提供一种包括基底（１０５）和设置在所述基底（１０５）上的多个（１１０）涂层单元（１１５、１２０、１２５）的制品（１００）。每个涂层单元（１１５、１２０、１２５）包括吸氧剂层（１１６）和隔离层（１１７）。本发明专利技术的实施例引入冗余重复以增强涂层系统的坚固性。多个保护性涂层单元被设置在基底（１０５）上，以使得其中一个所述涂层单元的失效将远不可能使基底（１０５）遭受直接暴露于环境中的风险。外部涂层单元（１１５、１２０、１２５）的失效仅暴露出原始的保护性涂层单元（１１５、１２０、１２５），而不暴露基底（１０５）或保护性较弱的涂覆层。通过这种方式，本发明专利技术的实施例大大减轻了对一种具体涂覆层的性能的依赖，有利于形成更坚固更可靠的系统。
Multi layer environmental isolation coating and related products and methods
A product (100) including a base (105) and a plurality of (110) coating units (115, 120, 125) disposed on the substrate (105) is provided. Each coating unit (115, 120, 125) includes an oxygen absorbent layer (116) and an isolation layer (117). Embodiments of the present invention introduce redundant repeats to enhance the robustness of the coating system. A plurality of protective coating units are disposed on the substrate (105) so that the failure of one of the coating units will be far from allowing the substrate (105) to be exposed to the risk of direct exposure to the environment. The external coating unit (115, 120, 125) failure only exposed the protective coating of the original unit (115, 120, 125), without exposing the substrate (105) or a less protective coating layer. In this manner, embodiments of the present invention greatly reduce dependence on the performance of a specific coating layer and facilitate the formation of a more robust and reliable system.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温机器部件。更具体而言，本专利技术涉及用于保护机器部件不暴露于高温环境中的涂层系统。本专利技术还涉及用于保护制品的方法。
技术介绍
含硅材料如陶瓷、合金和金属间化合物在用于被设计以在例如燃气轮机、热交换器和内燃机的应用中的高温下使用的结构方面提供了具有吸引力的性质。然而，这些应用的环境特征通常包含水蒸气，这在高温下已公知将会导致含硅材料产生明显的表面凹缩和质量损失。水蒸气在高温下与结构材料反应以形成挥发性的含硅物质，这通常导致不可接受的高凹缩速度。环境隔离涂层(EBC′s)被施涂到易于受到高温水蒸气腐蚀的含硅材料上，且通过阻止水蒸气与材料表面之间的接触而提供保护。环境隔离涂层被设计以在高温含水蒸气环境中在化学性质方面是相对稳定的，且使在材料表面与环境之间提供暴露路径的相关孔隙率和垂直裂纹最小化。通过使环境隔离涂层与底层材料之间的热膨胀失配最小化而使开裂部分地最小化，且通过使用多个不同材料层可实现改进的附着力和环境阻力。美国专利No.6,410,148中所述的一种典型的常规环境隔离涂层系统包括施涂到含硅基底上的硅或二氧化硅粘结层；沉积在所述粘结层上的包括莫来石或莫来石-碱土金属铝硅酸盐混合物的中间层；和沉积在所述中间层上的包括碱土金属铝硅酸盐的顶层。在另一个实例美国专利No.6,296,941中，顶层是硅酸钇层而不是铝硅酸盐。上述涂层系统可为严苛环境中的制品提供适当的保护。然而，作用在环境隔离涂层顶层的局部区域上的开裂、剥落、挥发和其它机理使底层材料—例如硅粘结涂层—暴露于环境中，这导致快速氧化和挥发。一旦由于这些机理而局部去除粘结涂层，那么随后底层含硅基底将迅速凹缩。基底材料的穿孔可导致系统灾难性失效，这是由于未设计用于高温使用的零件突然直接暴露于高温环境中所造成的。因此，需要提供受到具有可靠地耐受长期暴露于包含水蒸气的高温环境的能力的坚固环境隔离涂层系统保护的制品。
技术实现思路
