形成多孔热屏障涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于控制多孔热屏障涂层的孔隙度参数的方法。该方法包括将原料材料布置在基材上以形成多孔热屏障涂层。原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料。布置步骤还包括通过控制原料材料进料速率，原料材料中的气体形成添加剂的量，基材上布置的原料材料的温度或其组合来控制多孔热屏障涂层的孔隙度参数。

Method of Forming Porous Thermal Barrier Coatings

The invention discloses a method for controlling the porosity parameters of porous thermal barrier coatings. The method includes arranging the raw material on the base material to form a porous thermal barrier coating. Raw materials include gas forming additives and thermal barrier coating materials. The arrangement step also includes controlling the porosity parameters of the porous thermal barrier coating by controlling the feed rate of the raw material, the amount of additives formed by the gas in the raw material, the temperature of the raw material arranged on the substrate or its combination.

【技术实现步骤摘要】
形成多孔热屏障涂层的方法
本公开主要上涉及形成多孔热屏障涂层的方法。更具体地说，本公开涉及控制多孔热屏障涂层的孔隙度参数。
技术介绍
热屏障涂层通常用在高温下工作或暴露于高温的制品中。举例来说，航空涡轮和陆上涡轮可包括通过热屏障涂层保护的一个或多个部件。用于热屏障涂层的材料实例包括稀土稳定氧化锆材料，例如钇稳定氧化锆(YSZ)。稀土稳定氧化锆材料在评估为致密烧结体时具有约2.2W/m-K的导热率。部分地归因于其高温能力，低导热率和相对易于沉积，YSZ被广泛用作燃气涡轮中的热屏障涂层材料。近年来，越来越需要进一步改进热屏障性能以减小用于形成热屏障涂层的材料的总重量、厚度和数量。还可通过增大涂层的孔隙度来减小热屏障涂层的导热率。常规上，可使用合适的沉积技术例如通过空气等离子喷涂(APS)或通过电子束物理气相沉积(EPVD)来形成热屏障涂层。通过APS工艺沉积的热屏障涂层可通常具有特征在于周围是不均匀孔隙度的不规则的增大晶粒的微结构。通过EBPVD工艺沉积的热屏障涂层可产生柱状耐应变晶粒结构，其能够在不引起导致散裂的应力的情况下膨胀和收缩。然而，EBPVD工艺可能比APS工艺更具资本密集性。因此，需要改进的能够控制热屏障涂层的孔隙度、由此控制热屏障涂层的导热率的涂层方法。
技术实现思路
本公开的一个实施例涉及一种通过将原料材料布置在基材上来形成多孔热屏障涂层的方法。所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料。布置步骤另外包括通过控制原料材料进料速率、原料材料中的气体形成添加剂的量、基材上的布置的原料材料的温度或其组合来控制多孔热屏障涂层的孔隙度参数。本公开的另一实施例涉及一种通过在基材上使用空气等离子喷涂工艺布置原料材料来形成多孔热屏障涂层的方法。所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料。布置步骤另外包括通过使用辅助热源控制基材上的所布置的原料材料的温度来控制多孔热屏障涂层的孔隙度参数。本公开的另一实施例涉及一种形成包括递变孔隙度的多孔热屏障涂层的方法。所述方法包括将原料材料布置在基材上以形成多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料。所述布置包括通过控制原料材料中气体形成添加剂的量、使用辅助热源控制基材上的所布置原料材料的温度或其组合来形成热屏障涂层中的递变孔隙度。具体地，本申请技术方案1涉及一种形成多孔热屏障涂层的方法，包括：在基材上布置原料材料以形成所述多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料，且其中所述布置包括通过控制原料材料进料速率，所述原料材料中的所述气体形成添加剂的量所述基材上所布置的原料材料的温度或其组合来控制所述多孔热屏障涂层的孔隙度参数。本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括使用辅助热源控制所述基材上布置的原料材料的所述温度。本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的方法，其特征在于，将所述基材上布置的原料材料加热到大于所述基材能够耐受的温度的温度。本申请技术方案4涉及根据技术方案3所述的方法，其特征在于，将所述基材上布置的原料材料加热到约1000℃到约1500℃的范围中的温度。本申请技术方案5涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括将所述原料材料中的所述气体形成添加剂的所述量控制在约0.1wt％到约10wt％的范围中。本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括将所述原料材料进料速率控制在约2.5gm/min到约100gm/min的范围中。本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述气体形成添加剂包括石墨、碳化物、碳氧化物、氮化物或其组合。本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述气体形成添加剂包括元素碳。