热障涂层的间隙填充密封层制造技术

提供了一种多层热障涂层，其包括隔热层以及密封层，隔热层具有在其中限定出多个空隙的外表面，密封层被粘结到隔热层的外表面。密封层基本上不可渗透并且被构造成密封隔热层。密封层填充至少一部分空隙。还提供了一种形成热障涂层的方法，该方法包括提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层的步骤。该方法还包括将多个金属颗粒沉积到隔热层上以及对所述多个金属颗粒进行加热以在隔热层上方形成基本上不可渗透的密封层。

【技术实现步骤摘要】
热障涂层的间隙填充密封层
本公开总体涉及一种用于保护经受高温气体的部件的热障层，其可被称作热障涂层(TBC)，并且还涉及一种形成该热障层的方法。
技术介绍
内燃机包括多个汽缸、多个活塞、至少一个进气口以及至少一个排气口。汽缸各自包括限定燃烧室的表面。内燃机的一个或多个表面可以涂覆有热障涂层或多层热障，以改善内燃机的传热特性并使燃烧室内的热损耗降至最低。例如，希望使用这种涂层系统将热燃烧气体与冷的水冷发动机缸体隔离，以避免热量从燃烧气体传递到冷却水所造成的能量损失。可以在隔热层上设置密封层，以便将部件有效地密封，避免与可能存在于燃烧气体中的颗粒接触。另外，涂层系统的表面应随燃烧气体的温度而变化(包括快速冷却)，以避免在点火之前加热油气混合物以免产生爆震。因此，密封层被设置为非常薄的层，其可以随相邻气体的温度而变化。然而，考虑到隔热层的多孔性，非常薄的密封层仅能粘结到隔热层的部分表面。进一步，考虑到密封层的薄度，当经受燃烧室内的极端条件下时，密封层可能会脱落。
技术实现思路
本公开提供了一种沿着隔热层的外边缘填充间隙或空隙的密封层。例如，密封层可以由细粉末制成，细粉末沿着隔热层的边缘填充间隙和/或空隙，从而使隔热层与密封层之间的表面接触更加坚固，使得密封层有效地粘结到隔热层的绝大部分外表面。在一个示例中，提供了一种可以应用于内燃机内的一个或多个部件的表面的热障涂层。将热障涂层粘结到发动机的部件上，以提供低热导率以及相对于燃烧气体而密封的低热容量隔热性。热障涂层包括隔热层以及设置在隔热层上的密封层，其中密封层沿着隔热层的边缘填充空隙。热障涂层或多层热障涂层可以包括彼此粘结的两层、三层、四层或更多层，其中至少具有隔热层以及密封层。还可以在隔热层下面提供粘结层，在这种情况下，隔热层将设置在粘结层与密封层之间。最内层粘结到部件上。热障涂层具有低热导率以减少传热损失并且具有低热容量，使得热障涂层的表面温度跟踪燃烧室中的气体温度。因此，热障涂层允许部件的表面温度随气体温度而变化。这减少了传热损失，不会影响发动机的换气性能，并且不会增加爆震倾向。进一步，减少了对进入发动机汽缸内的冷空气的加热。另外，排气温度升高，导致催化剂起燃时间加快并且催化剂活性提高。在可与本文所述的其他形式组合或分开的一种形式中，提供一种至少包括隔热层以及密封层的多层热障涂层。隔热层包括多个中空圆形微结构，这些中空圆形微结构粘结在一起并限定沿着隔热层外边缘设置的微结构的外层。微结构的外层沿着外边缘在相邻微结构之间限定多个空隙。密封层粘结到微结构的外层，密封层基本上不可渗透并且被构造成密封微结构的外层。密封层填充空隙的至少一部分。在可与本文所述的其他形式组合或分开的另一种形式中，提供一种包括粘结层、隔热层以及密封层的多层热障涂层。粘结层被构造成粘结到金属基底。隔热层粘结到粘结层，隔热层具有在其中限定多个空隙的外表面。密封层粘结到隔热层的外表面。密封层基本上不可渗透并被构造成密封隔热层。密封层填充空隙的至少一部分。在可与本文公开的其他形式组合或分开的又一种形式中，提供一种形成热障涂层的方法。该方法包括提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层的步骤。该方法进一步包括将多个金属颗粒沉积到隔热层上的步骤，并且该方法包括加热所述多个金属颗粒以在隔热层上形成基本上不可渗透的密封层的步骤。可以选择性地提供附加特征，包括但不限于以下：密封层由多个金属颗粒形成；密封层具有密封层熔点，并且隔热层具有隔热层熔点，密封层熔点低于隔热层熔点；每个微结构基本上由镍组成；密封层由镍铜形成的合金构成；其中每个金属颗粒小于至少绝大部分微结构中的每个微结构；密封层从隔热层向外延伸不超过5微米；隔热层的厚度在75与300微米之间；每个微结构的宽度或直径不超过100微米；每个微结构的宽度或直径在约40至约50微米的范围内；粘结层被构造成粘结到金属基底；隔热层粘结到粘结层；粘结层包括铜基材料、锌基材料、包含铜和锌的合金或任何其他所需材料，优选地具有比隔热层更低的熔融温度，增强与基底的粘结；每个微结构包括镍基材料和/或铁基材料；以及隔热层的孔隙率为至少90％。可以提供另外的附加特征，包括但不限于以下：提供所述多个中空圆形微结构以限定沿着隔热层外边缘设置的微结构的外层；微结构的外层沿着外层在相邻微结构之间限定多个空隙；将所述多个金属颗粒的至少一部分设置在空隙内；提供粘结层，粘结层被构造成粘结到金属基底；将隔热层粘结到粘结层；以及执行通过激光扫描、激光焊接、辐射或感应加热对密封层进行加热的步骤。此外，可以提供包括呈现表面的金属基底的部件，其中一种形式的热障涂层粘结到基底的表面。作为示例，部件可以是阀面或活塞顶。另外，本公开设想包含此种部件的内燃机，该部件具有设置在其上或粘结到其上的任何形式的热障涂层，其中该部件被构造成经受燃烧气体。结合附图阅读下文对实施本专利技术教导的详细描述，上述特征和优点以及本专利技术教导的其他特征和优点将变得显而易见。附图说明这里描述的附图仅用于说明目的，并不意图以任何方式限制本公开的范围。图1是根据本公开原理的推进系统的一部分的侧视截面示意图，该推进系统具有内燃机汽缸，该汽缸包括设置在多个部件上的热障涂层；图2是根据本公开原理的设置在图1所示部件上的热障涂层的一个示例的侧视截面示意图；图3是根据本公开原理的沿线3-3截取的图2所示热障涂层的一部分的特写侧视截面示意图；图4是根据本公开原理的设置在图1所示部件上的热障涂层的另一示例的侧视截面示意图；以及图5是例示根据本公开原理的形成热障涂层的方法的框图。具体实施方式本领域的普通技术人员将认识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语用于描述附图，并不表示限制如随附权利要求所限定的本公开的范围。参照附图，其中在所有附图中相同的附图标记指代相同的部件，图1示出了包括发动机13的示例性车辆推进系统10的一部分，发动机13具有部件12。部件12涂有本文所公开的类型的热障“涂层”(TBC)14。热障涂层14可以被称为复合热障涂层或多层热障，其形式为具有粘结在一起的多个层。例如，TBC14可以是由多个层构成的工程表面，下面将对其进一步详细描述。虽然图1的发动机13是适用于本文所公开的热障涂层14的典型示例性应用，但是本专利技术的设计不限于车辆和/或发动机应用。其部件与热接触的固定的或移动的机器或制造品可从本专利技术设计的使用中受益。图1例示了限定单个汽缸26的发动机13。然而，本领域的技术人员将认识到，本公开还可以应用于具有多个汽缸26的发动机13的部件12。每个汽缸26限定燃烧室30。发动机13被构造成为车辆的推进系统10提供能量。发动机13可包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。发动机13还包括进气组件36和排气歧管38，其分别与燃烧室30流体连通。发动机13包括往复活塞28，其可在汽缸26内可滑动地移动。燃烧室30被构造成燃烧空气/燃料混合物以向推进系统10提供能量。空气可以通过进气组件36进入发动机13的燃烧室30，其中从进气歧管进入燃烧室30中的气流由至少一个进气阀32控制。燃料喷射到燃烧室30中以与空气混合，或通过进气阀32引入，进气阀32提供空气/燃料混合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层热障涂层，包括：隔热层，其包括多个中空圆形微结构，所述多个中空圆形微结构粘结在一起并且限定沿着所述隔热层的外边缘设置的微结构的外层，所述微结构的外层沿着所述外边缘在相邻微结构之间限定多个空隙；以及密封层，其粘结到所述微结构的外层，所述密封层基本上不可渗透并且被构造成密封所述微结构的外层，所述密封层填充至少一部分所述空隙。

