本发明专利技术提供在发动机部件(10)上沉积可磨耗涂层的方法，其中所述发动机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成，且包括至少一个环境阻挡涂层(14)的一个或多个层可布置在所述CMC的外层上。所述结构的最外层还可包括布置在所述环境阻挡涂层上且提供抑制叶片损坏的可破碎结构的多孔可磨耗层(30、130)。所述可磨耗层可在所述部件上凝胶‑流延并烧结或者可通过挤出过程直接写入并随后烧结。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以聚合物凝胶形式沉积可磨耗涂层的方法关于联邦资助的研究的声明本专利技术根据联邦机构颁发的合同号N00019-04-C-0093在政府支持下完成。政府可具有本专利技术中的某些权益。相关申请的交叉引用本PCT实用申请要求具有美国专利申请号61/915,399、题为“MethodofDepositingAbradableCoatingsUnderPolymerGels(以聚合物凝胶形式沉积可磨耗涂层的方法)”且提交日期为2013年12月12日的同时待审的临时申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合到本文中来。
概括地讲，所公开的实施方案涉及用于燃气涡轮发动机的罩壳或叶片。更具体而言，但非以限制性方式，本专利技术实施方案涉及在罩壳或叶片上沉积可磨耗涂层。背景典型的燃气涡轮发动机通常具备前端和后端，其中若干核心或推进部件在其间轴向布置。空气入口或进口位于燃气涡轮发动机的前端。按次序向后端移动，进口后面有压缩机、燃烧室和涡轮机。本领域技术人员将显而易见，另外的部件也可包括在燃气涡轮发动机中，例如低压和高压压缩机及低压和高压涡轮机。然而，这并不是穷举性例举。燃气涡轮发动机通常还具有沿燃气涡轮发动机的中心纵轴轴向布置的内部轴(internalshaft)。内部轴连接到高压涡轮机和高压压缩机两者，使得高压涡轮机向高压压缩机提供旋转输入以驱动压缩机叶片。不断地寻求燃气涡轮发动机的较高操作温度以改进其效率。然而，随着操作温度增加，燃气涡轮发动机部件的高温耐受性必须相应地增加。高温性能的显著发展已经通过铁、镍和钴基超合金的配制来实现。尽管超合金已经在遍及燃气涡轮发动机中使用的部件中获得广泛应用，但是特别是在高温领域中，已经提议供选的轻质部件材料。涡轮机罩壳和叶片可由包括镍基超合金和陶瓷基质复合材料(CMC)的许多材料制成。CMC是由被陶瓷基质相包围的强化材料组成的一类材料。当前这类材料与某些整体陶瓷(即，没有强化材料的陶瓷材料)一起用于高温应用。与超合金相比较，这些陶瓷材料是轻质的，然而，其仍然可以为由其制造的部件提供强度和耐久性。因此，当前认为这类材料适于在燃气涡轮发动机的高温部分中使用的许多燃气涡轮机部件，例如机翼(例如，涡轮机和静叶(vane))、燃烧器、罩壳及将受益于这些材料可提供的轻质和高温性能的其他类似部件。CMC由于其高温性能和轻质而成为用于涡轮机应用的镍基超合金的吸引人的供选材料。在高压涡轮机和低压涡轮机内，罩壳是包围旋转叶片的材料的环。罩壳组件环绕涡轮转子且限定流过涡轮机的燃烧气体的外边界。涡轮机罩壳可为单个整体结构或者可由多个区段形成。涡轮机性能和效率可通过减小在旋转叶片的尖端和固定罩壳之间的空间以限制否则将绕开叶片的在叶片顶部之上或围绕叶片顶部的空气流量而增强。该绕开导致燃气涡轮发动机的效率损失。在发动机操作期间，叶片尖端可摩擦罩壳，籍此增加间隙且导致效率损失，或者在一些情形下，损坏或破坏叶片。对于CMC罩壳，更加可能损坏金属叶片，因为与镍基超合金相比，碳化硅材料显著更硬。对于CMC罩壳，由于高温蒸汽衰退(recession)引起的材料损失，对于零件的成功性能/幸存，还需要环境阻挡涂层。为了降低与涂层损失相关的危险，可磨耗层沉积在环境阻挡涂层之上以免于叶片摩擦。