本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述热屏障涂层材料包括氧化钇稳定氧化锆。本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，使用空气等离子喷涂工艺将所述原料材料布置在所述基材上。本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述孔隙度参数包括平均孔尺寸、平均孔隙量、孔尺寸分布、孔微结构或其组合。本申请技术方案12涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述多孔热屏障涂层包括多个孔，使得所述多个孔中的至少一些孔在晶粒内。本申请技术方案13涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括将所述多孔热屏障涂层中的多个孔的平均孔尺寸控制在约0.1微米到约25微米的范围中。本申请技术方案14涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括将所述多孔热屏障涂层中的多个孔的平均孔隙量控制在约5体积％到约10体积％的范围中。本申请技术方案15涉及根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述控制所述热屏障涂层的所述孔隙度参数还包括形成跨越所述热屏障涂层的厚度的递变孔隙度。本申请技术方案16涉及一种形成多孔热屏障涂层的方法，包括：在基材上使用空气等离子喷涂工艺布置原料材料以形成所述多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料，且其中所述布置包括通过使用辅助热源控制所述基材上布置的原料材料的温度来控制所述多孔热屏障涂层的孔隙度参数。本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的方法，其特征在于，将所述基材上布置的原料材料加热到约1000℃到约1500℃的范围中的温度。本申请技术方案18涉及根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述气体形成添加剂包括元素碳。本申请技术方案19涉及根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述热屏障涂层材料包括氧化钇稳定氧化锆。本申请技术方案20涉及一种形成包括递变孔隙度的多孔热屏障涂层的方法，所述方法包括：在基材上布置原料材料以形成所述多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料，且其中所述布置包括通过以下方式来形成所述热屏障涂层的所述递变孔隙度：控制所述原料材料中的所述气体形成添加剂的量，使用辅助热源控制所述基材上布置的原料材料的温度，或其组合。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将会更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优势，其中在整个附图中，相似字符表示相似部分，在附图中：图1示出根据本公开的实施例的形成多孔热屏障涂层的方法；图2示出根据本公开的实施例的形成多孔热屏障涂层的方法。图3示出根据本公开的实施例的形成多孔热屏障涂层的方法。图4示出根据本公开的实施例的多孔热屏障涂层的示意图的截面图；图5示出根据本公开的实施例的多孔热屏障涂层的示意图的另一截面图；以及图6示出根据本公开的实施例的多孔热屏障涂层的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。具体实施方式如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似用语可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可在不引起其相关的基本功能改变的情况下以可允许的方式变化。因此，通过例如“约”等术语修饰的值不限于所指定精确值。在一些情况下，近似用语可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书和权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成多孔热屏障涂层的方法，包括：在基材上布置原料材料以形成所述多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料，且其中所述布置包括通过控制原料材料进料速率，所述原料材料中的所述气体形成添加剂的量所述基材上所布置的原料材料的温度或其组合来控制所述多孔热屏障涂层的孔隙度参数。

【技术特征摘要】
2017.12.04 US 15/830,0621.一种形成多孔热屏障涂层的方法，包括：在基材上布置原料材料以形成所述多孔热屏障涂层，其中所述原料材料包括气体形成添加剂和热屏障涂层材料，且其中所述布置包括通过控制原料材料进料速率，所述原料材料中的所述气体形成添加剂的量所述基材上所布置的原料材料的温度或其组合来控制所述多孔热屏障涂层的孔隙度参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括使用辅助热源控制所述基材上布置的原料材料的所述温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述基材上布置的原料材料加热到大于所述基材能够耐受的温度的温度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述基材上布置的原料材料加热到约1000℃到约1500℃的范围中的温度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多孔热屏障涂层的所述孔隙度参数包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·格罗斯曼，J·L·玛格丽斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US