针对这些和其它需求而提供了本专利技术的实施例。一个实施例是包括基底和设置在所述基底上的多个涂层单元的制品。每个涂层单元包括吸氧剂层和隔离层。更具体的实施例是包括含硅基底和设置在所述基底上的多个涂层单元的制品。每个涂层单元包括吸氧剂层和隔离层，所述吸氧剂层包括从包括元素硅和硅化物的组群中选择出来的至少一种材料，所述隔离层包括从包括铝硅酸盐、硅酸盐和铝酸盐的组群中选择出来的至少一种材料。所述多个涂层单元形成了具有设置在连续的隔离层之间的至少一个吸气剂层的一系列隔离层。附图说明当结合附图阅读以下详细描述时将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，在所述附图中相似的标记表示相似的零件，其中图1是现有技术中的典型的环境隔离涂层系统的剖面示意图；图2是本专利技术的一个实施例的剖面示意图；和图3是本专利技术的一个典型实施例的剖面的显微照片。具体实施例方式参见图1，典型的环境隔离涂层系统10包括施涂到含硅基底25上的由硅形成的粘结涂层20；沉积在粘结涂层20上的通常由莫来石或莫来石-碱土金属铝硅酸盐混合物形成的中间层30；和沉积在中间层30上的通常由碱土金属铝硅酸盐或其它保护性陶瓷材料形成的顶层40。环境隔离涂层系统10高度依赖顶层40的存在和完整性，这是因为其它层提供了弱得多的环境防护。如上所述，即使在该三层涂层系统中存在相对较小的缺陷也会导致整个部件的快速过早失效。这种失效具有相当大的风险，这是因为陶瓷涂层顶层40在加工过程中易于产生缺陷且在部件的安装和使用过程中易于损坏。本专利技术的实施例引入冗余重复以增强环境隔离涂层系统的坚固性。多个保护性涂层单元被设置在基底上，以使得与上述常规系统不相似的是，其中一个涂层单元的失效将远不可能使基底遭受直接暴露于环境中的风险。外部涂层单元的失效仅暴露出原始的保护性涂层单元而不暴露出基底或保护性较弱的涂覆层。通过这种方式，本专利技术的实施例大大减弱了对一种具体涂覆层的性能的依赖，有利于形成更坚固更可靠的系统。参见图2，本专利技术的一个实施例是包括基底105和设置在基底105上的多个110涂层单元115、120、125的制100。图2示出了一个典型实施例，其中所述多个110涂层单元包括三个涂层单元115、120、125，但根据应用情况可使用更多或更少的单元。每个涂层单元115包括吸氧剂层116和隔离层117。粘结涂层(未示出)可选地被设置与基底接触，且多个110涂层单元被设置在该粘结涂层上。粘结涂层在某些实施例中包括硅或硅化物，且在一些实施例中具有在约25微米至约200微米范围内的厚度。基底105在某些实施例中包括硅，所述实施例包括例如包含陶瓷化合物、金属合金、金属间化合物或其组合的基底。金属间化合物的实例包括，但不限于，硅化铌和硅化钼。适合的陶瓷化合物的实例包括，但不限于，碳化硅和氮化硅。本专利技术的实施例包括其中基底包括陶瓷基体复合物(CMC)材料的那些实施例，所述实施例包括陶瓷基体复合物包括基体相和强化相的情况，所述两相均包括碳化硅。不管材料成分如何，在一些实施例中基底105包括涡轮机组件的部件，例如尤其是燃烧器部件、罩壳、涡轮机叶片或涡轮机轮叶。吸氧剂层116用以阻止或大体上抑制氧气从环境扩散进入基底105内。正如此处所使用地，“吸氧剂”意味着对氧原子或分子具有高亲和力的物质。在某些实施例中，吸氧剂层116包括硅。吸氧剂层材料的合适实例包括元素硅(包括，例如，基本上包括硅的材料)和硅化物(意味着具有硅和一种或多种附加化学元素的化合物)。吸气剂层在一些实施例中的厚度达250微米。在某些实施例中，该厚度在约50微米至约150微米的范围内，且在具体实施例中，该厚度在约80微米至约120微米的范围内。隔离层117，正如该术语在此所使用的，意味着被设计以提供对高温含水蒸汽环境中的凹缩的阻力，且被设计以进一步抑制水蒸气渗透至底层和基底的涂层。在一些实施例中，隔离层117包括陶瓷，例如氧化物。适合的氧化物材料的实例包括铝硅酸盐、硅酸盐和铝酸盐。碱土金属铝硅酸盐例如铝硅酸锶钡、稀土金属硅酸盐例如单硅酸钇和碱土金属铝酸盐是特别适合的隔离层材料，但对高温含水蒸气环境中的凹缩具有相当大的阻力的其它化合物也是适合的。在一些实施例中，隔离层117包括金属。用作隔离层117的适合的金属包括，但不限于，铂、钯、铑、钌、铼、锇和铱，以及包括任何前述金属中至少一种金属的合金。在一些实施例中，隔离层117具有达750微米的厚度。在某些实施例中，该厚度在约75微米至约500微米的范围内。在具体实施例中，该厚度在约75微米至约125微米的范围内。隔离层117厚度的选择将取决于多个设计考虑，所述设计考虑包括例如预期使用环境的性质、选择用作隔离层117的材料以及所需使用寿命。本专利技术的多个实施例包括了沉积顺序、材料选择、层厚等的多种其它可选组合。在图2所示的典型实施例中，多个110涂层单元被设置以形成一系列隔离层117、119、121，且至少一个吸气剂层116、118、122被依次设置在连续的隔离层117、119、121之间。这种布置使得扩散通过隔离层117、119、121到达基底105的氧气大大减少。此外在图2所示的典型实施例中，多个110涂层单元中的每个涂层单元与多个110涂层单元中的其它涂层单元大体上相同。正如在此使用的，“大体上相同”本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制品（１００），包括：基底（１０５）；和设置在所述基底（１０５）上的多个涂层单元，其中每个涂层单元（１１５、１２０、１２５）包括吸氧剂层（１１６），和隔离层（１１７）。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：PJ梅施特，KL路思拉，JS萨克，CA约翰逊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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