可能期望可磨耗层由在与旋转叶片尖端接触后破裂的一系列陶瓷脊形成。这些脊设计成能破碎以抑制在操作期间对叶片的损坏。可磨耗涂层已经应用到CMC罩壳部件，从而确保可磨耗涂层破裂而不损坏金属叶片。可磨耗涂层已经通过等离子体喷涂方法施用，其中仅一小部分的该喷涂材料包含在可磨耗涂层中。然而，如果可磨耗涂层使用一系列的可磨耗脊图案化，则材料的利用率进一步降低，因为将涂料喷涂到金属掩模上以仅允许穿过掩模的材料形成脊。从上述可见，将期望改进燃气涡轮发动机部件的这些方面。例如，将期望在叶片或罩壳中的任一者上沉积抑制对叶片的损坏的可磨耗涂层。另外将期望使用允许显著更大的材料利用率(即，所沉积材料的浪费较少)的方法沉积可磨耗涂层，特别是因为所涉及的材料通常包含至少一种稀土元素。包括本文引用的任何参考文献及其任何描述或论述的在本说明书的背景章节中包括的信息仅出于技术参考的目的而包括，且认为其并是不约束本专利技术范围的主题。概述根据本专利技术的实施方案，提供在燃气涡轮发动机部件上沉积可磨耗涂层的方法。所述燃气涡轮发动机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成且包括至少一个环境阻挡涂层的一个或多个层可布置在所述CMC的外层上。所述结构的最外层可包括布置在所述环境阻挡涂层上的多孔可磨耗层且提供抑制叶片损坏的可破碎结构。所述可磨耗层可在所述部件上流延并烧结或者可通过挤出过程直接写在所述部件上并随后烧结。根据一些实施方案，在燃气涡轮发动机部件上沉积可磨耗涂层的方法包括形成浆料混合物，所述浆料混合物至少包含具有至多约70体积%的粗颗粒和至多约65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln2Si2O7、Ln2SiO5、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln2Ga2O9)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，所述细颗粒可包含Ln2Si2O7或Ln2SiO5中的至少一种，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；所述聚合物溶液基本上由以下各物组成：使得所述浆料变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物(例如，氧化物、乙酸盐、草酸盐、碳化物、氮化物、碳酸盐、乙酰丙酮酸盐、硝酸盐、硅化物、含有稀土元素的化合物、其混合物、或其化合物的混合物。将所述可逆凝胶浆料直接写到所述燃气涡轮发动机部件。所述可逆凝胶浆料随后在室温或约30℃-80℃的第二温度之一下干燥。最后，将所述干燥的可逆凝胶浆料在所述燃气涡轮发动机部件上在大于约1204℃且小于1357℃的温度下烧结，形成具有大于约6密耳的厚度和约5%-约50%的孔隙度的可磨耗涂层的层。所述烧结层还包含掺杂的稀土二硅酸盐，其中所述至少一种烧结助剂为溶解到所述稀土二硅酸盐中并掺杂所述稀土二硅酸盐的掺杂组分。提供本概述，从而以简化形式引入概念的选择，这在下文专利技术详述中进一步描述。所有上文概述的特点都将被理解为仅为例示性的且实施方案的很多特点和目的可从本文的公开内容中搜集。本概述并非旨在确定所要求保护主题的关键特点或主要特点，也并非旨在用以限制所要求保护的主题的范围。本专利技术的特点、细节、效用和优势的更深入介绍在本专利技术的各种实施方案的以下文字描述中提供，在所附附图中说明并在所附权利要求中限定。因此，可在无需进一步阅读在此包括的整个说明书、权利要求和附图的情况下理解本概述的非限制性解释。附图简述通过结合附图参考实施方案的以下描述，将显而易见这些例示性实施方案的上文提到的及其他的特点和优势及获得它们的方式，且将更加透彻地理解可磨耗涂层及形成方本文档来自技高网...
