一种形成制品的方法包括：在制品的基底表面的含硅区域上形成含硅层；在含硅层中形成多个沟道和隆起；和形成覆盖含硅区域的表面的至少一个外层。该多个沟道和隆起可通过对含硅层添加含硅材料而形成。该沟道和隆起可通过从含硅层去除材料而形成。沟道和隆起可通过在形成含硅层之前，在基底的表面的含硅区域中形成沟道或沟槽而形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】政府利益本技术是通过政府支持在由美国能源部资助的合同号No.DE-FC26-05NT42643下开发的。政府可能享有要求保护的专利技术中某些权利。援引加入在2012年12月11日提交的且题为ENVIRONMENTAL BARRIER COATINGS AND METHODS THEREFOR(环境阻挡涂层及其方法)共同转让的美国申请13/711250，和同此一起提交的且题为SILICA-FORMING ARTICLES HAVING ENGINEERED SURFACES TO ENHANCE RESISTANCE TO CREEP SLIDING UNDER HIGH-TEMPERATURE LOADING(具有增强对高温载荷下蠕变滑动的抗性的工程表面的二氧化硅形成的制品)的共同转让的美国申请[代理人卷号262402-1]的内容通过引用而并入本文中。
本技术大体上涉及适用于保护暴露于高温环境(如涡轮发动机的不利热环境)的构件的涂层系统和方法。更具体而言，本技术涉及在构件的含硅区域上的环境阻挡涂层(Environmental Barrier Coating，EBC)，且涉及在含硅区域中并入表面特征，以抑制EBC的当在高温下经历剪切载荷时的蠕变位移。
技术介绍
不断探寻涡轮发动机的更高操作温度，以便提高它们的效率。虽然已通过铁、镍和钴基超合金的配方实现了高温性能的显著进步，但已探索备选的材料。陶瓷复合材料目前考虑作为燃烧器衬套、静叶、护罩、动叶、和涡轮发动机的其他热区段构件用于此类高温应用。陶
瓷复合材料的一些实例包括硅基复合材料，例如，硅、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、和/或硅化物用作增强相和/或基质相的复合材料。在许多高温应用中，对于含Si材料，保护涂层是有益的或必需的。这种涂层将通过抑制含水环境中含Si材料的退化(degradation)(即，挥发性氢氧化硅(例如Si(OH)4)产物的形成)的主要机理来提供环境保护。具有这些功能的涂层系统在下文将称为环境阻挡涂层(EBC)系统。涂层材料所期望的性质包括与含Si基底材料相容的热膨胀系数(CTE)、对于氧化剂的低渗透性、低导热性、稳定性和与含Si材料的化学相容性。含硅粘结涂层的硅含量在高温下与氧反应，以主要形成无定形二氧化硅(SiO2)氧化皮，但一部分氧化物产物可能是结晶二氧化硅或粘结涂层和/或EBC的其他组分的氧化物。无定形二氧化硅产物呈现低氧渗透性。结果，与含硅粘结涂层一起，在粘结涂层上热生长的二氧化硅产物能够形成保护性阻挡层。在使用中在含硅粘结涂层上形成的无定形二氧化硅产物具有相对低的粘度，且因此在剪切载荷下具有高蠕变速率。高剪切载荷(例如从大约0.1至10MPa)可由因移动部件(诸如涡轮发动机的动叶(轮叶(bucket)))高频旋转产生的g力施加(如从大约10000至大约100000g′s)。此种剪切载荷可导致EBC相对于粘结涂层和基底的蠕变位移，这可导致严重的EBC损坏和在下面的基底的EBC保护的丧失。
技术实现思路
本技术提供了环境阻挡涂层(EBC)系统和在由含硅材料(诸如陶瓷基质复合材料(CMC)，其中，含硅材料用作增强相和/或基质相)形成的制品上制作该EBC系统的方法。EBC系统和方法特别适用于保护暴露于高温(包括涡轮发动机的不利热环境)的含硅制品。根据本技术的实例，形成制品的方法包括在制品的基底表面的含硅区域上形成含硅层；在含硅层中形成多个沟道和隆起；且形成覆盖含硅区域表面的至少一个外层，其中，多个沟道和隆起是通过对含硅
层添加含硅材料而形成的；根据本技术的另一实施例，沟道和隆起是通过从含硅层去除材料而形成的。根据本技术的又一实施例，通过在形成含硅层之前，在基底表面的含硅区域中形成沟道或沟槽来形成沟道和隆起。通过使含硅区域与环境阻挡涂层系统的最初的层互锁，可显著地抑制可归因于组分层(例如在含硅层或区域热生长的二氧化硅层)的蠕变的EBC的位移，从而提高环境阻挡涂层系统的结构完整性及其在高温应用中保护制品的能力。该技术适用于与已知的环境阻挡涂层材料一起使用，且互锁特征可使用各种方法来生产。附图说明当参照附图阅读下述具体实施方式时，本技术的这些和其他特征、方面、和优势将变得更容易理解，在附图中，贯穿附图，类似的字符表示类似的部件，在附图中：图1示意地描绘可利用本技术的涂层且根据本技术的方法涂布的制品或构件；图2示意地描绘根据本技术的实例的包括涂层的图1的制品或构件的区段；图3-3B示意地描绘根据本技术的实例的制品或构件的粘结涂层的工程表面；图4示意地描绘根据本技术的实例的用于形成工程表面的过程；图5示意地描绘根据本技术的实例的用于形成工程表面的过程；图6示意地描绘根据本技术的实例的形成工程表面的过程；图7示意地描绘根据本技术的用于形成工程表面的布置；图8示意地描绘根据本技术的用于形成工程表面的布置；和图9-20是根据本技术形成的工程表面的照片。具体实施方式本技术大体上适用于在特征为相对高的温度、应力、和氧化的环境内操作的构件。此种构件中的值得注意的实例包括高压和低压涡轮