【技术特征摘要】
2017.12.21 US 15/8498831.一种多层热障涂层，包括：隔热层，其包括多个中空圆形微结构，所述多个中空圆形微结构粘结在一起并且限定沿着所述隔热层的外边缘设置的微结构的外层，所述微结构的外层沿着所述外边缘在相邻微结构之间限定多个空隙；以及密封层，其粘结到所述微结构的外层，所述密封层基本上不可渗透并且被构造成密封所述微结构的外层，所述密封层填充至少一部分所述空隙。2.根据权利要求1所述的多层热障涂层，其中所述密封层由多个金属颗粒形成。3.根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层，其中所述密封层具有密封层熔点，并且所述隔热层具有隔热层熔点，所述密封层熔点低于所述隔热层熔点。4.根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层，其中所述多个中空圆形微结构中的各个微结构基本上由镍组成，并且所述密封层由镍和铜形成的合金构成。5.根据权利要求2所述的多层热障涂层，其中所述多个金属颗粒中的各个金属颗粒小于至少绝大部分所述多个中空圆形微结构中的各个微结构，其中所述密封层从所述隔热层向外延伸不超过5微米，其中所述隔热层的厚度在75与300微米之间，以及其中所述多个中空圆形微结构中的各个微结构的宽度不大于100微米，所述多层热障涂层还包括被构造成粘结到金属基底的粘结层，所述隔热层粘结到所述粘结层，其中所述粘结层包括铜基材料、铝基材料、锌基材料和包括铜和锌的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·沃克，P·M·纳吉特，R·P·达雷特，P·P·安德鲁斯基维茨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US