【技术保护点】
在燃气涡轮发动机部件(10)上沉积可磨耗涂层的方法，其包括：(a) 形成浆料混合物(200)，所述浆料混合物至少包含具有至多约70体积%的粗颗粒和至多约65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln2Si2O7、Ln2SiO5、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln2Ga2O9)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，其中所述细颗粒包含Ln2Si2O7或Ln2SiO5中的至少一种，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；其中所述聚合物溶液基本上由以下各物组成：使得所述浆料变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物(例如，氧化物、乙酸盐、草酸盐、碳化物、氮化物、碳酸盐、乙酰丙酮酸盐、硝酸盐、硅化物、含有稀土元素的化合物、其混合物、或其化合物的混合物；(b) 将所述可逆凝胶浆料直接写到所述燃气涡轮发动机部件(204)；(c) 在室温或约30℃‑80℃的第二温度之一下干燥所述可逆凝胶浆料以形成可逆凝胶基质(206)；和(d) 在大于约1204℃且小于1357℃的温度下烧结在所述燃气涡轮发动机部件上的所述干燥的可逆凝胶基质(210)，形成具有大于约5密耳的厚度和约5%‑约50%的孔隙度的所述可磨耗涂层的层，其中所述烧结层还包含掺杂的稀土二硅酸盐，其中所述至少一种烧结助剂为溶解到所述稀土二硅酸盐中且掺杂所述稀土二硅酸盐的掺杂组分。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 US 61/9153991.在燃气涡轮发动机部件上沉积可磨耗涂层的方法，其包括：(a)形成浆料混合物，所述浆料混合物至少包含具有至多70体积%的粗颗粒和至多65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln2Si2O7、Ln2SiO5、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln2Ga2O9)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，其中所述细颗粒包含Ln2Si2O7或Ln2SiO5中的至少一种，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；其中所述聚合物溶液由以下各物组成：使得所述浆料混合物变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物、其混合物、或其化合物的混合物；(b)将可逆凝胶浆料直接写入所述燃气涡轮发动机部件上；(c)在室温或30℃-80℃的第二温度之一下干燥所述可逆凝胶浆料以形成可逆凝胶基质；和(d)在大于1204℃且小于1357℃的温度下烧结在所述燃气涡轮发动机部件上的所述可逆凝胶基质，形成具有大于5密耳的厚度和5%-50%的孔隙度的所述可磨耗涂层，其中所述可磨耗涂层还包含掺杂的稀土二硅酸盐，其中所述至少一种烧结助剂为溶解到所述稀土二硅酸盐中且掺杂所述稀土二硅酸盐的掺杂组分。2.权利要求1的方法，将所述燃气涡轮发动机部件和直接写入的所述可逆凝胶浆料放置在模具中。3.权利要求1的方法，其中所述直接写入在所述燃气涡轮发动机部件上产生图案。4.权利要求3的方法，其中所述图案为多个脊。5.权利要求1的方法，其中将所述直接写入使用机器人沉积自动操作。6.权利要求1的方法，其中将所述直接写入积聚多个层的一系列可磨耗脊，其中所述可磨耗脊横跨那些先前层。7.权利要求1的方法，其中所述燃气涡轮发动机部件为叶片和罩壳中的一种。8.权利要求1的方法，其中所述燃气涡轮发动机部件由陶瓷基质复合材料形成。9.权利要求8的方法，其中所述燃气涡轮发动机部件包括环境阻挡涂层。10.权利要求9的方法，其中所述可磨耗...
【专利技术属性】
技术研发人员：GH柯比，
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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