静叶(喷嘴)和动叶(轮叶)，但该技术也适用于其他构件。参照图1和2，制品或构件2，例如涡轮轮叶或动叶，可包括环境阻挡涂层(EBC)系统22，以当在高温、化学反应环境中操作时保护物品或构件。构件2可包括从平台6延伸的基底4，例如翼型件区段。平台6可包括安装和固连结构8，其构造成将构件安装和固连到旋转元件，诸如转子(未示出)。基底4可包括含硅区域。含硅材料的示例包括具有以下的那些材料：碳化硅、氮化硅、硅化物(如难熔金属或过渡金属硅化物，包括但不限于例如Mo、Nb、或W硅化物)和/或作为基质相或第二相的硅。另外的示例包括包含碳化硅以作为增强和/或基质相的陶瓷基质复合材料(CMC)。图2的EBC系统22表示多种不同的EBC系统中的一种，其示为直接应用于基底4的表面。例如在U.S.6,299,988中公开了含硅粘结涂层。粘结涂层10还表示为将第一或最初的EBC层14粘结到基底4，且可选地粘结EBC系统22的至少一个附加层16、18、20。EBC系统22对在下面的基底4提供环境保护。它还可降低构件2的操作温度，从而使构件2能够在与其他情况下可能的相比高的气体温度下操作。虽然图2中将构件2表示为包括含硅粘结涂层10，在该情况下，第一EBC层14直接沉积在由粘结涂层10形成的含硅表面区域上，但该技术也适用于不含如本文所述的粘结涂层10的构件2，在该情况下，第一EBC层14可以直接沉积在由基底4形成的含硅表面区域上。应当理解的是，在下面更详细地描述的组分层12或组分层12的一部分可在第一EBC层14的应用之前存在。燃烧环境中的含硅材料的退化导致与水蒸汽的反应，以生成挥发性氢氧化硅(例如Si(OH)4)产物。EBC系统22可用于抵抗由粘结涂层10和/或基底4与水蒸汽的化学反应引起的凹陷，提供温度梯度以降低构件2的操作温度，或二者。能够与本技术一起使用的合适的EBC系统包括但不限于例如在U.S.6,296,941和U.S.6,410,148中公开的那些。EBC系统22可实现许多密封、反应阻挡、抗凹陷、和/或热阻挡
功能。如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成制品的方法，所述方法包括：在所述制品的基底的表面的含硅区域上形成含硅层；在所述含硅层中形成多个沟道和隆起；和形成覆盖所述含硅区域的表面的至少一个外层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.31 US 14/0688401.一种形成制品的方法，所述方法包括：在所述制品的基底的表面的含硅区域上形成含硅层；在所述含硅层中形成多个沟道和隆起；和形成覆盖所述含硅区域的表面的至少一个外层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个沟道和隆起是通过对所述含硅层添加含硅材料而形成的。3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述含硅层添加含硅材料包括将所述含硅材料穿过掩模喷涂到所述含硅层上。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述掩模包括沿收敛的方向朝制品逐渐变小的槽道。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述掩模包括沿朝制品发散的方向逐渐变小的槽道。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述掩模包括具有大约20密耳的公称宽度的槽道。7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述掩模与所述含硅层间隔大约5密耳。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅层包括元素硅、碳化硅、氮化硅、金属硅化物、硅合金，或它们的混合物。9.根据权利要求9所述的方法，其中，所述含硅层还包括氧化物相、稀土硅酸盐、稀土铝硅酸盐、碱土铝硅酸盐或它们的混合物。10.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述含硅层添加含硅材料包括通过在所述含硅层上直写含硅材...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·利普金，C·A·约翰逊，J·L·马戈利斯，L·S·罗森斯维希，J·万，
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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