著降低热障涂层的抗腐蚀性和抗磨损性。 为克服高温操作的问题，需要用于在高温下使用的低导热率材料，该材料同时提供进一步 下降的导热率和提高的磨损性。理想地，此类热障涂层材料会克服可引起有关F0D问题的 由脆性带来的问题。 所需的是尤其是在沉积为可磨损涂层时具有应变耐受性和裂纹萌生和裂纹扩 大/扩展抗性的适合在高温下使用的热障涂层。这种结构的各种问题阻碍它的发展。
技术实现思路
阐述一种用于制作具有磨损性、裂纹扩展抗性和强度的良好组合的热障涂层的方 法。用于制作这种热障涂层的方法包括：首先形成用于所述热障涂层的颗粒。所述颗粒使 用反向共沉淀方法来制造。在制作和分类所述颗粒之后，使用等离子体喷涂方法将所述颗 粒喷涂到基底上。 使用反向共沉淀方法制作颗粒首先要求用于反应环境的恒定的强碱性的反应溶 液。反向共沉淀提供对反应的更好控制，同时配制多阳离子系统。强碱性的反应环境允许 发生反向共沉淀。通过控制水解复合过程，沉淀出用于热障涂层的颗粒。这种反应环境提 供对沉淀的热障涂层颗粒的形态、大小、结晶相和化学组成的更好控制。 在颗粒沉淀出之后，通过过滤使颗粒与溶液分离。用去离子水洗涤过滤出的颗粒 至少三次。在洗涤之后，在高温下，在空气中煅烧颗粒以去除任何挥发部分。然后球磨所述 煅烧颗粒以产生粉末。 为克服高温操作的问题，由这种方法形成的热障涂层是超低导热率材料。由这种 方法产生的这些热障涂层材料是在高温下完全稳定的相，同时提供降低的导热率和提高的 磨损性。基于Yb-Zr氧化物与45%至65% Yb203、La-Y(7%至8%氧化锆）和烧绿石的组合 的组合物（如La-Yb-Zr氧化物）提供更有希望的低导热率水平。 通过以下对优选实施例的更为详细的描述并结合附图将清楚地了解本专利技术的其 他特征和优点，附图以实例的方式说明本专利技术的原理。 【专利附图】【附图说明】 图1描绘本专利技术的优选热喷涂应用方法。 图2对比用于将涂料涂布至基底的各种喷涂方法。 图3描绘涂布至基底的本专利技术的实施例，所述实施例描绘包括本专利技术的多孔TBC 和内致密垂直裂纹（DVC)的呈可磨损凸起形式的外层。 【具体实施方式】 本专利技术阐述一种用于制作具有超低导热率的热障涂层的方法和一种用于热障涂 层的组合物。所涂布的热障涂层的特征进一步在于克服因配合外壳上的叶片摩擦所致的材 料损失的抗磨损性。热障涂层的特征还在于应变柔度和抗腐蚀性两者。应变柔度克服F0D 所致的涂层损失，这可能萌发裂纹，从而导致裂纹扩展。处于大量燃烧热气体的路径中的组 分和在点燃燃料以用于产生燃烧热气体中使用的空气中可能存在的任何颗粒导致腐蚀。 虽然在过去将氧化钇稳定的氧化锆（YSZ)用作热障涂层。但是，在先进涡轮机系 统的高温操作下，主要包含YSZ的TBC被去稳定，从而导致腐蚀和磨损特性的劣化。虽然 YSZ被用作TBC材料，但是它在高达约2200° F的温度下可稳定达约24, 000小时。由于燃 烧气体的温度可能超过2200° F，所以YSZ的稳定性和预期寿命会迅速减小。这还导致对 基底的热保护劣化，因温度受限的热障涂层劣化并由于腐蚀和磨损而过早损失。 本专利技术利用包括稀土材料或稀土氧化物材料的热障涂层。如本说明书中所使用， 稀土材料包括镧。稀土材料和稀土氧化物材料在作为细粒材料被涂布时提供致密垂直裂 纹，并且出于细粒材料作为热障涂层材料的预期目的，与现有技术热障材料相比具有优异 的（即，更低）导热率。在这个最广泛的实施例中，热障涂层被涂布为一个层并且包含选自 由以下各项组成的组的至少一种材料：45%至65%Yb 203、余量Zr，Yb / Y / Hf / Ta、余量 Zr，以及2. 3%至7. 8% La、1. 4%至5. 1 % Y和余量Zr。热障涂层材料产生为在亚微米大小 达约10 μ m的范围中的细粉。细粉与载流流体混合并且使用溶液等离子体喷涂方法被涂布 至基底。溶液等离子体喷涂方法的至少一个优点在于：溶液中的细粉作为混合物不太倾向 于堵塞等离子体喷涂喷嘴。 更具体地说，本专利技术利用由Yb203或Yb / Y / Hf / Ta / Zr组成的涂料。表1中 阐述优选组合物的组成、平均抗拉强度和抗腐蚀性。如表1中所指示，由ID1249、1250、1251 和1256识别并且称为组1的一些涂料的特征在于：约3000至4000psi的平均抗拉强度，同 时具有弱的抗腐蚀性。但是这些涂料与基线YSZ的导热率（K)相比还具有非常低的导热率。 由ID1249、1250和1251识别的涂料每一个所具有的导热率（K)比基线YSZ的导热率低约 30%。涂料1256具有的导热率（K)比YSZ的导热率低约50%。如本说明书中所使用，可交 换使用的非常低的导热率或超低导热率是指比基线YSZ的导热率低至少30%至50%的导 热率（K)。表1中列出并且识别为组2的剩余八种涂料具有优异的、约6500至7100psi的 抗拉强度，但与表1中列出的组1的四种涂料相比具有降低的抗腐蚀性。一般来说，组2的 这八种涂料具有出色抗拉强度，远远优于组1涂料的抗拉强度。组2涂料也具有低导热率 (K)并且与YSZ的导热率相当，尽管次于组1涂料的导热率（K)。组2涂料所具有的抗腐蚀 性优于组1涂料的抗腐蚀性。表1中的涂层材料通常可分成两组：特征在于超低传导率、出 色抗腐蚀性以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制作热障涂层的方法，所述方法包括：提供强碱性的反应环境；控制水解复合过程以通过反向共沉淀来沉淀出热障颗粒，同时控制所述颗粒的形态、大小、结晶相和化学组成；过滤所述热障沉淀颗粒；洗涤所述颗粒；然后煅烧所述颗粒；将所述沉淀颗粒球磨成粉末；分选并筛分所述颗粒；然后将具有预选大小的颗粒喷涂到基底上以形成所述热障涂层，其中所述热障涂层的特征在于：热气流道中的抗腐蚀性和磨损性中的至少一种、和低导热率。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P帕拉卡拉，SS帕布拉，JL马戈利斯，JA鲁德，K阿南德，JC谢菲尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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